新能源汽车动力电池综合测试系统

新能源汽车动力电池综合测试系统

新能源电动汽车的锂动力电池测试按照生产流程通常分为：

• 电池芯测试

• 锂电池化成测试

• 电池模组测试

• 电池包测试

• 锂电池温升及失效性测试

• 安规测试

在以上各项测试方案中，由于锂电池化成测试系统为生产线专用测试系统，基础投入上千万元，故在本文中不予阐述。

一、可编程电池芯充放电测试系统

电池芯为生产新能源电池包的原材料，以电池芯为原料部件生产成电池模组，再根据用电设备需求（例如：功率、电压、专业用途等）组装成不同规格的成品电池包，配给不同厂家、型号、技术要求的新能源电动车或者其他用电设备。

电池芯测试系统是专为锂离子二次电池测试测试而开发的高精密设备，高精准度的输出与量测规格保障测试质量，适用于需要可靠数据的场合。藉由相关系统软件来控制测试，具备多种测试模式，可以实现CC-CV恒电流转恒电压、CC恒电流、CP恒功率、CR恒电阻的充电与放电测试模式。

因此电池芯测试系统系统适用于锂离子二次电池的特性分析、品保出货检验、进料品管检验、材料实验、投产前的生产测试等应用，包含电池的寿命试验、容量测试、DCIR测试、温度试验等功能。

可编程电池芯充放电系统是针对以上需求，专为锂离子二次电池与电气二重层电容(EDLC)测试而开发的高精密设备，适合用于电芯的寿命试验、产品进出货检验、产品特性筛选、材料实验、小批量试产等用途，提供12通道以上的多通道测试能力。

 
可编程电池芯充放电系统

可编程电池芯充放电系统具备快速输出与量测记录的能力，高精准度的规格保障测试品质，性能稳定适用于各种需要可靠数据的测试场合；弹性的编程功能可针对各通道单独下配方，各通道独立测试运行。模组化多通道的设计架构，可依据测试需求数量作配置，同时，支援通道并联输出功能，能弹性的组合做更大电流测试，应用范围涵盖各类型大小容量的单体锂离子电池测试，或更大容量的电池模组特性测试，不必因为产品差异而购买多种规格设备，达到设备高利用率。

可编程电池芯充放电系统通过Ethernet通讯介面，可单独的对各通道编程及控制，内建多种测试模式，可以实现CC-CV恒电流转恒电压、CC恒电流、CP恒功率的充电与放电测试，电池DCIR直流内阻测试，超电容的电容量测试、直流电阻测试；每种测试模式依据设定的时间、电压、电流或功率条件作工步转换；资料收集内容包含回传测试工步、状态、电压、电流、容量等数据，采样方式也有多种弹性可选择，可依据时间、电压、电流或容量的条件来决定 。

可编程电池芯充放电系统配置多种安全设计，在启动测试前，为确保充放电动作安全，可进行接触检查与极性检查来确认回路状态；在测试过程有过电压、过电流、过容量、回路电阻等异常检出功能，保障测试过程安全；另有资料保存机制，当遇到电脑短时异常与瞬时断电异常可将资料保存于记忆体不遗失并记录中断状态，重新启动后可选择继续测试。

在电气二重层电容(EDLC)测试上提供内建 IEC 62391(同EIAJ-2377)之容量(Capacitance)及内阻(DCR)之量测解决方案，让使用者不必自行编写计算式与资料统计，就可直接得到依据法规之精神所计算的容量与内阻值。

电池容量测试应用
电池芯容量通常是以放电电流及时间两个条件积分而成，故测试 容量时的放电电流将

影响最后容量的测量，每颗电池虽有制造商 标示之规格，在其常用低充放电率来进行容量

测试，但动力电池 应用经常在高于高充放电率状态下在进行充电与放电，若仅参考 规格来

设定电力电池的容量将与实际容量有落差。在实务上需参 考最终动力电池之充放电速率来

针对其电池芯进行测试，将可得 到较准确的动力电池容量。

电池循环寿命测试应用

电池之充放电使用寿命不只是动力电池需要，所有电池芯产品都有 相同之测试条件，其测试是依照评估者先行定义的充放电条件做为 一个周期，反复测试同一颗电池芯，评估此电池直到测试终止条件 到达前，正确地执行过几个周期，即为此电池之循环周期，而循环 周期次数愈多，代表此电池芯之寿命愈长。进而以同样测试条件测 试不同种类的电池芯，来评估性能优劣，或用来评估某一产品 合的充放电条件与使用条件。

容量测试

 电池直流内阻测试应用
内电阻值的大小关系着动力电池可应用充/放电流 大小，内阻越大效率越差且形成发热温升，传统 使用LCR meter 1Khz 的量测方法，只能评估出接 近Ro(趋近ACIR)的电阻性传导所形成的电池瞬间 电力出输出阻碍，但无法评估在电化学转态时所 产生的延迟，而基于图三之等效电路图，DCIR的 评估即包含ACIR的阻值。故动力电池所使用的电 池芯都应经过DCIR的特性评估。DCIR的评估方式 根据BS EN 61960的精神，可以用此测试波形，利 用二个不同之加载电流之电流差与电压差来计算 DCIR值。

EDLC 测试条件之应用特性分类
EDLC 之测试为依照其产品之实际应用来区分不同之测试条件。按IEC 62391法规之分类，基本上 EDLC 之产品应用分做四类 1. 记忆体备用电能 应用、2. 电力应用、3. 储能应用、4. 瞬变电源应用。不同测试应用代表不同的测试条件，而测试者应选择合适的测试设备与测试电流，与测试 设备之精度。

 EDLC 容量(Capacitance)测试曲线
根据EDLC测试法规IEC 62391，在测试容量前，EDLC必需确定其 经过CV充电程序并且已经完成充电后，其容量测试是以上述放 电电流进行CC放电，放电程序完成后，取放电曲线上EDLC之额 定电压的80%电压点及额定电压的40%电压点，二点间的放电能 量与间距时间，来计算此EDLC的容量。

电池容量测试应用
根据EDLC测试法规IEC 62391，同测试容量之步骤，EDLC必需确定 其经过CV充电程序并且已经完成充电后，其容量测试是以上述放 电电流进行CC放电，放电程序完成后，取放电曲线上线性的区域之 线段，并延申至放电之时间点取其与额定电压间之电压差与放电电 流，来计算DCIR值。

二、电池模组测试系统

多通道电池模组测试系统

电池模组测试系统是专门为二次电池组测试而开 发的高精密设备，适合用于电池组续航力试验、 产品进出货检验、设计验证研究、电池组生产线 上容量学习(Learning)与测试等用途。

鉴于能源议题，绿能产品在生产时应该使用符合 环保观念的生产方式；传统的设备以热能的方式 处理，放电能量虚耗成热能，又需要更多的空调 设施，让设备降温。

本系统采用可回 收能源设计架构，将电池组放电产生的电能回收 到市电或直接转移到需要充电的电池组，解决放 电时能量虚耗的问题，除了为使用者带来庞大的 经济效应，也解决作业空间热处理不易的问题， 并符合环保需求。

本系统具备独立多通道的设计架构， 可支援多组的不同特性的电池组充放电测试，可 独立操作。另外，通道具备可并联功能，使 用者可以依照电池组产品的规格，简单的调整设 备的并联状态，增加了使用者使用设备上的弹 性，使用者可依据待测物的测试需求数量与规格 作配置，不必因为产品些许的差异而购买多种规 格设备，可达到设备高利用率。

通过测试软件，具备弹 性的编程功能，可进行各通道独立测试，符 合电池组高客制与多样化的需求。具备无接缝式充放电转换功能，可快速的进行充 放电切换，编程中设定模拟快速充放电模式，可 模拟可种电池实际使用状态。高精准度的输出与量测规格保障测试品质，适用 于需要可靠数据的检测。例如：电池进料检验、 电池管理系统测试、电池组续航力测试等。应用 的范围包含电动车厂进行的不同的电池模组效能 测试、电池模组厂进行的不同电池芯效能测试、 电池芯厂进行不同电池原料效能测试，应用领域 横跨产业的上中下游。

针对电池测试做了多项安全设计，测试过程有过电压、过电流等异常检出功能，保障测试过程 安全；资料保存机制， 当遇到电脑异常与瞬时断 电异常可将资料保存于记忆体不遗失并记录中断 状态，重新启动后可选择继续测试。

系统应用

能源回收化利用

电池组放电时的能量回收化利用
- 直接回收: 将放电中的电能转移到需要充电的电池组
- 电网回收: 有多余电能回收到电网

可回收能源设计，不会产生巨大的热能消耗

使用者可节省设备与环境降温的空调费用

设备回馈电网电流总谐波失真低于5%

额定功率下，功率因素大于0.9

回收电能厂内可直接利用

当放电于额定功率20%以上时，回收效率可达约85%

简易的并联控制方式

简易的并联方式，增加使用者应用弹性，最多可并联60通道。

透过并联功能可支援多种不同功率的待测物

设备透过并联功能即可测试不同容量的待测物，不需要更换设备。 电池模组厂商产品有大容量与小容量多种形式，若购买大功率设备，遇到小 容量电池组测试时，量测精度明显不足；使用并联方式测试，电池组测试可 依实际容量来设定通道并联使用，不会有精度不符需求的问题。

工况模拟

电池组的使用方式都是快速与不规格的电流状态，透过工况模拟，电池组的使用状态才能真实的反应在电池上。

模拟电池实际使用的动态充放电波形，在此动态电流模式下(Waveform)，放电与充电电流切换时间仅需要10ms

工步可设定读取电脑内存放电流波形的Excel档案

每通道可储存720000点, 进行长时间动态测试

时间间隔：10ms~100s

高频取样量测技术(更精准容量测试)
一般电池测试机，使用电脑软件中依据电流值计算电量。因为资料传输技 术有瓶颈，传输的速度有限制，针对动态电流的容量计算，误差就会很 大。Chroma 藉由提高V/I 取样率，并透过两次积分法，提供更佳精准的容 量计算，电流变化时的资料不遗漏，不受资料传输速率影响。

V/I 取样率 – 50KHz (每20us取样一点)

分段积分模式运算
： 对 I 积分 – 电容量
： 对 V x I 积分 – 能量

系统特色

自动测试系统软件平台

电池模组测试系统的软件平台Battery Pro，符合二次电池组的各项测试需求，具备高度的稳定性与安全性，并具备断电资料保存回复功能，防范 任何资料遗漏的可能性。

友善的使用介面

多语系介面：支援繁中／简中／英文三种语言介面

即时监控：系统测试状态即时浏览，无须等待，通道资料与系统整合资料可同时浏览

图示管理：通道测试状态透过不同图示管理，一目了然，易看易懂易了解，立即对照状态说明，了解测试状态

使用权限设定：可设定使用者操作权限，方便管理

故障纪录追踪：独立纪录通道异常状态

工步编辑

可编辑255个充放电条件

具备双层回圈功能(Cycle & Loop)，每层可设定9999个回圈

可编辑动态充放电波形

可编辑各种充放电条件(定电压/定电流/定功率/定电压-限电流/动态电流/直流内阻)

截止条件: 时间/电量/电压/电流/温度

条件完成动作: 下一步/结束/跳到某一步/静置

报表精灵和统计报告

可自定义报表格式

可产出 PDF、CSV、XLS 档案格式

具备报表绘图功能

报表分析功能: 使用者可自行决定X与Y轴的参数，产出符合需求的测试报表，不需透过文书软件产出报表

可产出通道报表与截止报表

可产出寿命测试报表 (Life-cycle report)、容量- 电压比对报表(Q-V report)，充放电测试报表(V/I/T-time report)等

系统整合

透过软件可整合恒温恒湿箱，配合充放电测试做同步设定条件

透过软件可整合资料收集器，在充放电过程中，读取多组的电压与

温度纪录，其条件可转成保护启动条件或截止条件

透过软件可整合通讯介面装置，在充放电过程中，读取多组的电池管理系统(BMS)的数据，其条件可转成保 护启动条件或截止条件

温度多功能记录器，可量测电压与温度

 
资料记录器：
固定的通道资料撷取速度
单一通道资料撷取率 = 定值
最小取样时间：200ms

高性能硬件设备

可依照使用者需求，调整不同的系统配置，可以扩充通道数目，最多可同时控制60个通道。

可回收充放电测试仪面板说明

三、电池包测试系统

电池包测试系统
   

电池包测试系统是专为高功率二次电池组测试而开发的高精密充放电设备，具有能源回收功能，可节省放电过程所消耗的大量电能，即使动态充放电，也能确保电网端维持稳定，不致因谐波污染影响其他设备。并将电池组放电产生的电能回收到电网再利用，解决传统的设备放电能量虚耗，以及空间热处理不易的问题，符合环保需求。

本系统具备信道并联与动态工况仿真功能，并联功能可提升充放电电流和功率，增加设备使用上的效益与弹性，可达到设备高利用率。动态工况仿真功能可让用户加载行车路谱的电池波形，可选择电流或功率两种模式来适用不同标准(NEDC/FUDS)的要求。双向架构可确保充放电转态瞬间电流不会中断，才可精确模拟出行车工况，并能符合ISO、IEC、UL、GB/T 等各式国际测试标准。

系统配置的软件，具备弹性编辑功能，可进行各信道独立测试，符合二次电池模块的各项测试需求，具高度稳定性与安全性，并支持断电复归功能，确保测试数据不中断。

针对电池测试设计多项安全保护机制，测试过程自动侦测过电压、过电流、过温度、外部参数判断等异常讯号，保障测试过程安全。各通道侦测到异常时，启动中止充放电保护措施，并具备断电数据保存与复归测试功能，防范任何数据遗漏的潜在因素。

安全 - 强化风险管控

可将测试条件及截止/保护条件，直接加载到充放电机执行，透过内部软件/硬件达到多层保护功能

可整合外部硬件取得各项实时监控参数，如BMS、Data Logger、Chamber、I/O讯号，达到告警/截止/断电保护功能

透过BMS通讯读值与Data Logger的量测，能监控电池包中的各项电压/温度值，并可依照设定值进行实时判断与保护动作

内建多项告警/保护模式: OVP, UVP,OTP, WIR_LOSS, CAL_ERR, POW_ERR, RM

精准 - 提升产品质量

高频取样量测技术: 取样率50kHz, 确保动态量测精度

电压精度 : ±(0.02% of rdg. ± 0.02% of F.S.)

电流精度 : ±(0.05% of rdg. ± 0.05% of r.n.g.)

快速响应测试技术 : 电流爬升率2ms(-90% to 90%)，适用于多种测试应用需求

自动电压/电流文件位切换功能: 皆可分为4个档位，随着大电流或小电流的动态变化过程，自动调整正确档位，达到量测精度之优化

支持动态工况仿真(Waveform)测试功能，仿真实际行车路况之电流或功率状态，支持NEDC、FUDS、HPPC等法规测试标准

高频取样量测技术
一般电池充放电机，直接使用软件读取电流值作电量计算，然而软件的数据读取速度有限制，将造成动态电流的容量计算误差过大。Chroma 藉由提高V/I 取样率，并透过两次积分法，提供更佳精准的容量计算，电流变化时的数据不遗漏，不受数据传输速率影响。

• V/I 取样率50kHz (每20μs 取样一点)

• 分段积分模式运算 : 对 I 积分 – 电容量 ; 对 V x I 积分 – 能量  
  

快速响应测试技术
在电流快速响应的同时，可达到优化的充放电模式转换控制，避免测试过程损伤到待测物。

动态工况仿真功能
电池组的使用方式都是快速与不规则的电流充放电变动状态，透过工况模拟，电池组的

使用状态才能真实的反应在电池上。

仿真电池实际使用的动态充放电波形，在此动态电流模式下 (Waveform)，放电与充电电流变换时间仅需要2ms

工步可设定读取计算机内存放电流/功率波形的Excel档案

每通道可储存720000点, 进行长时间动态测试

工况波形变化的间隔时间1ms~10sec.

效益 - 降低营运成本

软硬件之整合/客制能力，如 : BMS、Data logger、恒温箱、外部讯号、HIL (Hardware in the Loop)

提供多种设备外部讯号接口 (CANbus, Ethernet, Analog I/O)，可支持硬件在环测试平台 (HIL)

系统之间具有并联功能，可并联至600kW, 1500A之规格

具备电池充放电机与电池仿真器两种功能

具备高效率之放电能量回收技术

多功能记录器整合技术

通过软件可整合多功能记录器，在充放电过程中，读取多组的电压与温度纪录，其条件可转成保护启动条件或截止条件。多功能记录器可达到各信道同步取样，的数据撷取速度为200ms，若有更快的数据撷取速度需求，可客制整合其他厂牌之仪台，本系统则最多可支持多功能记录器达192信道。

放电能量回收技术

采用双向式电路架构，对电流反向变化能精准控制

具有放电能量回收功能 (效率 >90%.)

稳态能量回收特性 : 符合太阳能回收电网标准，电流THD <>，PF > 0.95

动态能量回收特性 : 实时完成瞬时电流之相位转换，避免电网污染

• 能量回收至电网过程，AC电流波形平顺且实时完成相位转换，可避免测试误判或造成电网被污染影响其他设备

双重模式应用切换 

充放电机模式 : 透过Battery Pro软件操作接口，应用于动力电池包检测

电池仿真器模式 : 透过Battery Simulator软件操作接口，应用于马达驱动/充电桩测试

 电池充放电软件 -

BP软件平台符合二次电池组的各项测试需求，具备高度的稳定性与安全性，并具备断电数据保存回复功能，防范任何数据遗漏的可能性。

实时监控：系统测试状态实时浏览，无须等待，信道数据与系统整合数据可同时浏览

图示管理：信道测试状态透过不同图示管理，一目了然，易看易懂易了解，立即对照状态说明，了解测试状态

权限设定：可设定使用者操作权限，方便管理

故障纪录追踪：独立纪录信道异常状态

整合CANbus/SMbus/LIN 通讯功能

可直接加载Vector.dbc档，让使用者快速且方便完成BMS监控设定

用户依照BMS通讯协议，自行设定所需要的讯息信息

读取的BMS数据可转成，测试中的保护条件或截止条件

电池仿真器软件  

电池包测试系统具备电池充放电机与电池仿真器两种功能，可用于测试电池组与测试与电池组连接的相关产品，产品在研发设计时，其供货商电池还未到位，可透过电池仿真器功能，确认其系统功能是否正常，且也能程控不同电池电量状态(SOC状况)，并可下载不同电池曲线，测试产品充放电状态，预先做产品与电池搭配的测试评估，可应用于汽车启停系统马达驱动器、轻型电动车电控器、车载充电器等各项测试。

电池仿真器操作接口
可选配电池仿真器功能，双向电压源可被充电或放电，可设定电池容量/直流阻抗/下载V-SOC曲线，适合使用于测试充电器、逆变器及马达驱动器，附有电池仿真器专用软件。

四、锂电池温升及失效性测试系统

锂电池的温升测试是记录锂电池在工作状态下锂电池的温度变化情况，用于分析锂电池的能效、触点性能、工作温度稳定性等。

锂电池的失效性测试是将锂电池安装在加热板上，然后进行充放电实验。通常电池加热到>100摄氏度时就会失效，有的电池向外喷射气体及液体；有的起火燃烧；有的甚至会发生爆炸。所以，在测试过程中，快速、直观的检测电池的温度是重中之重。

通过内置非制冷探测器（640*480像素），拥有焦平面阵列开窗用于 200 Hz 的高速成像功能，可与 GenICam 和 GigE 视觉协议轻松集成，实时读取和显示温度值，并自动跟踪和捕捉分析区域内的温度点，使得工作人员可以通过红外热像图快速、直观和精准的找到锂电池的失效温度。

相关测试数据、红外视频可通过以太口传送至后台存储分析，保证测试现场测试人员的安全。

                       现场红外图像及温升曲线的录制、回放

 
某车检院汽车电池失效性测试现场

 
某车检院汽车电池失效性测试红外图像记录

五、锂电池安规测试系统

锂电池安规测试包括：AC/DC绝缘耐压、CSV电晕放电起始电压、FSV电气闪络起始电压、BDV绝缘崩溃电压等

电池芯半成品测试

电池芯制造过程中有可能因原材料裁切毛边或者卷绕过程中异物飞入，导致正负极间距离不足。当电池充放电后，由于高电压下的强电场，两极间易产生树枝状结晶（暂态离子化现象），此时会有可见光出现，并伴随温升现象。长期的电晕放电和温升很容易导致绝缘材料的绝缘性能劣化，降低耐压等级升值绝缘失效，影响电芯品质。通过耐压测试仪可测试正负极材料间的距离和微距电晕放电，从而提升电池芯的可靠度与品质。

电池芯测试

电池芯的耐压测试十分重要，虽然电池芯单体工作电压低，但应用于电池模组时，工作电压可以达数百伏。如果电池芯外壳绝缘能力不足，可能发生放电或绝缘失效，从而导致电池芯和模组的损坏。

电磁模组

符合IEC61233检测规范，检测因组装不良或者绝缘距离不足造成的绝缘失效。

火花放电和电弧放电

绝缘材料内部或表面因为高电压产生电气放电，破坏绝缘特性。

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