generic electric car with battery visible x-ray charging at public charger in city parking lot with lens flare 3d render

電気自動車用電池の測定と分析

グリーン電力と電動化された車両（NEV、BEV）により、地上だけでなく、水上や空中でも、より持続可能なモビリティを実現するというビジョンに、日々近づいているようです。

CO2排出量を削減する「サステナブル・ソリューション」によって気候を守るというメガトレンドは、大容量・高出力バッテリーやH2ベースの燃料電池などの技術をモバイルエネルギーの主要な供給源として牽引しています。燃焼エンジンからの脱却には、新しい安全コンセプト、新しい試験環境、新しいタイプのセンサーと測定技術、適合するデータ分析など、試験と測定における新しい考え方が必要です。

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追求するHBKは、早くから自動車用移動体エネルギー貯蔵装置の開発・試験で課題に直面し始めました。HBKは、試験・計測、電力試験、音響・振動試験、環境試験のマーケットリーダーとして、自動車や商用車などの産業界から、革新的なエネルギー貯蔵やNEV全体のコンセプトの検証に関する多くの要求やニーズについて早くから洞察を得てきました。

現代の自動車に搭載されている最大1000Vの電圧を持つバッテリーは、危険な電気電圧と電気化学プロセスの中核要素であるリチウムの取り扱いにおける特別な安全対策によって、膨大な範囲のテストが必要となります。テスト範囲内であれば、HBKはほとんどの測定変数をカバーします：

性能および効率解析のための電気電圧、電流、電力
安全短絡試験、最適化充電試験
力、ひずみ、圧力、重量による機械的耐久性とパッケージングの解析
熱耐久性解析のための温度・流量・圧力

燃焼エンジンのテストでは、最大300箇所の温度測定に加え、非常にダイナミックなトルク、速度、圧力測定が行われます。バッテリーや燃料電池の統合に伴い、測定チャンネル数は、現代のドライブトレインにおける最大のコンポーネントであるエネルギーストレージへと向かっています。

なぜ計測とデータ解析なのか？

今日の電動化パワートレイン・ソリューションでは、単セル電池から電池パックまでのあらゆる側面を、以下の典型的なスコープで仮想（シミュレーション）および物理テストによってカバーしています：

放電・充電サイクル（低速、高速）、自己放電（個々のセルの張力や温度の測定を含む）、総合的な電力解析を中心とした長期的な電池信頼性試験
パワー、効率、逆負荷フィードバックに重点を置いたダイノテスト
加振機で特定のユースケースに応じた機械的負荷プロファイルを実行し、気候室の温度上昇・下降サイクルを組み合わせた環境試験を行います。
誤使用・衝撃試験（過負荷、短絡、過熱、機械的ストレス、欠陥）
ロードロードデータ収集（RLDA）のための移動車両試験、夏/暑さ、冬/寒さの過渡試験から始まる構造的完全性試験。

燃料電池

HBKの試験・計測ソリューションは、燃料電池を搭載した電気自動車（FCEV）の分野で主要顧客と協力して、燃料電池スタック、改質器（熱交換器、触媒）、ポンプなどのシステムコンポーネント、および再生時のエネルギー貯蔵用バッテリーの計測を目指して使用されています。

Battery Structural Testing

The battery is among the largest and heaviest part of modern electric vehicles. Overall lightweight design and flexible packaging need to be balanced. Optimal weight, structural durability, and overall life-cycle estimation are key parameters that need to be validated before the start of production. HBK is among the leading supplier of seamless measurement chains not only for measurement and physical structural durability testing, but also virtual structural durability testing and lifetime estimation.

バッテリー電流遮断器短絡テスト

高出力トラクションバッテリのサーキットブレーカと電流遮断器を認定するには、ピーク電流をキャッチするために非常に高いサンプルレートで数キロアンペアの範囲の電流を測定する能力が必要です。また、数アンペアの電流を高精度かつ高ダイナミクスで測定する能力も必要です。また、高電圧、大電流、および非常に高速な立ち上がり時間により、EMI、過電圧保護、および絶縁に関して、使用されるDAQシステムに高い要求がが求められます。この短絡テストを実現する方法の1つは、非線形電流センサとGenesis HighSpeedデータレコーダを使用することです。

パウチセルテスト:バッテリーのメカニカルテスト

力トランスデューサは、充電/放電サイクル中のバッテリセルへの応力を評価するために使用できるため、バッテリ容量がどのくらいの速さで減衰するかを理解するのに役立ちます。

いわゆるパウチセルテストでは、力センサは、異なる充電条件下でバッテリ内部で発生する応力を測定する。この応力は、容量のフェードや極端な状況ではバッテリの完全な故障につながる可能性があるため、バッテリの性能に関連しています。

メカニカルバッテリテスト用の力センサの最も関連性の高い特性について学びます。このホワイトペーパーでは、パウチセル試験における測定の不確実性を推定する簡単な方法についても説明します。

ホワイトペーパーを読む

動的負荷条件下での電気的認定と検証

トラクションバッテリーが市場に投入される前に、これらのシステムの認定と検証は避けられません。適切なテストベンチは、高電圧および電流範囲と高ダイナミックをカバーする必要があり、必要なテストを可能な限り現実的に、アプリケーションに基づいた方法で実行する必要があります。この目的のために、測定技術は高精度かつダイナミックでなければなりません。

これがどのように達成され、HBK製品がここでどのように役立つかは、ここで見つけることができます。

バッテリ熱管理

バッテリーは、現代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)の中核であり、最大の単一コンポーネントです。これは、完全なセットアップに最適なキーパラメータを見つけて検証することです。

極端な温度でのリチウムイオン電池の性能が限られているため、補助アグリゲーションとクーリング経路をサポートする熱管理システムの複雑さが増しています。温度が高すぎると、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、特に熱検証は、全体的なテストセットアップに不可欠です。

操作上の安全性は、最も重要な要件の1つです。耐用年数の要求は、少なくとも10年、450,000キロメートル、またはスーパーチャージャーでの充電目標時間5分によって異なります。また、バッテリーの再利用とセカンドライフタイムも重要なトピックです。

バッテリの熱管理は、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にとって非常に重要です。したがって、熱解析には、一般的に要求される高精度やノイズ抑制とは別に、多点温度測定に最も要求されることは、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限の安全性、電気的に絶縁されたチャンネル、非接触プラグなどです。

From Sensors to Qualified Data

Our end-to-end solution helps you validate and optimize HV battery storage – thermally, electrically, and mechanically.

Thermal Analysis of High-voltage Batteries

Computer-based thermal simulation done by Computational Fluid Dynamics (CFD) models serves as an important step towards optimal system design. Real physical testing, however, is still required, as simulation considers not all architectures, integration aspects or parameters.

While battery performance is monitored in climate chambers, important data is gathered. In this environmental and performance test routine, the impact of extreme temperatures can be investigated. It becomes apparent which cooling systems are the best to reach customer use and performance targets. The load case can be scaled and cover all integration levels − from component testing to the entire drivetrain − to optimize the entire system and thermal management before starting production and series.

長年にわたる熱試験のエキスパート

HBKは長年にわたり、サーマルバリデーション測定チェーンに必要なコンポーネントを開発し、提供しています。これらのソリューションは、電気的、光学的、あるいは複合的なハイブリッド測定チェーンによってカバーされています。

すでに内燃機関は、動力が熱を発生させるという事実に対処しなければなりません。モビリティの電動化が進み、熱試験法の開発も必要になる中、HBKは既存のプロセスを見直し、新たな視点で改良を加えていきました。このように、すべての経験と知識を処理し、適応させることで、eMobilityの熱試験と、その中の電池試験のスペシャリストにもなっています。

HBK蓄電池熱試験システムは、電圧、電流、温度、湿度、冷却流量、圧力、トークツーバッテリー管理システムなどのパラメーターを測定します。電力、効率、ホットスポットの監視、可視化、分析などの計算が行われます。自動化では、テスト制御と安全性を扱っています。

HBKのデータ収集・解析ソリューションは、電気駆動系外装の熱電対測定や、セル電圧、全体電圧、電流測定など、バッテリーの奥まで調査することができます。ユニバーサル入力は、流量、圧力、湿度など、必要なパラメータを網羅しています。

HBKは、熱、機械、電気試験片の分析において、費用対効果の高いワンストップショップのソリューションプロバイダーです。

HBKバッテリーテストソリューションズ：メリット

HBKのソリューションを活用することで、最大限の柔軟性と投資保護を確保することができます：

安全第一 - HBKは電気安全規格EN61010に適合しています。
電気的、熱的、機械的、...さまざまなテスト領域に対応する、スケーラブルで柔軟なマルチフィジックスDAQシステムを無料で提供します。
1500 V DCまでのフルチャンネル絶縁により、高電位での測定が可能。
入力レンジ最大±1500 V、CAT III過電圧クラス付き
電磁波ノイズ免疫信号品質
オプションの絶縁型デジタイザにより、より高い絶縁性とノイズ耐性を実現。
すぐに使えるものからリアルタイムで統合できるものまで、強力なオープンソフトウェアコンセプトを採用。
PCでのデータ解析・取得と並行して、テストスタンドにリアルタイムに組み込むことが可能
ベンチ、ラボ、モバイルでのデータ取得を1つのソリューションでカバーし、お客様のニーズに合わせて拡張できます。

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なぜ計測とデータ解析なのか？

燃料電池

Battery Structural Testing

バッテリー電流遮断器短絡テスト

パウチセルテスト:バッテリーのメカニカルテスト

動的負荷条件下での電気的認定と検証

バッテリ熱管理

From Sensors to Qualified Data

Thermal Analysis of High-voltage Batteries

長年にわたる熱試験のエキスパート

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