伴隨著電池組技術和底盤集成技術的發展，測試包括電池組在內的高壓部件的電氣性能變得越來越重要常見標準如LV 123，VW 80300，ISO 7637—4，ISO 21498—2等可應用于動力電池及其系統的測試
此外，由于整車集成布線工藝，高低壓之間的耦合和復雜的寄生參數，仍可能發生系統性功能故障和嚴重故障，如高壓紋波噪聲過大，供電網絡振蕩，控制器故障等，給故障排除帶來極大困難。
日前，在由蓋世汽車主辦，上海虹橋國際中央商務區管理委員會，上海市閔行區人民政府指導，海南虹橋投資發展有限公司協辦的2022第二屆汽車動力電池論壇上，北京東方中科集成科技有限公司市場拓展經理張發表了題為《動力電池組高壓動態電性能挑戰與測試解決方案》的演講。
北京東方中科集成技術有限公司市場開發經理
電性能測試本身并不特殊，但由于新型智能底盤，滑動底盤，電池一體化，碳化硅開關，升壓充電等高電壓技術的發展趨勢，電池組的動態電性能測試面臨著許多新的挑戰。東方推出新的ripple系統，可用于測試動力電池組和整車的高壓動態電氣性能:
通過在低頻段輸出更多的電流，在高頻段給出更多的輔助電壓，可以保證整個測試要求的符合性不僅可以對DC公交車上紋波噪聲的頻段和幅度進行測試和整改，還可以對電網的動態阻抗進行分析和改善，可以有效解決高壓電池組和滑板底盤的測試問題，滿足各種測試場景的要求
高壓電性能的測試范圍包括所有高壓部件，即與動力電池組相連的設備，如:1電機和控制器，2.DC—DC轉換器/車載充電器OBC，，3.車載逆變器/升壓充電模塊，4.高壓空調/加熱系統或熱泵，5.所有儲能設備，6.變速箱，7.PDU/線束/電纜，8.混合系統，9.滑板底盤/線控底盤
按照目前業內流行的LV 123標準，也就是大眾集團標準，也是第一個包含整個高壓電池組和平臺的標準，國內很多主機廠也在引用這套標準LV123標準第7節電氣特性和高壓安全要求涉及高壓組件的電氣特性和安全要求，第8節單個高壓組件的附加要求規定了光伏測試和符合性測試的階段性電氣性能驗證要求，涵蓋了R&D，測試和登船的不同階段
挑戰一:要求高壓DC電源的電壓變化斜率更高按照LV 123的標準要求，首先看高壓器件的工作狀態:B0表示高壓器件處于工作狀態，沒有功率要求，B1表示高壓設備處于滿負荷運行狀態，滿足規定的性能指標，B2是指高壓設備處于滿負荷運行狀態，其性能在B2工況的允許偏差范圍內當高壓設備返回B1工況時，需要自動滿足規定的性能指標B3的意思是高壓設備仍然可以工作，不會進入不確定的狀態，尤其不會導致其他高壓設備失效B4表示高壓器件仍能工作，但輸出可能被切斷當它恢復到B3/B2/B1時，可以重置或簡單地手動干預，以滿足指定的性能
再者，標準要求高壓DC電源在B3狀態下的瞬態響應要達到250V/ms，即1000V的滿量程負載時間要控制在4ms以內，才能滿足電池組和高壓組件測試的要求，而傳統的高壓組件測試電源的20~90V/ms響應無法滿足這一符合性要求因此，為高壓動態電氣性能試驗配置高性能的高壓DC電源是非常必要的，也是滿足試驗規范的最基本要求
以ISO 21498—2的紋波測試要求為例在10Hz到1kHz的范圍內，使用12V的峰值來輸出DC紋波，而在1 kHz到50 kHz的范圍內，使用24V的較高輸出幅度在50 kHz —100 kHz范圍內，幅度和頻率同時對數掃描，需要連續變化以此類推，紋波的幅度需要伴隨著頻率不斷調整
理想的模型是DC電源+紋波耦合網絡+紋波功率放大器，但實際上由于高壓電源行業的現狀，無法按照標準要求使用單一高壓電源直接輸出信號業界主要推廣電感耦合的方式形成紋波耦合回路，有以下優點:1可調變壓器可以控制紋波電壓或電流的變化，2，結構穩定可靠，3.去耦電容不受額定DC電流的影響
對于300 Hz以下的測試頻段，可調變壓器雖然紋波功率衰減嚴重，但可以通過主電源DC+交流的方式輸出紋波，在向高頻紋波過渡期間，主電源恢復為純DC輸出，并利用紋波耦合系統精確實現自動連續掃頻控制，以滿足整體紋波測試要求。
接下來挑戰三:動力電池組電阻低，需要更多紋波功率。
因為紋波輸出的頻率越高，自身電源的內阻和耦合阻抗越高，內外負載不平衡，導致負載端有效功率不足，紋波Vpp衰減，達不到合規要求。從動力電池組紋波測試實例可以看出，按照標準要求以30Vpp掃頻時，實際負載的紋波電流高達600App，有效紋波功率在4.5 kVA以上
動力電池組作為超低動態阻抗的典型被測件，在DC紋波測試中要注意:由于輸入輸出端的阻抗匹配是不斷變化的，所以需要對輸出端進行動態檢測，輸出端功率必須進行動態監測和連續調整在低頻范圍內往往需要更大的電流，以保證相應的電壓能被精確地推到電池組的兩端，在高頻范圍內，需要更多的紋波電壓來抵消內阻變化引起的分布功率不平衡
目前，Ametek推出了emtest RIPPLE NX低阻負載輸出系統一般建議動力電池相關的測試行業直接選擇10 kVA的型號，可以更好的解決紋波功率的問題，在低頻段輸出更多的電流，在高頻段給出更多的輔助電壓，保證整個測試的符合性對于DC主電源，考慮到動力電池組和高壓電驅動系統的功率需求，emtest PowerWave大功率電池模擬器可實現250 kVA~1 MVA的四象限功率輸出，并具有1250V/ms以上的電壓壓擺率要求，可滿足多種測試場景
基于這兩款設備，可以完全覆蓋電驅動和電池系統測試的場景未來考慮到滑板底盤的測試場景，我們還會提供兩路以上的紋波輸出能力，從而將電池測試場景和動力底盤測試結合起來
挑戰4:被測零件的動態阻抗曲線這是很多系統集成工程師都不知道的電機控制器，高壓電池組和電氣設備之間的阻抗和頻率曲線分布有很大差異在一些測試場景中，存在一些諧振頻點，可能會引起整個供電系統的內部振蕩，更容易產生功能限制尤其是碳化硅，氮化鎵等新型第三代半導體應用推廣后，整個電源的電路開關特性會變得更加高頻和劇烈，100kHz以上的開關頻率會產生更多的高頻紋波所以這方面的問題不可小覷
此外，業內普遍存在的一個測試痛點是，元器件雖然通過了電氣性能測試，但是集成到整車上仍然會出現各種電氣性能問題，使得整車上的EMC問題更加復雜因此，提供被測零件的動態阻抗曲線也有助于測試人員后期調試整車零件
因此，可以實時檢測電池組和高壓元件的動態，并通過紋波掃頻輸出測量各頻段高壓元件的阻抗性能。
最后總結了東方中科提供的高壓性能試驗的相關方案按照VW 80300標準，前面的一些項目是常規的DC慢變測試，只需要20—40V/ms就可以滿足測試要求，后面的測試會變得更加復雜從EHV—8和EHV—9開始，說到紋波測試，就需要掃描10 Hz—150kHz范圍內的紋波EHV—10所需的電壓脈沖有250V/ms和3000V/ms兩種波形，測試所需設備配備高壓實驗電源+甩負荷發電機+耦合網絡因此，要實現全面的測試覆蓋，不僅需要更復雜的測試方法，還需要組合配套的設備
東方分公司以科技無限，創新服務為使命，依托中科院，東方易科集團，國內外知名設備制造商資源，實現技術合作，深度共建，專注新能源汽車領域，順應電動化，智能化，網聯化，共享化新趨勢，緊盯行業標準，不斷研發，不斷創新，圍繞三高，三智能，一安全的技術方向，為行業用戶量身定制從信號級仿真測試到功率級性能測試，從零部件到系統級，再到整車級的一站式解決方案。
有限公司協辦的2022年第二屆汽車動力電池論壇主題演講《動力電池組高電壓動態電性能的挑戰與測試解決方案》。)
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