​EV 모듈 및 팩 테스트용 배터리 사이클러 선택 방법

​NI는 연구개발, 검증, 생산, 수명 종료, 재생산까지 배터리 수명 주기 전반에 걸쳐 특정 테스트 요건을 해결할 수 있는 다양한 기능을 갖춘 고성능 전기차 (EV) 배터리 사이클러 옵션 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 몇 가지 실제 사용 사례를 평가해보고 그 솔루션을 선택한 이유를 살펴보겠습니다.

1. 레코드 앤 플레이에서 실제 신호 재생성

​배터리 랩 A는 최대 1500 V의 새로운 고전력 배터리 아키텍처를 평가하는 대규모 첨단 배터리 연구개발 검증 랩입니다. 이 랩의 목표는 실제 측정 조건을 에뮬레이션하여 배터리의 성능, 역학, 수명 로드의 영향 그리고 배터리 수명을 조사하는 것입니다. 

​고객은 다이나믹 프로파일을 측정하고 기록하며 10 kHz 주파수에서 특정 시스템 다이나믹을 재현하고자 했습니다. 이상적으로 리플 에뮬레이션과 배터리 특성화를 비롯하여 이러한 신호를 정확하게 재생성하려면 솔루션은 최소 20 kHz 주파수로 사이클링 기능을 제공해야 합니다.

^{그림 1: HPS-17000 배터리 사이클러}

HPS-17000을 선택한 이유는 최대 1500 V 제품을 테스트할 수 있고 고주파수 테스트 신호를 생성할 수 있기 때문입니다. 이 사이클러는 고성능 기능을 통해 고주파수, 충실도 높은 웨이브폼을 마이크로초 단위의 고분해능으로 실행할 수 있습니다. 이 장치는 더 높은 주파수 신호를 주입하면 배터리가 어떻게 반응하는지 관찰하고 신호를 기록하고 측정하며 배터리에 대해 신호를 재생할 수 있습니다. HPS-17000 고전압 배터리 사이클러는 타임스탬프가 지정된 셋포인트와 이더넷을 통한 측정 스트리밍을 사용하여 필수 주파수인 10 kHz를 훨씬 웃도는 최대 100 kHz의 속도로 HIL 어플리케이션을 테스트하는 데 이상적입니다.

^{그림 2: HPS-17000은 0.25 ms 내에 0~100 A 범위에서 고주파수 테스트 신호 생성 단계에 응답함}

​그림 2는 0.25밀리초 내에 단계가 완료된 상태로 0~100 A 범위에서 속도 컨트롤 단계 응답의 스코프 측정을 보여줍니다. 이는 제어되는 방식으로 고주파수 콘텐츠가 포함된 신호를 주입하는 HPS-17000의 기능을 보여줍니다.

2. 다양한 크기의 배터리를 동시에 테스트

 

배터리 랩 B는 대규모 배터리 연구개발 검증 랩으로, 전압과 전력 범위가 넓은 다양한 크기의 배터리 팩을 테스트해야 합니다. 팩은 시설 내 여러 구역과 랩에 흩어져 있으며 멀리 떨어진 시설에도 있습니다. 따라서 사이클러를 재구성하여 단 며칠 만에 전력 레벨을 증감시켜야 합니다. 테스트 유형은 피크 성능 대비 수명 주기 테스트, 작동 효율성, 안전한 시스템 검증, 열 사이클링 성능, 제품 내구성, 최종 적용을 위한 BMS 개선 등 광범위합니다. 

^{그림 3: NHR-9300 배터리 사이클러}

​NHR-9300 재생 배터리 팩 테스트 시스템은 재구성과 설정, 그리고 이동이 쉽고 유연하다는 점에서 선택하였습니다. 100 kW의 모듈식 전원 블록은 최대 2.4 MW까지 확장할 수 있으며 필요에 따라 크기를 줄여 배터리 팩 내부의 여러 시스템을 테스트하도록 설정과 일정을 최적화할 수 있습니다. 엔지니어는 100 kW, 500 kW, 2 MW에서 전체 크기와 적용을 지속적으로 재구성합니다. 일부 사이클러는 때때로 분리해 온도 챔버와 같은 자본 자산이 있는 다른 부서로 이송합니다.

^{그림 4: NHR-9300은 100 kW 빌딩 블록에 확장 가능한 모듈식 전원을 갖춰 손쉽게 재구성이 가능합니다.}

​이 배터리 사이클러는 이동성이 우수하고 전력 밀도가 더 높아서 바퀴를 이용하여 캐비닛을 손쉽게 옮길 수 있으며 고객이 필요에 따라 전력을 확장할 수 있습니다. 

​차트 및 범위 표시를 위한 대형 표시 패널 등 여러 가지 컨트롤 옵션이 제공되므로 작업자가 사용자 친화적이고 손쉬운 방법으로 간단한 테스트의 경우 기본 기능으로, 더 정교한 테스트의 경우 프로그래밍 기능으로 작업을 시작할 수 있습니다.

3. 높은 NEMA 등급 조건에서 배터리 테스트 실행

​배터리 랩 C는 일반적인 로드 프로파일과 충전 주기를 갖는 EV 배터리는 물론 전력 과부하가 심한 EV 배터리의 수명 주기를 테스트하기 위해, 배터리에 열악한 물리적, 환경적 조건을 부여하여 배터리 팩을 테스트하는 검사 랩입니다. 

^{그림 5: ERS-BIC}

​이 시나리오에 가장 적합한 솔루션은 무엇입니까? 이 랩은 하나 이상의 ERS-BIC 시스템으로 제어되는 온도 및 환경 조건 챔버로 구성됩니다. 이러한 시스템을 효율적으로 클러스터링하면 마스터와 슬레이브를 쉽게 컨트롤하여 더 높은 전압, 전류, 정격 전력을 전달할 수 있습니다. ERS-BIC는 전력 스파이크가 공칭값을 훨씬 초과하는 경우 과도한 전력 오버로드를 관리하는 고유한 기능을 갖추고 있습니다. 이 제품은 테스트 스탠드가 공칭 전력 요건에 맞게 계획되어 있는 경우에 유용하지만 짧은 시간 동안 훨씬 더 큰 전력이 필요한 경우의 사용 사례도 있습니다. 이 경우, 복구 시간 동안에는 공칭 전력이 사용됩니다.

^{그림 6: ERS-BIC는 오버로드 기능과 30초 동안 전력의 최대 180%를 빠르게 복구하는 기능을 제공합니다.}

​ERS-BIC 장치는 수냉식 설계로 냉각에 시간을 많이 들이지 않고도 과전류 및 과전력 펄스 또는 고전류 전력 펄스를 처리할 수 있습니다. 이는 업계에서 유일한 기능이며 덕분에 작은 설치 공간에서 더 많이 테스트할 수 있습니다. 또한 최대 IP54의 IP 등급이 필요한 경우 수냉식 설계 덕분에 더럽거나 먼지가 많거나 오염된 환경에서도 높은 IP 또는 NEMA 등급에 도달할 수 있습니다.

​모든 배터리 랩은 고유하지만, NI는 응용 분야의 요구 사항을 충족시키기 위해 다양한 고성능 배터리 사이클러를 제공합니다. NI의 일부 시스템이 모듈 및 팩 레벨 테스트의 요구 사항에 어떻게 맵핑되는지 비교하려면 아래 그림을 참조하십시오.

^{그림 7: NI의 배터리 사이클러 및 배터리 에뮬레이터 포트폴리오}

​첨단 실험실에서 다른 NI 배터리 테스트 장비와 소프트웨어를 사용하고 있습니다. BTS (Battery Test System) 소프트웨어는 플러그인, 디바이스 드라이버 및 전문적인 분석/테스트 IP를 통해 즉시 사용할 수 있는 기능을 제공하며, 일련의 배터리 테스트 시스템 및 데이터를 관리할 수 있습니다. 데이터 분석을 단순화하기 위해 대시보드를 사용자 정의할 수 있습니다. 

​요약하자면 전기차 배터리의 신뢰성, 성능 및 안전성을 보장하려면 EV 모듈 및 팩 테스트에 적합한 배터리 사이클러를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해 배터리 랩의 특정 테스트 목표, 파라미터 및 환경 등 요소를 이해하고, 변화하는 테스트 요구사항에 대응하는 데 필요한 유연성과 확장성을 고려해야 합니다.

​NI는 배터리 수명 주기 전반에 걸쳐 광범위한 테스트 요구사항을 충족하도록 설계된 포괄적인 고성능 배터리 사이클러 포트폴리오를 제공합니다. 연구개발 및 검증에서 생산과 수명 종료 테스트에 이르기까지 NI 솔루션은 비용을 절감하고 시장 출시 시간을 단축하면서 배터리 연구개발을 가속화하는 데 필요한 유연성, 정확도 및 신뢰성을 제공합니다.

​배터리 테스트 전문가와 상담하고 실제 사용 사례를 평가하면 고유한 테스트 요구사항에 맞는 최적의 배터리 사이클러 솔루션을 자신 있게 선택할 수 있습니다. EV 배터리 모듈 및 팩 테스트를 위한 NI의 배터리 사이클러 옵션에 대해 자세히 알아보려면 NI로 문의하십시오.

• 소프트웨어 정의 EV 배터리 검증에 접근하는 NI의 방식에 대해 자세히 알아보기
• "EV 배터리 테스트의 기본" 웨비나 온디맨드 보기
• 2023년 하반기 NI Automotive Journal에서 더 많은 내용 읽기
• 고전력 테스트에 필요한 NI 배터리 사이클러 및 기타 장비 전부 살펴보기