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전기 자동차 배터리 테스트 - 새로운 도전
전기 자동차 배터리 셀, 모듈, 팩 생산 시스템은 변화를 안정적으로 식별하기 위해 정밀한 전기 장비를 사용합니다. 제조업체들은 다음을 위해 경제적인 테스트 장비를 활용하고 있습니다.
- 일관적으로 미세한 전기적 이상을 탐지
- 복잡하고 다양한 자동 시스템과 통합
- 발전하는 테스트 요구 사항에 적응
- 다운타임을 0으로 단축
테스트 엔지니어들은 R&D 엔지니어들과 긴밀히 협력하여 새로운 배터리 기술을 현실로 만들고 있습니다. 또한 엔지니어들은 Keithley 전기 자동차 테스트 장비가 한계를 뛰어넘는 데 도움이 될 것이라고 믿고 있습니다.
전기 자동차 배터리 기술 및 핵심 생산 테스트
배터리 셀에서 개방 회로 전압 측정
자세히 보기:
Keithley DMM7510 디지털 멀티미터를 사용해 배터리 셀 개방 회로 전압 측정
Keithley DMM7510을 사용해 배터리 셀의 개방 회로 전압 측정
OCV(개방 회로 전압) 테스트를 통한 배터리 등급 측정
배터리 등급 측정은 배터리 성능이 핵심인 모든 배터리 생산 환경에서 대단히 중요한 단계입니다. OCV(개방 회로 전압) 측정 방식은 배터리를 다음 등급으로 분류하는 데 사용됩니다.
- A 등급 배터리는 가장 긴 수명을 가지고 있으며, 내부 임피던스가 낮고 전반적인 성능이 좋습니다. 전기 자동차처럼 높은 전력이 필요한 상황에 사용됩니다.
- B 등급 배터리는 보다 낮은 성능과 짧은 수명을 가집니다. 에너지를 저장할 필요가 있는 경우에 사용됩니다.
- C 등급 배터리는 가장 성능이 낮습니다. 셀 하나를 휴대용으로 사용하는 경우에 사용됩니다.
고품질 배터리는 미세한 단락 또는 오염물 등의 내부 결함이 있는 배터리로부터 분리해야 합니다. 배터리의 OCV를 시간 경과에 따라 모니터링하여 방전 추이를 관찰하고 성능의 특성을 기술할 수 있습니다. 이 과정은 수십, 수백 마이크로볼트에서 OCV의 변화를 관찰해야 하므로 몇 주가 소요될 수 있습니다.
Keithley의 DMM7510은 생산 환경에서의 OCV 테스트를 위한 완벽한 솔루션입니다. DMM7510는 7.5자리 측정 해상도와 뛰어난 정확도를 갖고 있어 전압에서 더 작은 변화를 측정할 수 있으며 더 빠르게 결과를 얻을 수 있습니다. 대용량 테스트가 필요한 경우, Keithley 3706A 시스템 스위치 및 멀티미터를 사용하면 576개의 2선 채널을 하나의 메인 프레임에서 사용할 수 있어 테스트 랙이나 벤치 공간을 희생하지 않도록 테스트 기능을 확장할 수 있습니다.
저항 측정을 통한 배터리 탭 및 버스바 용접 확인
용접은 자동 생산 시스템에서 셀 탭을 전극에 연결하는 것뿐만 아니라 완성된 셀을 함께 연결해 배터리 팩을 만드는 일반적인 업무입니다. 대용량 배터리 팩은 셀을 버스바에 연결하는 수십, 수백 개의 용접 또는 조인트를 가질 수 있습니다.
용접의 품질이 좋으면 회로에 저항이 거의 없으며 일반적으로 마이크로옴 수준으로만 나타납니다. 제대로 되지 않은 용접이나 조인트는 밀리옴 범위로 측정할 수 있으며, 이는 심각한 열 폭주를 야기할 수 있는 성능 문제 및 과도한 열 생성으로 이어집니다. 잘못된 용접을 눈으로 식별하는 것은 거의 불가능한 일입니다.
하지만 Keithley는 3706A 시스템 스위치 및 멀티미터와 같은 정밀한 DMM과 Keithley 2460 SMU와 같은 전류 소스를 사용하는 저항 측정을 통해 생산 환경에서 용접 결함을 빠르게 식별할 수 있습니다. SMU는 최대 7A의 정밀 전류를 제공할 수 있는 반면, DMM은 조인트의 저항을 마이크로옴 단위까지 측정합니다. 3706A에 내장된 고밀도 스위칭은 재배선을 줄이면서 더 많은 용접 검사를 수행할 수 있게 해줍니다.
온도 데이터 로깅을 사용한 환경 및 안전 테스트
환경 테스트가 는 배터리가 극한의 환경 조건에서도 견디고 성능을 발휘할 수 있도록 보장하는 데 매우 중요합니다. 열 테스트도 안전 자격을 위한 중요한 부분입니다. 비록 온도 테스트가 테스트 순서, 배터리 유형, 물리적 제약에 따라 크게 다양할 수 있지만, 배터리에서 일반적으로 측정하는 온도는 다음과 같습니다.
- 내장 센서를 사용하는 셀 또는 모듈의 내부 온도
- 셀 또는 모듈의 외부 온도
- 팩 주위의 주변 온도를 모니터링하여 열 분산을 이해하거나 환경 조건을 확인
배터리 성능은 온도에 따라 달라지기 때문에, 엔지니어들은 전기 자동차에 장착된 배터리를 측정 및 기록하고, 경우에 따라서는 그 특성을 기술하고 프로그래밍하기도 합니다. 온도는 셀 고장 및 열 폭주의 지표이기도 합니다.
Keuthley 3706A 시스템 스위치와 멀티미터는 메인프레임당 최대 576개의 2선식 채널을 갖는 고밀도 스위칭 시스템입니다. 사용자 지정이 가능한 스위칭 설정을 통해 더 많은 지점을 모니터링하도록 밀도를 설정하거나 온도를 빠르게 확인하도록 속도를 설정할 수 있습니다.
OCV(개방 회로 전압) 테스트를 통한 배터리 자체 방전 정량화
배터리는 연결되어 있지 않을 때 시간이 흐름에 따라 방전하는 경향이 있으며, 이는 화학 반응이 천천히 내부적으로 뒤바뀌기 때문입니다. 이상적인 것은 이 내부 자체 방전 전류가 극도로 작아서 배터리가 충전을 더 오래 유지하는 것입니다. 마이크로 단락, 분리막의 핀홀 및 오염물질과 같은 내부 결함을 가진 배터리는 시간이 경과하면 고품질의 배터리보다 더욱 빠르게 방전됩니다.
이는 팩의 성능 저하 및 밸런스 문제를 야기할 수 있으며 셀에 스트레스를 유발할 수 있습니다. 배터리의 OCV( 개방 회로 전압 )는 배터리가 방전될 때 감소하기 때문에 자체 방전 동작을 감시하는 데 사용될 수 있습니다. OCV 변화는 수십에서 수백 마이크로볼트에 불과할 수도 있기 때문에 팩에 배터리를 설치하기 전에 양질의 배터리 사이에서 결함 있는 배터리를 골라내려면 수 주의 모니터링이 필요할 수 있습니다.
Keithley의 DMM7510은 자체 방전을 측정하기 위한 OCV 모니터링에 완벽한 솔루션입니다. 7.5자리의 해상도와 뛰어난 정확도를 가지고 있어 전압의 더 작은 변화를 측정하고 경향성을 더 빠르게 볼 수 있습니다. 대용량 테스트가 필요한 경우, Keithley 3706A 시스템 스위치 및 멀티미터를 사용하면 576개의 2선 채널을 하나의 메인 프레임에서 사용할 수 있어 테스트 랙이나 벤치 공간을 희생하지 않도록 테스트 기능을 확장할 수 있습니다.
자체 방전은 배터리의 연결이 해제되어도 이온이 내부적에서 흐른다는 것을 의미합니다.
형성, 에이징, 배터리 순환
배터리 셀 제조 과정에서 가장 중요한 부분은 형성과 노화 단계이며, 이때 배터리에 중요한 화학 메커니즘이 적용됩니다. 이 과정의 결과는 이후 배터리의 수명 동안 성능에 직접적인 영향을 미치며 형성 후 테스트는 제대로 형성되지 않은 배터리를 식별하기 위해 수행됩니다.
배터리는 다양한 속도로 충전 및 방전되므로 형성과 노화가 발생합니다. 배터리 순환은 모델링 및 열 특성 평가를 포함하여 다른 많은 테스트에서 중대한 구성 요소입니다.
테스트 절차는 배터리의 화학 구성 물질, 구성, 테스트 프로필에 따라 크게 달라집니다. 또한 다른 많은 테스트에서는 배터리가 순환될 것을 요구하므로 테스트 솔루션이 유연해야 합니다.
Keithley 소스 측정 장치, 즉 SMU는 충전 및 방전을 위한 간편한 싱글 박스 솔루션을 제공합니다. 2400 시리즈 그래픽 터치스크린 SMU는 최대 7A DC의 전류를 정확하게 공급할 수 있습니다. 이러한 SMU는 TSP® 스크립팅 기술을 제공하여 생산 자동화를 간단하고 효율적으로 만들어 줍니다.
DC 내부 저항으로 배터리 품질 보장
내부 저항이 높은 배터리는 성능이 낮으며 열 폭주와 같은 고장 위험이 높습니다. 내부 저항은 잘못 형성된 SEI(고형 전해질 계면) 레이어의 지표이며 배터리 품질의 척도로도 사용될 수 있습니다.
Keithley 소스 측정 장치(SMU)는 DC 내부 저항 테스트를 위한 단일 박스 솔루션을 제공합니다. 2400 시리즈 그래픽 터치스크린 SMU는 정확하게 낮은 전류를 공급하고 그에 해당하는 전압을 측정하여 내부 저항을 계산합니다.
SMU를 사용해 배터리 셀의 DC 내부 저항 측정
배터리 셀의 레이어. 접촉 저항은 전극 재료와 집전 장치 사이에서 측정됩니다.
낮은 저항 측정을 통한 전극 연결 품질 확인
집전 장치와 집전 장치에 감겨 있는 전극 재료가 제대로 연결되어 있지 않으면 배터리의 내부 저항이 증가합니다. 불량 전극을 조기에 발견하면 후에 제조공정에서 시간과 자원을 절약할 수 있습니다.
Keithley 6200 시리즈 센서티브 전류 소스와 2172A Nanovoltmeter를 함께 사용하는 것은 전극의 민감한 낮은 저항을 측정하는 데 완벽한 조합입니다. 이 조합을 사용하면 전극의 품질에 대해 최고로 확실할 수 있도록 수십 나노옴 수준의 저항을 측정할 수 있습니다.
절연 저항을 측정하여 배터리를 절연 상태로 유지
배터리가 단락되었다는 것은 고장날 위험이 있다는 의미입니다. 단락은 내부에서 발생할 수 있으나, 절연에 실패하거나 배터리가 팩에 잘못 연결되는 경우 외부에서 발생할 위험도 있습니다. 접지로부터 셀 전극의 절연과 전류에 노출된 모든 재료의 절연 품질을 확인하면 이후 심각한 고장이 발생하는 것을 예방할 수 있습니다.
Keuthley 2470 고전압 SMU(소스 측정 장치)는 재료의 저항을 측정하는 간단한 단일 박스 솔루션을 제공합니다. SMU는 최대 1kV의 전압을 공급하고 그에 해당하는 재료의 저항을 계산할 수 있습니다.
절연 저항 측정. 배터리의 탭은 섀시에서 전기적으로 절연되어야 합니다.
자주 묻는 질문
EV 배터리 테스트란 무엇인가요?
EV 배터리 테스트에는 배터리의 성능과 안전을 확인하기 위한 다양한 방법이 포함됩니다. 테스트는 설계 실험실, 제조 현장에서 최종 사용자에 이르기까지 배터리 수명 주기의 모든 단계에서 진행됩니다.
전기 자동차 배터리는 어떻게 테스트하나요?
EV 배터리는 화학, 기계, 열 및 전기 테스트를 포함해 매우 다양한 테스트를 거칩니다. 전기 테스트에는 배터리 전압, 내부 임피던스, 구성 요소의 저항 및 충전/방전 프로파일 측정이 포함됩니다. 전기 테스트 장비는 DMM과 같이 측정 전용이거나 전원 공급 장치 및 SMU(소스 측정 장치)의 형태로 정확한 소싱이나 측정이 필요할 수 있습니다.
EV 배터리 테스트에는 어떤 표준이 있나요?
EV 배터리 테스트에 사용할 수 있는 표준은 다양합니다. 표준은 셀 수준에서 팩 수준까지 이르는 배터리의 안전과 성능을 포괄합니다. 또한 표준은 최종 사용 용도에 따라 달라집니다. 일반 소비자용 전기 자동차의 표준은 산업용 전기 자동차나 전기 바이크 또는 전기 스쿠터 등의 소형 운송 수단의 표준과 다를 수 있습니다.
EV 배터리 테스트가 중요한 이유는 무엇인가요?
철저한 테스트를 통해 배터리의 안전뿐만 아니라 제조업체에서 설정한 성능 사양을 총족하는지 확인할 수 있습니다. 저품질 배터리는 전체 팩에 복합적인 영향을 미칠 수 있기 때문에, 최종 사용자에게 전달되기 전에 그러한 저품질 배터리를 식별해내는 것이 매우 중요합니다. 연구 및 개발 단계에서 진행하는 테스트도 신규 및 개선된 디자인의 검증에 핵심적입니다.
EV 배터리가 갖춰야 할 기본 사양은 무엇인가요?
배터리 사양은 전압, 전류, 임피던스, 용량 및 수명에 대한 등급으로 복잡할 수 있습니다. 등급은 배터리 화학 구성물과 구조에 따라 달라집니다. 최종 사용자를 위해 이러한 등급을 검증하려면 전기 테스트가 필요합니다.