固態(tài)電池通過使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)，不僅能夠提供更高的能量密度，還在耐久性和安全性等多個(gè)關(guān)鍵方面有卓越表現(xiàn)。基于這些優(yōu)勢，新能源汽車制造商們正積極探尋用固態(tài)電池替代現(xiàn)有鋰離子電池的可能性。

目前，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，根據(jù)公開資料，僅有少數(shù)日本汽車廠商實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的生產(chǎn)。在這個(gè)新興領(lǐng)域的探索中，依托PXI靈活開放的軟硬件平臺(tái)與高性能充放電設(shè)備，NI深度參與某知名廠商的固態(tài)電池研發(fā)與試產(chǎn)測試，深入了解固態(tài)電池測試方法與流程，并協(xié)助客戶開發(fā)了針對(duì)性的全流程測試解決方案。

固態(tài)電池電芯質(zhì)量測試

電芯質(zhì)量測試是確保固態(tài)電池研發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)量可靠性的的重要測試手段。由于固態(tài)電池獨(dú)有的固固界面特性，在測試中需要特別關(guān)注孔隙率、離子導(dǎo)電率、枝晶生長帶來的影響，以及在不同壓力、溫度、循環(huán)下的惡化。通過多種測試方法，綜合判斷固態(tài)電池的性能、壽命、安全性和可靠性。

NI電芯質(zhì)量測試方案提供包括EIS電化學(xué)阻抗譜測試、微歐級(jí)內(nèi)阻測試、ACIR交流阻抗測試、OCV開路電壓測試、固態(tài)電解質(zhì)微短路測試在內(nèi)的多種測試方案。由于固態(tài)電池特性與傳統(tǒng)鋰離子電池有很大不同，測試參數(shù)如激勵(lì)電流頻率、幅值、波形等也不盡相同。針針對(duì)固態(tài)電池研究性探索性測試需求，NI也能利用PXI平臺(tái)靈活可擴(kuò)展的特性協(xié)助用戶開發(fā)專屬IP測試方案。

NI電芯質(zhì)量測試方案基于PXI平臺(tái)，以SMU源測量單元模塊為核心，同時(shí)集成71/2DMM數(shù)字萬用表、溫度和應(yīng)變測量等模塊，結(jié)合LabVIEW圖像化編程語言，幫助用戶簡化測試開發(fā)流程、最大程度提高靈活性、實(shí)現(xiàn)快速驗(yàn)證和自定義測試。

圖1：NI PXI平臺(tái)固態(tài)電池電芯質(zhì)量測試推薦配置

NI PXI平臺(tái)固態(tài)電池電芯質(zhì)量測試方案的特點(diǎn)：

PXI 模塊化儀器，軟件定義儀器，助力客戶探索研究新型電池的測試方法

NI SMU四象限源表，可提供±3A電流，±10A脈沖電流， ±60V電壓的任意波形信號(hào)

NI SMU可作為充放電儀，實(shí)現(xiàn)可編程定制化的充放電協(xié)議，同時(shí)具備μs級(jí)的控制更新速率

可搭配NI PXI平臺(tái)其它模塊化儀器，如7 ? DMM，溫度測量、應(yīng)變測量等模塊，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜測試延展

已集成EIS電化學(xué)阻抗譜測試，微歐級(jí)內(nèi)阻測試，ACIR交流阻抗測試，OCV開路電壓測試

可集成其他第三方科研設(shè)備，實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)自動(dòng)化測試和分析

開放原始測試數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析定制化，便于進(jìn)一步大數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新應(yīng)用

固態(tài)電池電芯充放電性能測試

區(qū)別于電芯質(zhì)量測試，電芯充放電性能測試更加關(guān)注電芯在充放電循環(huán)下的電性能，固態(tài)電池需要充放電設(shè)備為電芯在不同的環(huán)境下施加激勵(lì)。固態(tài)電池一般需要在一定壓力、溫度下才能保證穩(wěn)定工作。因此，電芯測試系統(tǒng)需要能夠提供精度和規(guī)格都足夠的壓力、溫度、電壓和電流控制，以及相應(yīng)的高精度和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的信號(hào)采集設(shè)備。

NI提供了針對(duì)電芯的高性能充放電設(shè)備，并將其集成進(jìn)PXI實(shí)時(shí)測控平臺(tái)，應(yīng)用于固態(tài)電池電芯充放電性能測試中。高精度（≤0.02%FS），高采樣率（≥1kHz），可洞察固態(tài)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)微變化帶來的電性能影響?！?ms動(dòng)態(tài)響應(yīng)，1ms實(shí)時(shí)控制更新頻率，可模擬更復(fù)雜、真實(shí)、極端的動(dòng)態(tài)工況覆蓋更多測試場景。

圖2：NI固態(tài)電池電芯充放電性能測試系統(tǒng)架構(gòu)（同樣適用于電池包充放電性能測試）

NI固態(tài)電池電芯充放電性能測試方案特點(diǎn)：

PXI實(shí)時(shí)測試平臺(tái)，保障電池長時(shí)間測試穩(wěn)定可靠

模塊化功率組件，靈活，方便維護(hù)；可根據(jù)測試需求任意擴(kuò)展300A-1800A

開放、靈活的軟件架構(gòu)和硬件平臺(tái)，方便集成任意第三方設(shè)備和開發(fā)自定義測試需求，有效利用已有投入，降低長期測試成本

電壓、電流控制和測量精度高（≤0.02%FS），為測試提供可靠的數(shù)據(jù)

高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性（≤1ms），滿足高倍率充放電、脈沖充放電和負(fù)載突變等工況測試

1kHz數(shù)據(jù)采集和記錄頻率，附加測量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更高頻率、更高精度采集

最小1ms電流、功率控制更新頻率，實(shí)現(xiàn)極端工況模擬、路譜測試

紋波注入功能，實(shí)現(xiàn)紋波加熱及抗干擾測試

結(jié)合NI實(shí)驗(yàn)室管理和數(shù)據(jù)分析軟件，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理、測試管理、數(shù)據(jù)分析

固態(tài)電池包充放電性能測試

在完成電芯質(zhì)量測試與充放電性能測試后，同樣需要對(duì)其組成的電池包進(jìn)行全面的電性能測試，保證電池包在真實(shí)工況下的穩(wěn)定性與安全性。

固態(tài)電池由于其剛性結(jié)構(gòu)而可能對(duì)物理應(yīng)力更敏感，針對(duì)固態(tài)電池包的電性能測試尤其需要關(guān)注電池包在實(shí)際工況下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化對(duì)電池性能帶來的影響。

NI高性能充放電設(shè)備，電壓、電流控制和測量精度高（典型值≤0.01%FS），可準(zhǔn)確評(píng)估固態(tài)電池的性能參數(shù)、深入了解電池的工作特性以及預(yù)測電池的使用壽命；動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快（≤0.2ms），可實(shí)現(xiàn)高倍率充放電、脈沖充放電，模擬急加速、急剎車、負(fù)載突變等真實(shí)工況。另外，10us的波形數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率和20kHz帶寬，可實(shí)現(xiàn)高頻任意波形注入，模擬紋波加熱或外部紋波干擾、研究不同充放電模式對(duì)電池性能影響、EIS測試、電池特征提前及建模等創(chuàng)新性研究。

圖3：NI HPS-17000電池充放電柜

固態(tài)電池包充放電性能測試方案特點(diǎn)：

PXI實(shí)時(shí)測試平臺(tái)，保障電池長時(shí)間測試穩(wěn)定可靠

開放、靈活的軟件架構(gòu)和硬件平臺(tái)，方便集成任意第三方設(shè)備和開發(fā)自定義測試需求，有效利用已有投入，降低長期測試成本

模塊化功率組件，靈活擴(kuò)展，方便維護(hù)；可根據(jù)測試需求并聯(lián)或串聯(lián)功率模塊

電壓、電流控制和測量精度高，為測試提供可靠的數(shù)據(jù)

高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性（≤0.2ms），滿足高倍率充放電、脈沖充放電和負(fù)載突變等工況測試

20 kHz 帶寬，可實(shí)現(xiàn)高頻任意波形注入

轉(zhuǎn)換效率: ≥94%

針對(duì)電池包的充放電性能測試系統(tǒng)較為復(fù)雜，用戶常常需要集成測試機(jī)柜、充放電、環(huán)境倉、水冷機(jī)等設(shè)備。NI在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)已有豐富經(jīng)驗(yàn)，方便用戶進(jìn)行穩(wěn)定可靠的長時(shí)間測試。

圖4：固態(tài)電池充放電測試實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)示意圖

固態(tài)電池包在環(huán)（BIL）測試

固態(tài)電池包在環(huán)測試旨在覆蓋更多實(shí)車工況和極端場景。將真實(shí)電池包與實(shí)時(shí)模擬環(huán)境在功率層面連接，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，電池包不僅能夠與模擬的整車環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，還可以響應(yīng)環(huán)境中的動(dòng)態(tài)變化。

模擬環(huán)境精確再現(xiàn)了車輛運(yùn)行中的各種工況，使工程師能夠在可控且可重復(fù)的條件下，全面評(píng)估電池管理系統(tǒng)（BMS）和電池包的性能、安全性及耐久性。NI VeriStand軟件允許用戶在PXI實(shí)時(shí)系統(tǒng)中部署汽車動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)行場景仿真軟件，PXI系統(tǒng)優(yōu)越的實(shí)時(shí)性可幫助用戶實(shí)時(shí)得到模型的反饋。

圖5：固態(tài)電池包在環(huán)（BIL）測試系統(tǒng)架構(gòu)

在固態(tài)電池尚未量產(chǎn)的今天，電池包在環(huán)這種虛實(shí)結(jié)合的測試方法極其適合固態(tài)電池的研發(fā)工作，能夠幫助用戶及早發(fā)現(xiàn)問題，從而幫助產(chǎn)品更快走向成熟。