动力电池包高压动态电性能的挑战与测试解决方案

随着电池组技术和底盘集成技术的发展，测试包括电池组在内的高压部件的电气性能变得越来越重要。常见标准如LV 123、VW 80300、ISO 7637-4、ISO 21498-2等。可应用于动力电池及其系统的测试。

此外，由于整车集成布线工艺，高低压之间的耦合和复杂的寄生参数，仍可能发生系统性功能故障和严重故障，如高压纹波噪声过大、供电网络振荡、控制器故障等，给故障排除带来极大困难。

2022年11月17日，在由盖世汽车主办，上海虹桥国际中央商务区管理委员会、上海市闵行区人民政府指导，海南虹桥投资发展有限公司协办的2022第二届汽车动力电池论坛上，北京东方中科集成科技有限公司市场拓展经理张发表了题为《动力电池组高压动态电性能挑战与测试解决方案》的演讲。

张|北京东方中科集成技术有限公司市场开发经理

电性能测试本身并不特殊，但由于新型智能底盘、滑动底盘、电池一体化、碳化硅开关、升压充电等高电压技术的发展趋势，电池组的动态电性能测试面临着许多新的挑战。东方推出新的ripple系统，可用于测试动力电池组和整车的高压动态电气性能:

通过在低频段输出更多的电流，在高频段给出更多的辅助电压，可以保证整个测试要求的符合性。不仅可以对DC公交车上纹波噪声的频段和幅度进行测试和整改，还可以对电网的动态阻抗进行分析和改善，可以有效解决高压电池组和滑板底盘的测试问题，满足各种测试场景的要求。

高压电性能的测试范围包括所有高压部件，即与动力电池组相连的设备，如:1。电机和控制器；2.DC-DC转换器/车载充电器OBC；；3.车载逆变器/升压充电模块；4.高压空调/加热系统或热泵；5.所有储能设备；6.变速箱；7.PDU/线束/电缆；8.混合系统；9.滑板底盘/线控底盘。

按照目前业内流行的LV 123标准，也就是大众集团标准，也是第一个包含整个高压电池组和平台的标准，国内很多主机厂也在引用这套标准。LV123标准第7节“电气特性和高压安全要求”涉及高压组件的电气特性和安全要求，第8节“单个高压组件的附加要求”规定了光伏测试和符合性测试的阶段性电气性能验证要求，涵盖了RD、测试和登船的不同阶段。

挑战一:要求高压DC电源的电压变化斜率更高。按照LV 123的标准要求，首先看高压器件的工作状态:B0表示高压器件处于工作状态，没有功率要求；B1表示高压设备处于满负荷运行状态，满足规定的性能指标；B2是指高压设备处于满负荷运行状态，其性能在B2工况的允许偏差范围内。当高压设备返回B1工况时，需要自动满足规定的性能指标。B3的意思是高压设备仍然可以工作，不会进入不确定的状态，尤其不会导致其他高压设备失效。B4表示高压器件仍能工作，但输出可能被切断。当它恢复到B3/B2/B1时，可以重置或简单地手动干预，以满足指定的性能。

再者，标准要求高压DC电源在B3状态下的瞬态响应要达到250V/ms，即1000V的满量程负载时间要控制在4ms以内，才能满足电池组和高压组件测试的要求，而传统的高压组件测试电源的20~90V/ms响应无法满足这一符合性要求。因此，为高压动态电气性能试验配置高性能的高压DC电源是非常必要的，也是满足试验规范的最基本要求。

以ISO 21498-2的纹波测试要求为例。在10Hz到1kHz的范围内，使用12V的峰值来输出DC纹波，而在1 kHz到50 kHz的范围内，使用24V的较高输出幅度。在50 kHz -100 kHz范围内，幅度和频率同时对数扫描，需要连续变化。以此类推，纹波的幅度需要随着频率不断调整。

理想的模型是DC电源+纹波耦合网络+纹波功率放大器，但实际上由于高压电源行业的现状，无法按照标准要求使用单一高压电源直接输出信号。业界主要推广电感耦合的方式形成纹波耦合回路，有以下优点:1。可调变压器可以控制纹波电压或电流的变化；2、结构稳定可靠；3.去耦电容不受额定DC电流的影响。

对于300 Hz以下的测试频段，可调变压器虽然纹波功率衰减严重，但可以通过主电源DC+交流的方式输出纹波；在向高频纹波过渡期间，主电源恢复为纯DC输出，并利用纹波耦合系统精确实现自动连续扫频控制，以满足整体纹波测试要求。

接下来挑战三:动力电池组电阻低，需要更多纹波功率。

因为纹波输出的频率越高，自身电源的内阻和耦合阻抗越高，内外负载不平衡，导致负载端有效功率不足，纹波Vpp衰减，达不到合规要求。从动力电池组纹波测试实例可以看出，按照标准要求以30Vpp扫频时，实际负载的纹波电流高达600App，有效纹波功率在4.5 kVA以上

动力电池组作为超低动态阻抗的典型被测件，在DC纹波测试中要注意:由于输入输出端的阻抗匹配是不断变化的，所以需要对输出端进行动态检测，输出端功率必须进行动态监测和连续调整。在低频范围内往往需要更大的电流，以保证相应的电压能被精确地推到电池组的两端；在高频范围内，需要更多的纹波电压来抵消内阻变化引起的分布功率不平衡。

目前，Ametek推出了emtest RIPPLE NX低阻负载输出系统。一般建议动力电池相关的测试行业直接选择10 kVA的型号，可以更好的解决纹波功率的问题，在低频段输出更多的电流，在高频段给出更多的辅助电压，保证整个测试的符合性。对于DC主电源，考虑到动力电池组和高压电驱动系统的功率需求，emtest PowerWave大功率电池模拟器可实现250 kVA~1 MVA的四象限功率输出，并具有1250V/ms以上的电压压摆率要求，可满足多种测试场景。

基于这两款设备，可以完全覆盖电驱动和电池系统测试的场景。未来考虑到滑板底盘的测试场景，我们还会提供两路以上的纹波输出能力，从而将电池测试场景和动力底盘测试结合起来。

挑战4:被测零件的动态阻抗曲线。这是很多系统集成工程师都不知道的。电机控制器、高压电池组和电气设备之间的阻抗和频率曲线分布有很大差异。在一些测试场景中，存在一些谐振频点，可能会引起整个供电系统的内部振荡，更容易产生功能限制。尤其是碳化硅、氮化镓等新型第三代半导体应用推广后，整个电源的电路开关特性会变得更加高频和剧烈，100kHz以上的开关频率会产生更多的高频纹波。所以这方面的问题不可小觑。

此外，业内普遍存在的一个测试痛点是，元器件虽然通过了电气性能测试，但是集成到整车上仍然会出现各种电气性能问题，使得整车上的EMC问题更加复杂。因此，提供被测零件的动态阻抗曲线也有助于测试人员后期调试整车零件。

因此，可以实时检测电池组和高压元件的动态，并通过纹波扫频输出测量各频段高压元件的阻抗性能。

最后总结了东方中科提供的高压性能试验的相关方案。按照VW 80300标准，前面的一些项目是常规的DC慢变测试，只需要20-40V/ms就可以满足测试要求；后面的测试会变得更加复杂。从EHV-8和EHV-9开始，说到纹波测试，就需要扫描10 Hz-150kHz范围内的纹波。EHV-10所需的电压脉冲有250V/ms和3000V/ms两种波形，测试所需设备配备高压实验电源+甩负荷发电机+耦合网络。因此，要实现全面的测试覆盖，不仅需要更复杂的测试方法，还需要组合配套的设备。

东方分公司以“科技无限，创新服务”为使命，依托中科院、东方易科集团、国内外知名设备制造商资源，实现技术合作、深度共建；专注新能源汽车领域，顺应“电动化”、“智能化”、“网联化”、“共享化”新趋势；紧盯行业标准，不断研发，不断创新；围绕“三高、三智能、一安全”的技术方向，为行业用户量身定制从信号级仿真测试到功率级性能测试，从零部件到系统级，再到整车级的“一站式”解决方案。

有限公司协办的2022年第二届汽车动力电池论坛主题演讲《动力电池组高电压动态电性能的挑战与测试解决方案》。)

郑重声明：此文内容为本网站转载企业宣传资讯，目的在于传播更多信息，与本站立场无关。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。