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Test de batterie de véhicule électrique : de nouveaux challenges à relever
Les systèmes de production de cellules, de modules et de blocs de batteries de véhicules électriques nécessitent des instruments électriques de précision pour détecter les écarts de manière fiable, et constituent ce que l’on appelle un test de batterie de voiture électrique Les fabricants dépendent d'équipements de test abordables pour :
- détecter de façon systématique de très légères anomalies électriques
- s'intégrer dans des systèmes automatisés complexes et diversifiés
- s'adapter à l'évolution des besoins en matière de tests
- assurer l'absence de temps d'arrêt
Les ingénieurs d'essai travaillent en étroite collaboration avec les ingénieurs de la R&D afin de mettre au point de nouvelles technologies de batteries. Les ingénieurs font confiance aux instruments de mesure de précision Keithley pour repousser les limites.
À découvrir :
- Classement des batteries avec test de tension en circuit ouvert
- Vérification de la soudure de la languette de la batterie et de la barre omnibus à l'aide de mesures de résistance
- Tests environnementaux et de sécurité utilisant la consignation des données de température
- Quantification de la décharge spontanée des batteries au moyen d'un test de tension en circuit ouvert
- Fabrication, vieillissement et recyclage des batteries
- Garantie de la qualité des batteries avec la résistance interne en courant continu
- Vérification de la qualité du contact des électrodes au moyen de mesures de faible résistance
- Maintenir l'isolation des batteries en mesurant la résistance d'isolement
Technologie des batteries pour véhicules électriques et tests de production critiques
Mesure de la tension en circuit ouvert d'une cellule de batterie.
En savoir plus :
Mesure de la tension en circuit ouvert d'une cellule de batterie avec le multimètre numérique Keithley DMM7510
Mesure de la tension en circuit ouvert d'une cellule de batterie avec un Keithley DMM7510
Classement des batteries avec test de tension en circuit ouvert (OCV)
Le classement des batteries est une étape critique dans tout environnement de production de batteries où les performances des batteries sont essentielles. Les mesures de la tension en circuit ouvert (OCV) sont utilisées pour classer les batteries dans les catégories suivantes :
- Les batteries de classe A ont les durées de vie les plus longues, une impédance interne plus faible et de meilleures performances générales. Utilisation dans des applications à forte puissance comme les véhicules électriques.
- Les batteries de classe B ont des performances moindres et une durée de vie plus courte. Utilisation pour les applications de stockage d'énergie
- Les batteries de classe C sont les moins performantes. Utilisation pour les applications portables à cellule unique
Les fabricants doivent distinguer les batteries de la plus haute qualité de celles qui peuvent présenter des défauts internes tels que des micro-coupures ou des contaminants. L'OCV de la batterie peut être suivi au fil du temps pour étudier les tendances de décharge et caractériser les performances. Ce processus peut prendre des semaines avant d'observer des changements dans l'OCV de quelques dizaines à quelques centaines de microvolts.
Le DMM7510 de Keithley est une solution parfaite pour les tests OCV dans l'environnement de production. Sa résolution de mesure de 7,5 chiffres et sa précision supérieure permettent de mesurer les plus petites variations de tension et d'obtenir des résultats plus rapidement. Pour les applications à volume élevé, le commutateur et multimètre système 3706A de Keithley permet d'intégrer jusqu'à 576 voies bifilaires dans une unité centrale, ce qui élargit vos capacités de test sans compromettre l'espace du rack de test ou du banc.
Vérification de la soudure de la languette de la batterie et de la barre omnibus à l'aide de mesures de résistance
La soudure est couramment employée dans les systèmes de production automatisés afin de relier les languettes des cellules aux électrodes et de connecter des cellules complètes entre elles de manière à former un bloc de batteries. Les grands blocs de batteries peuvent comporter des dizaines voire des centaines de soudures, ou joints, reliant les cellules aux barres omnibus.
Un joint de soudure de qualité offre peu de résistance au circuit, quelques microohms seulement en général. Des soudures ou des joints défectueux peuvent atteindre des valeurs de l'ordre du milliohm, ce qui nuit aux performances et génère un excès de chaleur pouvant entraîner un grave emballement thermique. Il est presque impossible de repérer visuellement une mauvaise soudure.
Cependant, il est possible de déceler rapidement les imperfections d'une soudure dans un milieu de production en mesurant la résistance à l'aide d'un multimètre numérique de précision tel que le commutateur et multimètre de système Keithley 3706A et d'une source de courant telle qu'un SMU Keithley 2460. Le SMU fournit un courant de précision allant jusqu'à 7 A, tandis que le multimètre numérique mesure la résistance du joint avec une précision de l'ordre du microohm. La haute densité de commutation intégrée du 3706A permet d'effectuer plus de contrôles de soudure en réduisant le nombre de recâblages.
Emplacements courants des soudures sur une batterie.
En savoir plus :
Mesure de la résistance des soudures des barres omnibus dans les blocs de batteries
Mesures de température multipoints effectuées avec un multimètre numérique multivoies comme le 3706A.
En savoir plus :
Tests environnementaux et de sécurité utilisant la consignation des données de température
Il est très important de procéder à des tests environnementaux pour garantir la résistance et le bon fonctionnement des batteries de véhicule électrique dans des conditions environnementales extrêmes. Il est également important de procéder à des essais thermiques dans le cadre des qualifications de sécurité. Bien que les tests de température diffèrent largement en fonction de la séquence de test, du type de batterie et des contraintes physiques, voici les mesures de température communes sur une batterie :
- Température interne d'une cellule ou d'un module au moyen d'un capteur embarqué
- Température externe d'une cellule ou d'un module
- Surveillance de la température ambiante autour du bloc pour mieux comprendre comment se dissipe la chaleur ou pour vérifier les conditions environnementales.
Comme les performances des batteries dépendent de la température, les ingénieurs mesurent, documentent et, dans certains cas, caractérisent et programment les batteries une fois qu'elles sont installées dans le véhicule électrique. La température est également un indicateur de la défaillance des cellules et de l'emballement thermique.
Le système de commutation et multimètre Keithley 3706A est un système de commutation haute densité qui peut compter jusqu'à 576 voies bifilaires par unité centrale. La configuration de commutation personnalisable peut être configurée en fonction de la densité afin de disposer d'un plus grand nombre de points de surveillance ou en fonction de la vitesse pour effectuer des vérifications rapides de la température.
Quantification de la décharge spontanée des batteries au moyen d'un test de tension en circuit ouvert (OCV)
Lorsqu'elles ne sont pas branchées, les batteries ont tendance à se décharger au fil du temps, car la réaction chimique s'inverse lentement en interne. En principe, ce courant d'autodécharge interne est extrêmement faible, ce qui permet à la batterie de conserver sa charge plus longtemps. Les batteries présentant des défauts internes, tels que des micro-coupures, des trous d'épingle dans le séparateur et des contaminants, se déchargent plus rapidement au fil du temps que celles de meilleure qualité.
Il peut en résulter des performances médiocres et des problèmes d'équilibrage dans un bloc, ou encore une contrainte sur la cellule. C’est là qu’entre en jeu le test de batterie de voiture électrique. La tension en circuit ouvert (OCV) de la batterie permet de surveiller le comportement d'autodécharge, car cette valeur diminue à mesure que la batterie se décharge. Pour séparer les batteries valables des batteries défectueuses avant de les placer dans un bloc, il faut parfois compter plusieurs semaines de surveillance, car les variations de l'OCV peuvent ne représenter que quelques dizaines ou centaines de microvolts.
Le DMM7510 de Keithley est une solution parfaite pour surveiller les OCV afin de mesurer la décharge spontanée. Sa résolution de 7,5 chiffres et sa précision supérieure permettent de mesurer les plus petites variations de tension et de visualiser les tendances plus rapidement. Pour les applications à volume élevé, le commutateur et multimètre système 3706A de Keithley permet d'intégrer jusqu'à 576 voies bifilaires dans une unité centrale, ce qui élargit vos capacités de test sans compromettre l'espace du rack de test ou du banc.
Lors du test de batterie de voiture électrique, la décharge spontanée signifie que les ions circulent à l'intérieur de la batterie même lorsque celle-ci est débranchée.
Configuration du cycle des batteries au moyen d'un SMU.
En savoir plus :
Solutions pour la fabrication et le vieillissement des batteries
Fabrication, vieillissement et recyclage des batteries
La fabrication et le vieillissement sont les étapes les plus importantes du processus de fabrication des cellules de batterie, car c'est à ce moment-là que des processus chimiques critiques se produisent dans les batteries. Les résultats de ce processus affectent directement les performances ultérieures de la batterie et des tests après la fabrication sont effectués pour repérer les batteries ayant des défauts de fabrication.
La fabrication et le vieillissement des batteries nécessitent qu'elles soient chargées et déchargées de façon répétée à des niveaux variables. Le cycle des batteries est un facteur essentiel dans de nombreux autres tests, notamment la modélisation et la caractérisation thermique.
Les procédures de test de batterie de voiture électrique varient considérablement en fonction de la composition chimique de la batterie, de sa structure et des profils de test. En outre, de nombreux autres tests nécessitent de soumettre les batteries à des cycles, de sorte que les solutions de test doivent être souples.
Les unités de source et de mesure (SMU) de Keithley constituent une solution pratique et intégrée pour les opérations de charge et de décharge. Les SMU à écran graphique tactile de la série 2400 peuvent fournir avec précision des courants allant jusqu'à 7 A en courant continu. Ces SMU disposent de la technologie TSP® Scripting permettant de simplifier l'automatisation de la production et de la rendre plus efficace.
Garantie de la qualité des batteries avec la résistance interne en courant continu
Les batteries ayant une résistance interne élevée ont des performances plus faibles et un risque plus élevé de défaillances comme l'emballement thermique. La résistance interne indique la présence d'une couche d'interphase d'électrolyte solide (SEI) mal formée. Elle peut également servir de mesure de la qualité des batteries.
Les unités de source et de mesure (SMU) de Keithley fournissent une solution intégrée pour réaliser des tests de résistance interne en courant continu. Les SMU à écran tactile et graphique de la série 2400 peuvent générer un courant faible précis tout en mesurant la tension correspondante afin de calculer la résistance interne.
Mesurez la résistance interne CC d'une cellule de batterie à l'aide d'un SMU.
Couches dans une cellule de batterie. La résistance de contact est mesurée entre le matériau de l'électrode et le collecteur de courant.
Vérification de la qualité du contact des électrodes au moyen de mesures de faible résistance
La résistance interne de la batterie augmente lorsque le collecteur de courant est mal raccordé au matériau de l'électrode enroulé sur le collecteur. La détection précoce des mauvaises électrodes permet d'économiser du temps et des ressources ultérieurement dans le processus de fabrication.
Les sources de courant sensibles de la série 6200 de Keithley associées au nanovoltmètre 2182A constituent la combinaison parfaite pour effectuer des mesures sensibles de faible résistance sur des électrodes, dans le cadre de test de batterie de voiture électrique. Cette combinaison de faible résistance mesure jusqu'à des dizaines de nano-ohms pour avoir la plus grande confiance dans la qualité de l'électrode.
Maintenir l'isolation des batteries en mesurant la résistance d'isolement
Un court-circuit sur une batterie entraîne un risque de défaillance grave. Des courts-circuits peuvent se produire en interne, mais il existe également un risque de court-circuit externe lorsque l'isolation est défectueuse ou qu'une batterie est mal raccordée au bloc. Il est possible d'éviter une grave défaillance ultérieure en vérifiant l'isolation des électrodes de la cellule par rapport à la terre et la qualité de l'isolation de tous les matériaux exposés au courant.
L'unité de mesure de source haute tension (SMU) Keithley 2470 constitue une solution simple et groupée pour mesurer la résistance des matériaux. Le SMU peut générer une tension pouvant atteindre 1 kV et calculer la résistance correspondante du matériau.
Mesure de la résistance d'isolement. La languette de la batterie doit être isolée électriquement du châssis.
Produits pour test de batterie de voiture électrique
Ressources
Questions fréquentes
Qu’est-ce que le test des batteries pour véhicules électriques ?
Les tests de batterie de VE englobent de nombreuses méthodes pour vérifier les performances et la sécurité d’une batterie. Les tests ont lieu à toutes les étapes du cycle de vie de la batterie, des laboratoires de conception à l’utilisateur final, en passant par l’atelier de fabrication.
Comment les batteries pour véhicules électriques sont-elles testées ?
Les batteries des véhicules électriques sont soumises à une grande variété de tests, notamment des tests chimiques, mécaniques, thermiques et électriques. Les tests électriques comprennent la mesure de la tension de la batterie, de l’impédance interne, de la résistance des composants et des profils de charge/décharge. Les équipements de test électrique peuvent être uniquement de mesure comme un multimètre numérique ou nécessiter un approvisionnement et une mesure précis sous la forme d’alimentations et d’unités de mesure de source (SMU).
Quelle est la norme pour les tests de batteries pour véhicules électriques ?
Il existe de nombreuses normes disponibles pour les tests de batterie des véhicules électriques. Les normes englobent la sécurité et les performances des batteries à partir du niveau de la cellule jusqu’au niveau du bloc. Les normes dépendent également de l’application finale. Par exemple, les normes pour les véhicules électriques grand public peuvent différer des normes pour les véhicules électriques industriels ou les petits moyens de transport tels que les vélos électriques et les scooters électriques.
Pourquoi est-il important de tester les batteries pour véhicules électriques ?
Des tests approfondis garantissent que les batteries sont non seulement sûres, mais qu’elles répondent aux spécifications de performance définies par le fabricant. Les batteries de mauvaise qualité peuvent avoir des effets cumulatifs sur l’ensemble du pack, il est donc crucial d’identifier ces batteries avant qu’elles n’arrivent à l’utilisateur final. Les tests en phase de recherche et développement sont également essentiels pour valider des conceptions nouvelles et améliorées.
A quelles exigences sont soumises les batteries pour véhicules électriques ?
Les spécifications de la batterie peuvent être complexes, avec des valeurs nominales sur la tension, le courant, l’impédance, la capacité et la durée de vie. Les valeurs nominales varient en fonction de la chimie et de la construction de la batterie. Des tests électriques sont nécessaires pour vérifier ces valeurs nominales pour l’utilisateur final.