动力电池组电阻低需要更多纹波功率ISO 21498—2等

伴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。

日前，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。

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R&D，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，纹波的幅度需要伴随着频率不断调整

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

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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》。)