电动车电池是重要的汽车元件，为支援电动车的蓬勃发展，业者必须扩大电池的生产规模。 截至2022年，EV电池组的平均成本为153美元/kWh，在过去15年间下降了90%。 展??未来，汽车产业对锂离子电池的需求预计将以每年 33% 的幅度成长，到2030年需求量更将达到4,700 GWh。

若EV电池的价格能更经济实惠，电动车便可拉近与内燃机汽车的价格差距。然而，由於电池制造极为耗能，且近来原材料、供应链和能源成本均节节攀升，控制电池成本成为一项艰钜的挑战。

推动电动车电池价格下跌和需求??升的关键要素为技术创新。 除了消除成本压力外，电池技术还须持续演进，以支援不断变化的电动交通生态系统。

EV 电池持续演进的重要性

图一显示电动车生态系统的概况，以及电池随着生态系统的演进而发生的变化。

图一 : EV电池在电动车生态系统中扮演重要角色。

在图中右侧，汽车制造商和电池开发商都急於开发出续航里程更长的 EV 电池，以符合消费者的期??。 从宏观层面来看，容量更大、寿命更长的电池，有助於将汽车电气化潮流落实到实际应用中，以实现电池循环经济，进而减少碳排和污染。

左侧则是智慧电网不断演进的简易图示，它推动着电动车电池的转型，从早期经由充电桩汲取能源的单向「汲入」，转变为双向供电的 V2G（vehicle-to-grid）。 稍後我们将探讨如何设计更出色的电池，并完整介绍 V2G 的概念。

全面提升电芯、模组和电池组的电池效能

随着汽车电气化蓬勃发展，电池开发商和制造商必须抢先一步获得可因应新要求的电池测试功能。

EV 电池有不同的外形：圆柱形、软包装和棱柱形。然而，无论外观如何，它们的初始开发阶段都相差无几。 电芯开发人员必须在研发过程中，选择电芯化学成分和材料，再进行特性分析和最隹化。

如欲支援更长的行驶距离、更快的充电速度，并提供可因应未来需求的 V2G 功能，首先须从电池化学成分开始。 电池开发人员需根据电池效能规格，分析每种电化学混合物的效能（叁见图二的范例）。??酸锂电池具有优异的安全性、低温效能和长使用寿命等优点。 ?业界正努力改善电池规格，以提高储能并降低成本。镍锰锂电池（NMC）则具有卓越的整体效能，在储能方面也有出色表现。由於自加热速率极低，它备受电动车厂商青睐。

图二 : 不同的电芯化学成分会产生不同的特性和效能。

现代电池测试实验室必须同时处理数千个待测电芯，并准确量测不同电芯设计的实际效能，以确定它们是否符合设计目标（叁见图三）。

图三 : 在开发新电芯时，还必须考量不同的电芯特性，因为不同应用需要不同的电芯特性。

在将电池组装成模组和电池组并进行测试时，电池设计工程师必须思考如何针对不同应用，调校各种测试叁数，以便为预定的汽车供电。其应用范围从两轮机车，到各式各样的轿车、休旅车，甚至重型运输车等，皆涵盖在内。针对不同终端使用者市场而设计的电池，需满足各不相同的需求，因此所需的测试配置也不一样。 为此，工程师须确定其测试环境能够支援所需的电压、通道和安规要求（叁见图四）。

欲验证电芯、模组和电池组的效能，需执行下列测试：

· 记录不同的温度，藉以研究电芯的电热交互影响效应。

· 检查机械连接和模组的效能。

· 可与汽车的电池管理系统进行通讯。

图四 : 开发周期的每个阶段，都需要可验证电池效能的测试环境。

自动化管理是电池测试实验室中的利器

图五以简易的图像，呈现电池测试实验室中不同的角色和任务。 随着待测装置的数量激增，实验室管理人员无法再依赖手动追踪，或是以试算表来管理现代化电池测试实验室。

将实验室运作自动化，不仅可确保高效的时间与资源管理，同时还可进行追踪和追溯，进一步提高测试速率。不论是管理庞大的设施或不同站点，透过云端的实验室作业管理工具可轻松查看并控制电池测试操作状态。另外，从待测装置收集到的测试资料也可用於强化设计迭代。

图五 : 现代电池测试实验室需同时监控数千个待测装置，因此资料流与妥善的管理变得更为重要。

从蓝图到生产阶段，确保一致的品质

一旦新的电芯设计已可进行量产，很快就会进入大量投产阶段。 根据麦肯锡（McKinsey）的报告，电池需求将以每年 30% 的幅度持续成长。如此一来，未来 10 年间还需新增 90 家超级工厂（以目前的产能计算），才能因应全球市场蒸蒸日上的汽车电气化风潮。

随着美洲和欧洲开始迎头赶上中国和韩国的步伐，在靠近其终端市场处制造电动车电池，他们也投入了数十亿美元来扩大超级工厂（gigafactory）的产能。这是一个复杂的过程，如图六所示。

图六 : 在复杂的电池电芯制造过程中，电芯循环和老化是最耗时的环节。

建置超级工厂时，业者面临着诸多挑战，包括地点、预算、原材料的存取、制造系统和人力资源。让我们来看看如何从电芯开始，打造更出色的电池。

在所有量产制造环境中，吞吐量都是衡量生产力的重要指标。在锂离子电芯制造过程中，电芯化成和老化阶段是最耗时的环节。为了进行电池老化，制造商必须量测电池的自放电率，即使电池未连接任何装置。其目的是筛选出异常或过度自放电的电池，因为这些「不良」电池会对模组和电池组的效能产生负面影响。

电池可能需要几天、几周，甚或几个月的时间才能表现出其自放电特性。然而，在时间和成本敏感的制造环境中，传统方法（例如，追踪随时间变化的自放电效应）并不实际。

取而代之的是，制造商开始使用相对较新的恒电位量测方法，来直接量测电芯的内部自放电电流。 两相对照，传统方法需花费数天或数周的时间来记录电池的自放电效能，而新方法通常只需数小时甚至更短的时间，便可进行重要的品质筛检，节省大量时间和宝贵的空间。

利用新技术，您可开发功能更强大、充电速度更快的电池。您需对这些电芯进行循环测试，过程中需测试电芯样本，以确定电芯的循环寿命，以及充电速率对电芯寿命的影响。随着电池容量迅速扩增，研究人员和制造商在执行测试时，就必须供应和汲入更大的电流。

为了避免代价高昂的功耗，现代电池循环测试仪采用再生电源技术，将电池放电过程中产生的电力送回电网，以减少净能源消耗，进而降低营运成本。此过程也可减少电子元件产生的热能，进而降低为生产设备散热的需求。

可满足未来需求的电池测试技术

随着汽车电气化蓬勃发展，电池开发商和制造商必须抢先一步获得可因应新要求的电池测试功能，包括规划可处理更高电池容量、供应/汲入更大电流，也具备再生电源功能的新设备，以便降低营运成本。

一些制造商也开始采用模组化和不受地点限制的「超级温控室（superchamber）」，以减少电池测试投资的时间和成本，同时还可根据需求进行扩充，以便加速完成部署。

这些令人振奋的创新技术，有助於进一步扩大电池的开发和生产规模，以推动电动车的普及。

（本文由Keysight是德科技提供，作者Hwee Yng YEO为是德科技产业与解决方案行销经理，也是电动车倡导者）

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