抢占先机：EV生产中的电芯质量测试
概览
汽车行业正在经历一场电动汽车的大规模转型，而电池是汽车的重中之重。也许从未有哪个组件能对最终产品产生如此深远的影响，同时自身技术也在迅速变革。
电池具有特殊的测试覆盖范围要求。汽车制造商习惯于测试机电系统，但电池还包含化学成分。这就又提高了复杂性，不仅需要电气和机械测试程序，还需要理解和监控电池运行和性能不可或缺的电化学过程。
可以说，测试电池比测试电路板更像在测试人体。和人类一样，电池也处于动态变化中，它们的状态会随环境和使用情况而变化，每个电池的表现都略有不同。
为简化其复杂性，我们来了解一下电芯质量测试、扩大高性能电池生产规模以及未来战略和投资的基础知识。
内容
电芯质量测试基础
验证工程师使用多种测试来验证电芯质量和性能的各个方面。每个测试的目标、优点和缺点各不相同。
目视检查
虽然容易存在主观性和人为错误，但目视检查是检查物理缺陷或异常的一种简单测试方法。检查员可检查电极涂层、焊缝完整性和电芯结构。
随着自动化在电芯制造中日益普及，配备摄像头和计算机视觉算法的机器人系统可以快速、一致且精确地执行视觉检查。自动化视觉检查是简化质量控制流程、增强检测能力和提高制造效率的重要工具。
DCIR阻抗测试
直流内阻(Direct Current Internal Resistance, DCIR)测试可测量直流电阻。向电池注入相对较高强度的电流脉冲，以测量电芯的欧姆响应。当电池处于不同的充电状态时，应用脉冲映射整个电芯范围内包括充电和放电的响应。这有助于深入了解电芯的内部状况及其功能。
虽然DCIR的分析并不全面，但它是一种能够快速简单进行内阻基准测量的方法。交流内阻(Alternating Current Internal Resistance, ACIR)和电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)测试可提供更多关于电池阻抗的信息，但它们更耗时且需要使用专用设备。
ACIR阻抗测试
不同于测量直流电阻的DCIR，ACIR用于评估交流电下电池的阻抗。向电芯施加正弦电流，并在特定频率（通常为1 kHz）下测量电压反应。
通过分析电压响应，工程师可分析电芯的交流动态特性并检测关键缺陷。分析结果揭示了不同频率下各种电化学过程、老化效应和内阻变化的信息。
EIS阻抗测试
EIS测试是最先进的阻抗测试类型。不同于ACIR测试以一个频率和幅度应用正弦曲线，EIS而是以多个频率（通常为0.1 Hz至10 kHz或更高）应用激励。
使用EIS可捕获ACIR和DCIR测试无法检测到的缺陷，其多个频率的测试可评估电芯在更大频谱和更宽频率范围内的性能。该方法有助于识别过早老化等问题。这些见解可以提高实验室的诊断能力，并助您加深对电池行为的了解。
OCV测试
开路电压(OCV)测试可测量电芯空闲且电池无电流流出时的电压。这种非侵入性的简单测试可以显示是否已正确激活电芯，并分析电芯随时间的性能衰退情况。但是，该测试对电芯内部状况的了解有限。电芯的OCV过低或过高均代表其存在质量问题。
OCV测试通常用于估算电芯在化成、电池包组装以及电池的整个生命周期内的泄漏电流，对电芯性能进行评级并检查其健康状况。例如，OCV测试用于在电池包组装过程中对电芯进行排序和匹配。
泄漏测试
泄漏测试有助于及早发现泄漏、电芯损坏或劣化。这些测试以多种方式进行，以评估电芯和电池包质量。最常见的是定期进行OCV测试，以检测电池在受气候控制的环境中老化时的泄漏情况。
该行业正在研究更加先进的方法。例如，在电芯上施加电压，并提供额外的电流以稳定该电压。稳定电压所需的额外电流就是内部泄漏电流的估计值。遗憾的是，该技术非常耗时，并且无法产生可重复结果。
另一种研究中的方法则类似于EIS测试。在不同的充电状态下以不同的电流分布扫描电芯，并测量其响应。这种方法可提供更一致的结果，因此更有前景，但仍处于开发阶段。
通过自动化测试扩大电池生产规模
多数人认为质量与安全和性能密不可分，这无疑至关重要，但电芯质量对于扩大生产规模和响应客户需求也同样重要。
麦肯锡预计目前全球电池生产商的产能仅能达到2030年目标所需产能的10%。优质电池的可用性和量产对于帮助汽车行业保持发展节奏并满足其预期需求至关重要。
生产过程中尽早执行正确的测试，可以在将昂贵的原材料投入潜在故障产品之前发现问题。然而，由于大批量、测试时间长以及生产线占地面积大，电芯测试增加了传统生产挑战的复杂性。
由硬件、软件和自动化组成的集成测试解决方案助您分析趋势、确定测试过程中的关键步骤、简化工作流程并解决瓶颈问题。投资测试现代化可提高生产能力、减少返工，并且降低废料和原材料成本。
面向未来的电池测试策略与投资
紧跟当下市场需求的同时，寻求发展和创新是一项艰巨的任务。电池技术的变化速度快于从业人员剖析测试数据和建立标准。
当前行业中的许多测试程序均由传统技术演变而来，但新兴电池技术要求我们改变测试方式。 随着技术的不断进步，持续评估测试策略和系统至关重要。
超自动化、人工智能和机器学习是长期测试策略不可或缺的组成部分，需要我们立即采取行动。这些技术将提高准确性，优化效率，并为投资的电池供应商带来可量化的业务成果。
浏览数据
分散独立的系统往往会导致数据存储做法和手动分析不一致。随着时间的推移，这会限制组织有效执行根本原因分析、解决问题和创新的能力。
在大量数据的连接和收集能力不断增强的情况下，高级分析一直致力于解决碎片化问题。高级分析是一种数据分析方法，利用统计、机器学习和运筹学技术从大型数据集中发现模式、获得见解并预测结果。
通过高级分析跟踪从电芯级到电池包级的生产线数据量，您可以连接和分析测试结果以做出数据驱动型决策、预防缺陷并提高电池性能。强大的电池分析解决方案可简化收集、汇总和分析过程，以识别紧急危险信号和长期趋势。
推动标准化
极小的变量和环境因素都会影响电池性能；严格控制对于降低测试结果中的噪声和改进缺陷检测必不可少。测试硬件、软件和流程的一致性有助于提高不同批次、产品或供应商结果的可比性和再现性。
此外，标准化对于满足各种国家和国际监管要求和审计的作用不容忽视。
详细了解如何让测试成为竞争优势
电池很复杂，其市场竞争非常激烈，相关技术发展也瞬息万变。对于借助自动化、优化的工作流程和强大的数据分析，更快地提供更高性能的电芯而言，最新的电芯质量测试策略至关重要。
对测试方法进行现代化改造的公司可提高电芯质量，并将测试转化为战略优势，从而在竞争激烈、瞬息万变的市场中脱颖而出。
NI电芯质量测试指南中详细介绍了电池生产的基础知识、测试方法对比，并就先进的测试解决方案展开讨论。该白皮书为测试工程师和工厂管理者提供了基础知识和新兴趋势，以帮助他们制定面向未来的电芯质量测试策略。