e-モビリティ用のバッテリーの測定と分析

私たちは毎日、グリーンパワーと電動車両を地上(NEV、BEV)だけでなく、水上や空中で使用することで、より持続可能なモビリティの実現に少しづつ近づいているようです。

CO2排出量を削減する「持続可能なソリューション」を使用して気候を保護するというメガトレンドは、モバイルエネルギーの主な供給源として大容量/高出力バッテリーまたはH2ベースの燃料電池やバッテリーなどの技術を推進しています。燃焼機関から離れるには、新しい安全概念、新しいテスト環境、新しいタイプのセンサと測定技術、改善されたデータ分析など、テストと測定における新しい考え方も必要です。

新しいドライブトレイン技術 --> 新しいテスト要件

持続可能なグリーンモビリティを求めて、HBKは早い段階で車両用のモバイルエネルギー貯蔵の開発とテストで課題に直面し始めました。テストと測定、音と振動、環境テストのマーケットリーダーとして、HBKは、革新的なエネルギー貯蔵と全体的なNEVの概念の検証に関して、自動車や商用車などの業界からの多くの要件とニーズについて早い段階から課題の検討とソリューションの構築に着手しました。

現代の車両で使用される最大1000Vの電圧を持つバッテリーは、危険な電圧と電気化学プロセスのコア要素としてのリチウムを処理する際の特別な安全対策によって拡張された、膨大な範囲のテストを必要とします。HBKは、必要とされるテスト要件の範囲にあるほとんどの測定変数をカバーします:

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  • 性能と効率の分析に電圧と電流を計測
  • 機械的耐久性とパッケージ分析に、力、ひずみ、圧力、重量を計測
  • 熱耐久性分析に温度、流れ、および圧力を計測

燃焼エンジンのテストには、最大300箇所の温度測定スポットと、非常に動的なトルク、速度、および圧力の測定が必要です。バッテリーと燃料電池の統合により、測定チャネルの数は、最新のドライブトレインの最大規模のエネルギー貯蔵コンポーネントになろうとしています。

なぜ測定とデータ分析が必要か

今日の電動パワートレインソリューションでは、シングルセルバッテリーからバッテリーパックまでのすべての側面が、次の典型的な項目に関して、仮想(シミュレーション)および実物テストによってカバーされています:

  • 放電/充電サイクル(低速、高速)、個々のセルの張力と温度の測定を含む自己放電、および全体的な電力分析に焦点を当てた、長期的なバッテリー信頼性テスト
  • 電力、効率、および逆負荷フィードバックに焦点を当てたダイナモメータ試験
  • 振動試験機で特定の実走行を再現した機械的プロファイルを実行し、気候チャンバーの温度が上下に循環する環境テストと組み合わせた。
  • 誤用および衝撃試験(過負荷、短絡、過熱、機械的ストレス、欠陥)
  • 構造的完全性テスト、道路負荷データ取得(RLDA)のための移動車両テスト、これには過渡現象を伴う夏/暑い、冬/寒い期間の厳しい環境変化でのテストが含まれます。

燃料電池

HBKのテストおよび測定ソリューションは、燃料電池スタック、改質器(熱交換器、触媒)、充電中のエネルギー貯蔵用バッテリーおよびポンプなどの他のシステムコンポーネントの測定を目的として、燃料電池を搭載した電気自動車(FCEV)分野の主要な顧客と協力の下、使用されています。

バッテリーの構造試験

バッテリーは、最新の電気自動車の最大かつ最も重いアセンブリの 1 つです。 全体的な軽量設計と柔軟なパッケージングは、バランスを取る必要があります。 最適な重量、構造の耐久性、および全体的なライフサイクルの見積もりは、生産を開始する前に検証する必要がある重要なパラメーターです。 HBK は、測定および物理的構造耐久性試験だけでなく、仮想構造耐久性試験及び寿命の推定を行うシームレス測定チェーンの大手サプライヤーの 1 つです。

バッテリーの熱管理

バッテリーは、最新のバッテリー駆動電気自動車(BEV)または新しい電気自動車(NEV)のコアであり、最大の単一コンポーネントです。そのため、完全なセットアップのための最適なキーパラメータを見つけて検証することが重要になります。

極端な温度ではリチウムイオン電池の性能がおちるため、電池をサポートする補助骨材と空冷経路を備えた熱管理システムは、より複雑になります。温度が高すぎると、自己破壊や火災(熱暴走)につながる可能性があります。したがって、広範なテストの中でも、特に熱検証は、全体的なテスト設定において最重要項目になります。

運用上の安全性は、最も重要な要件の1つです。耐用年数に関する設計目標には、少なくとも10年、450,000 Km、またはスーパー充電器での再充電目標時間5分など様々な要件があります。また、バッテリーの再利用とその時の耐用年数も重要な検討項目です。

バッテリー寿命の熱管理は、速度性能、セキュリティ、価格設定などの重要なパラメーターにとって非常に重要になります。したがって、熱分析には、最も技術的要求レベルの高い多数の温度測定ポイントが必要です。小さな測定スポット、二重絶縁センスラインを使用した最大の安全性、電気的に絶縁されたチャネル、非接触プラグ、最高の信号精度を備えた一般的なプラグ、およびノイズ抑制。

センサから認証データまで

当社の包括的に全ニーズをカバーするワンベンダー・ソリューションは、熱的、電気的、および機械的にHVバッテリーストレージを検証および最適化するのに役立ちます。

高電圧電池の熱分析

数値流体力学(CFD)モデルによって実行されるコンピューターベースの熱シミュレーションは、最適なシステム設計に向けた重要なステップとして機能します。ただし、シミュレーションではすべての構造、統合の側面、またはパラメータが考慮されるわけではないため、実際の物理テストは依然として必要です。

バッテリーの性能はサーマルチャンバで検証されますが、重要なデータが収集されます。この環境およびパフォーマンステストルーチンでは、極端な温度の影響を調査できます。どの冷却システムが顧客の使用とパフォーマンスの目標を達成するのに最適であるかが明らかになります。様々な大きさの荷重を負荷できるので、コンポーネントのテストからドライブトレイン全体までのすべてを統合して、量産と製品シリーズの出荷を開始する前にシステム全体と熱管理を最適化できます。

熱試験の長年の経験を持つ専門家

HBKは、熱検証測定チェーンに必要なコンポーネントを何年にもわたって開発および提供しています。これらのソリューションは、電気、光学、または複合(ハイブリッド)測定チェーンでカバーされています。

すでに燃焼機関は、電力が熱を発生するという事実に対処する必要があります。モビリティの電化に伴い、ここでも熱試験方法を開発する必要があるため、HBKは既存のプロセスを検討し、新しい視点からそれらを改良しました。したがって、すべての経験と知識が再検討され、eモビリティ熱テストのスペシャリストになり、この中でバッテリーテストのスペシャリストにもなるように調整されました。

HBKエネルギー貯蔵熱試験システムは、電圧、電流、温度、湿度、冷却流量、圧力、およびバッテリーとの通信管理システムなどのパラメーターを測定します。演算処理は、電力、効率、ホットスポットの監視、視覚化、および分析のために行われます。自動化は、テストの制御と安全性に寄与します。

HBKデータ収集および分析ソリューションは、電気駆動トレインの外装部分の熱電対温度測定と、セル電圧、全体電圧、および電流測定を含む、バッテリーの深部の調査を提供します。ユニバーサル入力は、ユニバーサルフロー、圧力、湿度、およびその他の必要なパラメータをカバーします。

HBKは、熱的、機械的、および電気的な試験片分析のための費用対効果の高いワンストップソリューションプロバイダーです。

HBKバッテリー試験ソリューションの特長:

HBKソリューションを活用し、最大限の柔軟性と投資保護を確保できます。

  • 安全第一:HBKはEN61010電気安全基準を満たし、すべての入力に対してVDE認証を取得しています
  • 電気、熱、機械など、さまざまなテストドメイン向けの無料の拡張可能で柔軟なマルチフィジックスDAQシステム...
  • 最大1500V DCのフルチャネル絶縁により、高電位での測定が可能
  • 電磁ノイズを抑制した信号品質
  • すぐに使用できるものからリアルタイムで統合されるものまで、強力なオープンソフトウェアの概念
  • テストスタンドへのリアルタイム統合と並行してPCでのデータ収集と分析が可能
  • 単一のソリューションでカバーされ、ニーズに合わせて拡張可能なベンチ、ラボ、およびモバイルデータの取得

 


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