固態(tài)電池通過使用固態(tài)電解質代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質，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關鍵方面有卓越表現(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)日本汽車廠商實現(xiàn)了小規(guī)模的生產。在這個新興領域的探索中，依托PXI靈活開放的軟硬件平臺與高性能充放電設備，NI深度參與某知名廠商的固態(tài)電池研發(fā)與試產測試，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)了針對性的全流程測試解決方案。

固態(tài)電池電芯質量測試

電芯質量測試是確保固態(tài)電池研發(fā)、生產質量可靠性的的重要測試手段。由于固態(tài)電池獨有的固固界面特性，在測試中需要特別關注孔隙率、離子導電率、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電芯質量測試方案提供包括EIS電化學阻抗譜測試、微歐級內阻測試、ACIR交流阻抗測試、OCV開路電壓測試、固態(tài)電解質微短路測試在內的多種測試方案。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)如激勵電流頻率、幅值、波形等也不盡相同。針針對固態(tài)電池研究性探索性測試需求，NI也能利用PXI平臺靈活可擴展的特性協(xié)助用戶開發(fā)專屬IP測試方案。

NI電芯質量測試方案基于PXI平臺，以SMU源測量單元模塊為核心，同時集成71/2DMM數(shù)字萬用表、溫度和應變測量等模塊，結合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、實現(xiàn)快速驗證和自定義測試。

圖1：NI PXI平臺固態(tài)電池電芯質量測試推薦配置

NI PXI平臺固態(tài)電池電芯質量測試方案的特點：

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

NI SMU可作為充放電儀，實現(xiàn)可編程定制化的充放電協(xié)議，同時具備μs級的控制更新速率

可搭配NI PXI平臺其它模塊化儀器，如7 ? DMM，溫度測量、應變測量等模塊，實現(xiàn)復雜測試延展

已集成EIS電化學阻抗譜測試，微歐級內阻測試，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備，實現(xiàn)同一平臺自動化測試和分析

開放原始測試數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析定制化，便于進一步大數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新應用

固態(tài)電池電芯充放電性能測試

區(qū)別于電芯質量測試，電芯充放電性能測試更加關注電芯在充放電循環(huán)下的電性能，固態(tài)電池需要充放電設備為電芯在不同的環(huán)境下施加激勵。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，以及相應的高精度和高動態(tài)響應的信號采集設備。

NI提供了針對電芯的高性能充放電設備，并將其集成進PXI實時測控平臺，應用于固態(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)電池內部結構細微變化帶來的電性能影響。≤1ms動態(tài)響應，1ms實時控制更新頻率，可模擬更復雜、真實、極端的動態(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（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：

PXI實時測試平臺，保障電池長時間測試穩(wěn)定可靠

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

開放、靈活的軟件架構和硬件平臺，方便集成任意第三方設備和開發(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)

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

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，實現(xiàn)極端工況模擬、路譜測試

紋波注入功能，實現(xiàn)紋波加熱及抗干擾測試

結合NI實驗室管理和數(shù)據(jù)分析軟件，可實現(xiàn)大規(guī)模實驗設備管理、測試管理、數(shù)據(jù)分析

固態(tài)電池包充放電性能測試

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

固態(tài)電池由于其剛性結構而可能對物理應力更敏感，針對固態(tài)電池包的電性能測試尤其需要關注電池包在實際工況下內部結構的細微變化對電池性能帶來的影響。

NI高性能充放電設備，電壓、電流控制和測量精度高（典型值≤0.01%FS），可準確評估固態(tài)電池的性能參數(shù)、深入了解電池的工作特性以及預測電池的使用壽命；動態(tài)響應速度快（≤0.2ms），可實現(xiàn)高倍率充放電、脈沖充放電，模擬急加速、急剎車、負載突變等真實工況。另外，10us的波形數(shù)據(jù)時間分辨率和20kHz帶寬，可實現(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：

PXI實時測試平臺，保障電池長時間測試穩(wěn)定可靠

開放、靈活的軟件架構和硬件平臺，方便集成任意第三方設備和開發(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，靈活擴展，方便維護；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)

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

20 kHz 帶寬，可實現(xiàn)高頻任意波形注入

轉換效率: ≥94%

針對電池包的充放電性能測試系統(tǒng)較為復雜，用戶常常需要集成測試機柜、充放電、環(huán)境倉、水冷機等設備。NI在實驗室設計已有豐富經驗，方便用戶進行穩(wěn)定可靠的長時間測試。

圖4：固態(tài)電池充放電測試實驗室設計示意圖

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車工況和極端場景。將真實電池包與實時模擬環(huán)境在功率層面連接，形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，電池包不僅能夠與模擬的整車環(huán)境進行實時交互，還可以響應環(huán)境中的動態(tài)變化。

模擬環(huán)境精確再現(xiàn)了車輛運行中的各種工況，使工程師能夠在可控且可重復的條件下，全面評估電池管理系統(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實時系統(tǒng)中部署汽車動力學模型和運行場景仿真軟件，PXI系統(tǒng)優(yōu)越的實時性可幫助用戶實時得到模型的反饋。

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

在固態(tài)電池尚未量產的今天，電池包在環(huán)這種虛實結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，從而幫助產品更快走向成熟。