Tingkatkan Kinerja Baterai EV dengan Solusi Pengujian Tingkat Lanjut

Gambar 1. Contoh laboratorium pengujian baterai. (Gambar:Penglihatan Kunci)

Seiring dengan meningkatnya permintaan kendaraan listrik, inovasi baterai perlu dilakukan agar baterai dapat mencapai ketahanan, kepadatan daya, keamanan, biaya lebih rendah, jangkauan lebih luas, dan waktu pengisian ulang lebih cepat menggunakan proses yang cepat, hemat biaya, dan hemat energi.

Salah satu aspek penting dari desain baterai adalah pengujian kinerja untuk memastikan baterai baru memenuhi tujuan desainnya. Pengujian baterai EV bisa mahal dan memakan waktu tanpa sistem dan metodologi terbaru. Menggunakan praktik terbaik dan teknologi tercanggih selama proses pengujian baterai dapat membantu Anda mengatasi tantangan desain baterai dengan cepat dan mudah.

Artikel ini akan membahas bagaimana pengujian lanjutan menggunakan sistem pengujian baterai EV menyeluruh dapat meningkatkan kualitas dan performa desain baterai EV.

Identifikasi Masalah Kinerja dan Keamanan

Penting untuk mempertimbangkan dampak kinerja yang buruk. Mengabaikan pengujian yang tidak wajib dapat menyebabkan masalah kinerja atau keselamatan yang tidak terungkap. Memanggil kembali suatu produk pada tahap selanjutnya dalam proses produksi membutuhkan biaya yang besar. Waktu yang diperlukan untuk memperbaiki masalah ini secara signifikan mempengaruhi jangka waktu untuk menghadirkan versi operasional penuh ke pasar. Di pasar yang berkembang dengan pesat, penundaan ini tidak dapat dibenarkan.

Menghilangkan pengujian dari tahap desain dan produksi sebelumnya mungkin terasa seperti jalan pintas. Pada kenyataannya, ini adalah strategi berisiko tinggi yang dapat mengakibatkan penundaan waktu pemasaran yang lama jika masalah tetap tidak terdeteksi.

Biaya Operasional Lebih Rendah

Laboratorium pengujian yang dirancang dengan baik dapat mendorong penghematan biaya operasional yang nyata bagi mereka yang bekerja di sektor penelitian dan pengembangan baterai kendaraan listrik.

Sistem pengujian baterai berperforma tinggi dan canggih dapat memberikan efisiensi energi hingga 96 persen sekaligus meregenerasi pemakaian daya baterai kembali ke jaringan AC. Hal ini dapat menghemat biaya pengoperasian secara signifikan selama masa pakai Lab Uji Baterai EV (Gambar 1).

Teknologi ini meminimalkan biaya laboratorium penelitian dan pengembangan yang sibuk dengan dua cara:(1) di muka dengan mengoptimalkan instalasi infrastruktur pendingin dan (2) secara berkelanjutan melalui pengurangan biaya energi secara signifikan.

Meningkatkan Operasi Lab

Pengujian menyeluruh memerlukan pengelolaan dan evaluasi data dalam jumlah besar secara efisien. Salah satu cara untuk mengelola data pengujian dalam jumlah besar adalah dengan memilih perangkat lunak operasi lab yang menawarkan fungsionalitas integritas data dan ketertelusuran. Aplikasi perangkat lunak juga dapat menawarkan alat analisis data bersama dengan fungsi manajemen alur kerja yang menyederhanakan lab pengujian Anda untuk efisiensi optimal.

Pengujian Sistem Kompleks

Skenario pengujian baterai EV dan sistem manajemen baterai mencakup hal berikut:

• Uji fungsi, penuaan, lingkungan, dan kinerja.

• Pengujian standar dan sesuai standar (ISO, DIN, EN, SAE).

• Resistansi (internal), muatan, energi, kapasitas, efisiensi, siklus, ketahanan kalender, perilaku suhu, dan ketahanan mekanis.

• Analisis daya tahan, jangkauan, dan efisiensi.

• Pengukuran impedansi elektrokimia dan voltametri siklik.

Contoh Uji - Pengukuran Resistansi Internal DC (DCIR)

DCIR mengukur karakteristik resistansi DC sel baterai. Kami akan membahas DCIR karena ini merupakan pengukuran penting dalam industri otomotif karena arus puncak tinggi yang terlihat pada baterai EV. Insinyur harus memahami bagaimana baterai akan merespons arus puncak yang tinggi ini, jadi mengetahui resistansi DC sangatlah penting.

Gambar 2. Bentuk gelombang tegangan dan arus yang diharapkan dari pengukuran DCIR menggunakan +100 Ampere Charge Pulse. (Gambar:Penglihatan Kunci)

Untuk mengukur resistansi, Anda menerapkan perubahan arus dan mengukur respons tegangan. Dalam hal ini, karena ini adalah DCIR, kami melakukan pengukuran resistansi DC yang sebenarnya. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3, perubahan langkah digunakan dan DCIR dihitung sebagai DCIR =(V_beforestep – V_afterstep) / (I_beforestep – I_afterstep).

Gambar 3. Bentuk gelombang tegangan dan arus yang diharapkan dari pengukuran DCIR menggunakan Pulsa Pelepasan -100 Ampere. (Gambar:Penglihatan Kunci)

Biasanya pengukuran pertama (sebelum langkah) dilakukan pada saat sel diam, jadi V_beforestep =tegangan rangkaian terbuka sel (OCV) dan I_beforestep =0 ampere. Perubahan langkah arus yang diterapkan dapat berupa peningkatan arus, yang merupakan pulsa pengisian, atau dapat berupa penurunan arus, yang merupakan pulsa pelepasan. Bahkan, Anda mungkin ingin mengukur DCIR di kedua arah dan membandingkan atau membuat rata-rata hasilnya. Lihat Gambar 4.

Gambar 4. Bentuk gelombang tegangan dan arus yang diharapkan dari pengukuran DCIR menggunakan +/-100 Ampere Charge, kemudian Discharge Pulse. (Gambar:Penglihatan Kunci)

Mengenai ukuran langkah arus, biasanya besar karena resistansi sel yang rendah memerlukan langkah arus yang besar untuk menciptakan respons tegangan yang dapat diukur. Permintaan untuk langkah-langkah saat ini bisa mencapai 20 °C. Untuk sel 50 Ah, itu berarti 1000 A, sehingga peralatan DCIR bisa berukuran besar dan mahal. Dengan arus tinggi, Anda tidak dapat membiarkan arus tinggi diterapkan tanpa batas waktu, atau sel akan memanas dan mengisi daya (jika pulsa saat ini positif) atau kosong (jika pulsa saat ini negatif). Dalam kedua kasus tersebut, mengubah status pengisian daya (SoC) sel tidak diinginkan, sehingga arus biasanya diterapkan sebagai pulsa pendek.

Sekarang, seberapa lebar seharusnya denyut nadi jika kita menerapkannya pada sel? Selain itu, jika kita mengukur V_afterstep, kapan waktu yang tepat untuk melakukan pengukuran? Hal ini terjadi segera setelah pemberian denyut atau menjelang akhir denyut sebelum sel kembali ke keadaan “sebelum langkah” (biasanya keadaan istirahat, seperti yang disebutkan di atas).

Menggali DCIR

Untuk menjawab pertanyaan tentang lebar pulsa, mari kita lihat pengertian DCIR. DCIR mengukur resistansi keluaran DC seri ohmik sel. Resistansi ohmik sel berasal dari pengumpul arus, bahan aktif elektroda, konduktivitas ionik elektrolit, dan koneksi lainnya.

Untuk DCIR, kami hanya peduli pada resistansi ohmik DC yang tidak berubah waktu. Perubahan tegangan akibat resistansi ohmik ini akan muncul seketika setelah penerapan pulsa arus. Jadi, untuk mengukur resistansi ohmik DC, Anda harus segera mengukur respons tegangan pada penerapan pulsa arus. Ini berarti panjang pulsa tidak menjadi masalah, dan pulsa tidak perlu lebih lama dari waktu pengukuran respons tegangan sel. Faktanya, Anda ingin pulsa tersebut sesingkat mungkin untuk menghindari pemanasan sendiri dan perubahan SoC yang tidak perlu yang disebabkan oleh pengisian atau pengosongan sel selama pulsa.

Insinyur dan ilmuwan sering meminta pulsa DCIR dengan lebar 1, 10, atau 30 detik dan mengukur respons tegangan sel V_afterstep di akhir pulsa tersebut. Ini bukan pengukuran DCIR melainkan pengukuran pulsa DC.

Jika diukur pada akhir pulsa, V_afterstep tentu akan mencakup efek resistansi ohmik DC. Namun, V_afterstep akan mencakup beberapa efek elektrokimia AC dan, yang paling signifikan, akan mencakup perubahan tegangan akibat pengisian atau pengosongan sel selama pulsa. Ketika panjang pulsa menjadi lebih panjang dan amplitudo pulsa menjadi lebih besar (ingat, pengujian ini dapat dijalankan pada suhu 20 °C), efek pengisian atau pengosongan pada OCV ini bisa sangat besar dibandingkan dengan perubahan tegangan minimal yang disebabkan oleh arus 20 °C yang mengalir melalui beberapa miliohm resistansi ohmik sel sebenarnya.

Penyiapan Pengujian

Gambar 5. Pengaturan pengujian untuk mengukur DCIR. (Gambar:Penglihatan Kunci)

Mengukur DCIR menggunakan pengaturan pengujian pada Gambar 5 memerlukan dua karakteristik instrumentasi:

1. Perangkat yang menerapkan pulsa arus memerlukan waktu naik beberapa milidetik atau lebih cepat. Jika tepinya lambat, waktu yang diperlukan untuk melakukan transisi dari I_beforestep ke I_afterstep akan memungkinkan terjadinya efek elektrokimia non-DC yang cepat, sehingga pengukuran respons tegangan akan mencakup ohmik DC dan beberapa komponen tegangan elektrokimia AC..

2. Respon tegangan V_afterstep harus diukur dengan cepat dan segera setelah langkah arus yang diterapkan selesai. Jika pengukuran lambat atau tertunda, V_afterstep akan menyertakan efek elektrokimia cepat non-DC. Secara ekstrim, jika V_afterstep diukur terlalu lambat setelah transisi, pengukuran DCIR menjadi pengukuran pulsa DC.

Kesimpulan

Berinvestasi dalam pengujian baterai kendaraan listrik bukan hanya kebutuhan teknis tetapi juga keharusan strategis untuk masa depan transportasi. Integrasi metodologi pengujian tingkat lanjut sangat penting untuk meningkatkan keamanan, efisiensi, dan umur panjang baterai kendaraan listrik, sehingga mendukung pertumbuhan pesat pasar kendaraan listrik.

Artikel ini ditulis oleh Bob Zollo, Arsitek Solusi, Pengujian Baterai untuk Solusi Energi dan Otomotif dan Brian Whitaker, Manajer Pemasaran Produk, keduanya di Keysight Technologies (Santa Rosa, CA). Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini  .