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Vector 测量工具用例—如何对动力电池安全地进行温度测量？

2019-09-14 18:59:20·  来源：Vector维克多  
　
动力电池在部件功能开发阶段和整车量产前，需要进行大量测试，例如验证动力电池是否满足ECE R100标准。动力电池热管理系统的设计以及热冲击试验的设计都需要全面

动力电池在部件功能开发阶段和整车量产前，需要进行大量测试，例如验证动力电池是否满足ECE R100标准。动力电池热管理系统的设计以及热冲击试验的设计都需要全面且详尽的温度场数据，如图1所示完整的动力电池测量解决方案，包含温度传感器、数采模块以及测量分析软件，同时本文也将介绍一些动力电池温度安全测量的概念和方法。

在设计整个系统时，应该注意的是，由电芯和模组构成的电池系统会随着车辆类型不同而变化。此外，电池模组通常以不同方式布置在车辆中。这就需要测试设备可以满足较宽泛的运行温度范围。同时，还要针对整个系统进行全工况的测试验证。

面临的挑战

电芯和模组温度对电池的整体性能至关重要（见图2）。温度太低会导致电池内阻增加，从而降低性能；温度太高会导致电解质的不可逆分解，电池老化更快（容量更小、充电周期更短）。此外，电解质的分解伴随着热量的散发，会引起“热失控”的危险。

整个电池系统还包括冷却和加热系统以及具有故障管理的电池管理系统（BMS）。BMS的任务是在最佳温度范围内操控电池系统，即使在极端负载条件下也能确保电池内部的温度恒定。

典型的验证类话题包括：

- 在不同的标准状况下电池状态是否保持预期，如：快速充电，车辆加速，能量回收？

- 单体电芯在极端压力下，非最佳温度范围内，遭遇意外状况时性能表现如何？

- 单体电芯在极端压力下，非最佳温度范围内，遭遇意外状况时性能表现如何？

- 在真实驾驶条件下，电池的温度分布是怎样的？

- 是否正确检测和管理报错，例如当断路器开路时？

通常，电池系统需要先后在台架和整车上进行测试和验证。在这两种情况下，使用相同的高压测量产品会使测量结果具有较好的可比性。对于电池系统中的温度测量，必须精确布置传感器的位置。电动车中的电池尺寸有时太大，以至于它们通常占据整个车辆地板空间。电池温度场的典型测试通常需要装配80至300个测量点。

解决方案

车辆的内部空间有限，而测量设备要尽可能的靠近测点，也就是说最好可以放置在车辆的任何位置。CSM的高压测量模块非常好地满足了这一要求。HV THMM4和HV PTMM2模块是坚固的测量设备（满足IP67等级、使用温度范围为-40～100°C、满足846V 直流绝缘），分别适用于K型热电偶和PT100/1000温度传感器。图3展示的高压PT100传感器探头焊接在一个特殊的箔片上，总厚度仅为0.6毫米，这些PT元件非常适合测量电池单元之间的绝对温度。

通常这些高压温度传感器线缆通过电池系统中相应的线缆密封套进行布线。图4展示了高压电池模型中的相关测量传感器的布置方式。


对于测试台架上的应用，我们可提供单体通道数量较多的测量设备，如HV TH TBM8和HV PT TBM8（满足IP65等级、使用温度范围为-40～100°C、满足846V 直流绝缘）。图5展示了在测试台架上使用模块的集成式布置方式，相同的布置方式也可以轻松安装在车辆行李箱中。

除温度信号以外，如图1 所示，CSM的高压BreakoutModule也可以将电池至逆变器之间的电压和电流信号通过测量软件vMeasure exp进行同步测量，产生的测量数据可以直接使用vSignalyzer进行分析，或者上传到测量数据管理系统vMDM进行分析。

方案优势

Vector在动力电池验证领域提供创新、快速、精确和灵活的测量方案，并被广泛应用于实验室和道路测试中。

- 提供具有权威高压安全认证的测量设备，并结合使用场景为客户设计可扩展的、分布式的测量方案；

- vMeasure exp同步记录来自控制器内部信号和车辆总线信息，用户可应用图形、数字、文本等显示方式自定义测量工程模板；

- 针对测量数据，用户可以在本地通过vSignalyzer提供的自带库函数和脚本语言来高效地实现数据的自动化分析并生成报告；

- 依托用户自己的服务器或者云平台，可以将台架或整车等不同来源的测量数据上传并安全存储在测量数据管理系统vMDM中，以便后续自动化地进行分析和生成报告。
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