【導讀】電動汽車 (EV) 在 2022 年占據全球汽車銷售份額的 13%，預計到2030年將占據全球汽車銷售份額的30%。該行業需要繼續加大研發力度，推出更多價格親民的車型，促進燃油車市場向電動車市場轉型。市場轉型過程中
，對性能更強
、價格更低的動力電池產生巨大需求，目前動力電池仍然是導致電動汽車價格高昂的主要因素。

電動汽車 (EV) 在 2022 年占據全球汽車銷售份額的 13%，預計到2030年將占據全球汽車銷售份額的30%。該行業需要繼續加大研發力度

，推出更多價格親民的車型，促進燃油車市場向電動車市場轉型。市場轉型過程中，對性能更強、價格更低的動力電池產生巨大需求
，目前動力電池仍然是導致電動汽車價格高昂的主要因素。

據麥肯錫公司預測，電芯市場預計將以每年超過20%的速度增長，到2030年將達到4100億美元。從2020年到2030年，市場規模將增長 10 倍。

設計動力電池時
，必須進行嚴格的測試以了解電池的性能。

性能目標

推動動力電池的進步是提高汽車經濟性、社會認可度和環境可持續發展的關鍵。美國先進電池聯盟 (USABC) fabulexiangguanzhinan，zhiminglexiayidaidiandongqichedianchidexingnenghechengbenmubiao。suizheqichexingyetansuoxindedianchihuaxuehedianxinjishu，xuyaoshixianyixiasangezhuyaomubiao，yizengjiadiandongqichedepujilv：

• 將動力電池的成本降低到每千瓦時不超過 100 美元——終極目標是 75 美元。

• 將電動汽車的續航裏程增加到 300 英裏。

• 將充電時間縮短到 15 分鍾以下。

隻有經過嚴格的測試，才能確保每個製造電芯都能滿足強製性能標準。設計
、驗證和生產環節需要實施大量測試，但本文將重點介紹有助於了解電池質量的關鍵幾項測試。

開路電壓 (OCV) 測量

電池儲存能量
，在正負極端子之間產生電壓電勢。我們在電路中使用這種能量。電池未連接任何電路時
，這種電勢稱為開路電壓 (OCV)。這個值直接反映了電池的充電狀態，也就是電池包含多少能量的度量。

電池的 OCV zaichongdianhefangdianguochengzhonghuifashengbianhua。zaichongdianhefangdianguochengzhongjiancedianchidezhuangtai，quebaodianchijibuguochongyebuguofang。dianchizhizaoguochengzhongbixuduocichongdianhefangdian，OCV 監測是驗證過程和最終應用的一部分。由大量電芯構成的電池組包含管理芯片，用於跟蹤電芯和模塊的 OCV 以報告其狀態。

當電池與負載斷開連接時
，仍然會有少量電流在內部流動。這被稱為自放電電流。電池電芯的 OCV 相對恒定
，但在數周的時間內會產生數十到數百微伏的細微變化。對於質量不佳的電池
，這個數值會更高。OCV 測量可以檢測電池自放電情況並鑒別有缺陷的電芯。

OCV 是一種相對簡單的測量方法。如圖 1 所示，直接將數字萬用表 (DMM) 連接到電池並測量直流電壓。

圖 1. 對電芯執行開路電壓測量需要將萬用表連接到電池的正負極端子。

對於隻需要確認 OCV 的應用，任何 6位半 DMM 都可以勝任這項工作。對於自放電測試之類的應用，需要檢測電壓的微小變化，將需要一個精度更高的（7位半）DMM。

例li如ru，對dui於yu質zhi量liang良liang好hao的de電dian芯xin

，在zai四si周zhou內nei自zi放fang電dian引yin起qi的de電dian荷he損sun失shi通tong常chang較jiao小xiao，一yi般ban在zai幾ji毫hao伏fu到dao幾ji十shi毫hao伏fu的de範fan圍wei內nei。然ran而er，對dui於yu失shi效xiao或huo有you缺que陷xian的de電dian芯xin，這zhe種zhong損sun失shi可ke能neng達da到dao幾ji百bai毫hao伏fu。每mei天tian就jiu可ke能neng損sun失shi幾ji微wei伏fu。對dui 3.7 V 電芯執行 OCV 測量
，一台典型的 6位半 DMM 在 1 年校準中存在 142 µV 的誤差。然而，7位半 DMM 在同等條件下存在 63.8 µV 的誤差。

內阻和負載電阻

womenkeyijiangdianchijiandanlijieweiyigezhuangmannengliangdebeizi。dangwomenxuyaonengliangshi，lianjiedianlubingrangnengliangliuchu。raner

，zhegebiyubingmeiyoukaolvdaodianchineizu。jiangdianchibizuoshuipinggengqiadang。dangzhuangmanshuidepingzidaozhishi，shuibingbunengziyouliuchu
，yinweipingzuihuozhepingjinghuizuaishuiliudong。yucileisi

，dianchicunzaineizu，youyulaohua、材料質量和結構上的缺陷等因素，阻礙能量的流動。這種內阻不僅包含電阻成分
，還包含電容成分

，因此不易測量。

與 OCV 類(lei)似(si)，內(nei)阻(zu)反(fan)映(ying)了(le)電(dian)池(chi)的(de)質(zhi)量(liang)以(yi)及(ji)它(ta)在(zai)使(shi)用(yong)期(qi)限(xian)內(nei)的(de)性(xing)能(neng)變(bian)化(hua)。內(nei)阻(zu)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)池(chi)效(xiao)率(lv)更(geng)低(di)，更(geng)容(rong)易(yi)失(shi)效(xiao)。過(guo)高(gao)的(de)內(nei)阻(zu)在(zai)電(dian)池(chi)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)過(guo)多(duo)的(de)熱(re)量(liang)，如(ru)果(guo)電(dian)池(chi)熱(re)失(shi)控(kong)，安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)極(ji)大(da)。在(zai)使(shi)用(yong)前(qian)測(ce)量(liang)內(nei)阻(zu)有(you)助(zhu)於(yu)識(shi)別(bie)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)失(shi)效(xiao)風(feng)險(xian)的(de)電(dian)芯(xin)。對(dui)於(yu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)，質(zhi)量(liang)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)芯(xin)的(de)內(nei)阻(zu)可(ke)以(yi)達(da)到(dao) 100 mΩ
，而質量差或失效的電芯可能達到幾百毫歐。表征內阻的方法有多種
，用於評估性能的不同方麵。

電化學阻抗譜 (EIS)

第一種技術是電化學阻抗譜 (EIS)。在這個測試方法中，在一個寬頻譜（0.5 Hz 到超過 100 kHz）對電池施加交流信號（通常是幾百毫安
，但在某些情況下可能是幾安）並測量電池的響應。這個測試可能需要幾分鍾到幾小時（頻率越低，測試時間越長）
，但可以得出電池內阻抗行為的全方位數據。

交流內阻 (ACIR)

最常見的方法被稱為交流內阻 (ACIR)。由於這是一種交流技術，它確實可以表征內阻。ACIR 是 EIS 過程的一個子集

，在單一頻率（通常為 1 kHz）下進行測量。該測試表征了小信號性能，可以完美指示電池質量，比完整的 EIS 過程速度更快。占用時間短使其成為生產中的熱門測試方法，每個電池都必須通過該測試。

直流內阻 (DCIR)

最後一種方法是直流內阻 (DCIR)，也稱為脈衝表征。在這種方法中，隻測量電阻成分，因為我們假設電池由理想的開路電壓和串聯電阻表示，如圖 2 所示。

圖 2. DCIR 電池模型包括一個理想的電壓源和一個內部電阻器。

在一定的時間內對電池施加直流電流。測量電池電壓的變化以計算電阻。圖 3中的圖表對此進行了演示。

圖 3 DCIR 測量方法測量電池電芯的電阻成分。

DCIR 方法（幾安培）中使用的電流通常比 ACIR 方法 (100 mA) dadeduo，gengjiejinshijideyingyongchangjing
，yinweidianchijingchangchengshouturandegaodianliu。dianchideneizushidianchishuchudadianliunenglidezuidaxianzhiyinsu。yinci，shibiebunengzaigaodianliuxiagongzuodedianchifeichangzhongyao。

在早期和頻繁地進行測試

驗證過程需要實施大量測試，從化學和材料製造開始（測量電解液填充後的隔離，電芯充放電，短路條件等）daodianxinzhunbeidabaobingyunsongdaozuizhongyingyong，rudianwangnengyuancunchu，xiaofeidianzichanpinhediandongqiche。yanzhenghequerenceshidemubiaoshizhongshizaitamenjinxingdaoxiayigeliuchengzhiqianshibieguzhangdianxin，bimiancailiaoheshijianlangfei。meigehuanjiedeceshidoubibukeshao，yinweiyouzhuduoyinsukenengyingxiangdianchixingneng。

表麵上，開路電壓測試和內阻測試的目標一致：識(shi)別(bie)出(chu)無(wu)法(fa)達(da)到(dao)性(xing)能(neng)預(yu)期(qi)的(de)電(dian)池(chi)。然(ran)而(er)，兩(liang)者(zhe)缺(que)一(yi)不(bu)可(ke)，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)分(fen)別(bie)測(ce)試(shi)不(bu)同(tong)的(de)指(zhi)標(biao)。開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)測(ce)試(shi)側(ce)重(zhong)於(yu)電(dian)容(rong)和(he)自(zi)放(fang)電(dian)，這(zhe)些(xie)特(te)性(xing)可(ke)能(neng)由(you)於(yu)分(fen)離(li)器(qi)中(zhong)的(de)雜(za)質(zhi)或(huo)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)錯(cuo)誤(wu)形(xing)成(cheng)等(deng)缺(que)陷(xian)引(yin)起(qi)。高(gao)阻(zu)抗(kang)可(ke)能(neng)由(you)其(qi)他(ta)因(yin)素(su)引(yin)起(qi)。隻(zhi)有(you)通(tong)過(guo)直(zhi)接(jie)阻(zu)抗(kang)測(ce)量(liang)才(cai)能(neng)找(zhao)出(chu)導(dao)致(zhi)高(gao)阻(zu)抗(kang)的(de)原(yuan)因(yin)。例(li)如(ru)電(dian)極(ji)到(dao)標(biao)簽(qian)的(de)不(bu)良(liang)焊(han)接(jie)。

對於動力電池
，美國高級電池聯盟 (USABC) 為優化電池安全性、xingnenghekekaoxingshedingdemubiaoyingzuoweidangqianhuahewudianchiyijichaoyuelilizidexinxingjishudelianghaozhinan。youxiaoxingnengbiaozhengdeguanjianshicongkeyishibieguzhangdeyouxiaoceliangkaishi。jiezhushidangdeshebeiheceshi，zhizaoshang、研究人員、設計師甚至最終用戶都可以全麵了解他們電池的未來性能。

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