動力電池系統DV測試淺析

前幾篇討論了電池系統BSE演算法，接下去討論動力電池系統的DV測試。本文介紹了DV測試的概要和內容，其中，來自三星的Pack測試工程師陳勃分享了一些他的測試經驗。

DV（Design Verification） 設計驗證，目的是驗證產品設計是否符合規定要求而進行的測試活動。另一個經常提到的概念，PV（Production Validation）生產確認，目的是確認製造狀態是否符合規定要求。DV和PV通常是一組平行的測試計劃，且DV測試內容包括了大部分的PV測試。總得來講，一份好的DV或PV測試活動，需要以法規要求為基準、以功能需求為驅動、以真實使用場景為背景並配合適當的測試技巧來進行。本文主要圍繞DV進行簡要闡述。

一.動力電池系統DV測試概述

1.1 對於開發流程與樣品狀態的對應關係

注1：手工樣件與工裝件的主要區別在於結構件是否通過工裝模具加工得到（開模件）；半工裝件與工裝件在於動力電池系統是否由正式的生產線組裝。

注2：因為國內各公司對零部件的開發流程定義不同，這裡提供的僅是筆者遇到的某個案例。

1.2 對於測試活動與對應的開發流程對應

A sample：對於零部件供應商來說，需要進行功能測試，比如BMS的採樣精度，控制策略，SOC演算法等等的驗證。也有供應商會利用A樣的產品進行DV的摸底試驗。另外，整車廠還會使用交付的A樣件動力電池系統進行基本的實車裝配以及通訊聯調，簡單啟動等測試。

B sample：對於零部件供應商來說，需要進行DV測試、設計整改等等。另外，整車廠還會使用交付的B樣件動力電池系統進行實車標定、匹配、路測等。

C sample：在經過B階段的設計整改後，電池包的基本結構、工裝夾具均已定型。此時，隨著生產線的建立，C樣件動力電池系統出現並適用於PV測試。

1.3 責成劃分

A sample：一般由公司（SW）TE主導進行，工作內容偏研發方向，如精度驗證、控制策略及演算法調試等，需要熟悉動力電池系統及軟硬體設計的人員充分介入。

B sample：主要由公司TE主導進行，工作內容大多為型式試驗。技能需求上不僅需要對BMS軟硬體設計上有一定的理解，還得擴展到其它如電芯特性、材料力學等。

C sample: 一般則由公司的QE主導進行，測試項目一般是DV內容的子集。

1.4 測試依據

動力電池系統DV的測試依據主要有以下幾個方面：

1、與OEM之間的技術協議書

2、OEM的企標

3、相關國家/國際標準

4、過往測試經驗

1.5 流程計劃

從流程上看，DV主要有以下幾個節點：

（1）與客戶簽訂項目的商務合同

（2）編寫DV測試大綱及測試計劃

（3）與客戶Review測試大綱和計劃

（4）考察供應商，並和供應商進行技術交流（第三方測試機構）

（5）三方比較，確認供應商

（6）和供應商簽訂商務合同

（7）測試物料，樣品的準備，夾具的製作

（8）測試活動的進行

（9）測試活動的結束及善後

（10）測試報告的提交及review

（11）測試總結

註：有公司會提前進行供應商的考察活動並與供應商簽訂框架協作合同，故第4、5、6步不固定。

二.動力電池系統DV測試內容

動力電池系統DV測試主要包括以下幾方面：

2.1 溫度應力試驗包括：高/低溫操作、溫度衝擊、結露試驗、濕熱循環。

2.2 機械應力試驗包括：耐振動、機械衝擊、負重。

2.3 外部環境試驗包括：IP防護、鹽霧試驗、化學液體暴露、碎石轟擊、模擬高海拔。

2.4 低壓電氣試驗包括：直流供電電壓、過電壓、疊加交流電壓、電壓緩升緩降、供電電壓間斷、反壓、參考接地和供電補償、開路測試、短路保護、絕緣電阻、耐電壓。

2.5 電磁兼容試驗包括：瞬間傳導發射、電磁傳導發射（voltage/current）、電磁輻射發射、瞬態傳導抗擾、瞬態耦合抗擾、電磁輻射抗擾度（BCI/ALSE）、靜電放電（ON/OFF）、電快速瞬變脈衝群抗擾、浪涌抗擾、低頻電磁電子場強等。

2.6 電氣安全試驗包括：絕緣電阻、耐電壓、IPXXB/D電位均衡。

2.7 電池性能試驗包括：容量和能量、能量效率、直流內阻、功率確認、自放電、混合動力特性脈衝、高低溫啟動特性、循環壽命等。

2.8 濫用試驗包括：跌落、模擬碰撞、鹽水浸泡、擠壓、球形擠壓、針刺、翻轉、熱失控、外部火燒、PACK短路、過充/過放電（帶或不帶保護功能）等。

2.9 熱管理試驗包括：高溫冷卻性能、低溫加熱性能、隔熱性能、管壁壓降（水冷）、氣密性（水冷）、噪音（風冷）等等。

三.測試經驗總結

1. 50%的時間用來試驗準備，30%的時間用來寫報告，20%的時間用來做實驗。

2. 選擇測試供應商時，除了資質、報價，設備資源（排期）、測試人員素質、配合程度、地理位置等均應列入考慮範疇。

3. 商務合同上，閉口合同可以享受更大的折扣但是所有測試項目必須進行，開口合同優惠較少但比較靈活。對於DV這種不確定因素比較大的試驗（可能的調試、排故、整改），閉口可能更為適合。當然有能力也可以談成按開口合同方式執行的閉口合同，折扣、機動性兩不誤。

4. 關於DV測試大綱、計劃的編寫

-測試大綱需要客戶認可

-測試大綱應儘可能詳細、嚴謹且切合實際，制定完成後需再次梳理預演一遍（經驗很重要）。否則很可能使自己和現場的操作人員在具體的執行過程中陷入窘境。

（舉個例子，低壓電氣試驗，考察對BMS供電電壓的那個，有很多項目，過壓，欠壓，反壓之類，因為繁瑣很多人制定的時候簡單寫到參考ISO16750/GBT28046或者乾脆直接複製粘貼標準內容，真正執行的時候，傻眼了，為什麼，比如短路試驗描述，「對於信號電路的短路試驗，將DUT所有有效輸入端和輸出端，依次連接到Usmax」，那麼問題來了，所有有效的輸入端和輸出端在哪？不清楚，試驗暫停，回去查Pin腳定義，改大綱，通知客戶...）

-制定測試計劃前需要充分了解測試機構的設備排期，切勿僅憑單方面的意志制定不可執行的方案。

-測試序列安排應合理，需要考慮到前序試驗項目對樣品損傷，影響後續試驗項目。

5. 橫向的對比試驗是一種高效的trouble-shooting手段。

6. 物料準備方面儘可能有充分的備件準備，一旦發生特殊情況，可有效節約測試時間和成本。

7. 有些試驗項目電池包需要特殊處理，比如溫度試驗，需要放開保護條件；比如IP防塵防水，需要布置遇水變色紙；比如振動，需要劃線確認扭力甚至感壓紙；比如熱失控，纏繞加熱膜（或引出充電線）...這裡需要特別注意的是軟體上放開了保護條件的包，一定要注意記錄和跟蹤，從風險控制上來說，這些電池系統比常規狀態少了一層安全保護機制，更容易觸發安全事故。

8. 測試現場經常會遇到充放電機對絕緣採樣（特別是國標法）的干擾，或者因為共地問題，或者因為Y電容的影響。如果實車上未發生過此異常情況，且對於本實驗絕緣採樣結果對評價上並無客觀影響，在得到客戶認可的情況下，可以考慮對絕緣採樣功能屏蔽處理的方案。

9. 擠壓測試時若BDU部件受到擠壓將顯著提升失效概率。

10. 關於振動

-試驗前一定要確認振動台的尺寸、承重以及頻響範圍，是否能滿足試驗要求

-夾具試裝叫上供應商可以省很多不必要的麻煩

-夾具的安裝孔進行熱處理可以有效防止孔位變形

11. 關於模擬碰撞

-電池包整車安裝點的螺栓與夾具安裝孔之間應嚴格匹配，不能有過大間隙，否則會產生滑動並有螺栓斷裂的風險。

12. 熱失控

-加熱、過充、針刺均能實現熱失控。但實際操作上，加熱用纏繞膜適用在電芯上後重新組裝比較困難；針刺對設備有所要求（角度、速率等），個人比較傾向於過充的方法。

還有其他的一些測試經驗，下次有機會再分享。

四、總結

動力電池系統的DV測試還是一份比較有挑戰性的工作，需要在對系統整體把控的情況下結合自家的產品特點熟練的將相關標準適用其中。個人認為，一個好的測試工程師，現場指導測試方法、安排設備、排故、替公司拿到最終的報告等等這些事固然重要，試驗前對測試活動儘可能詳細的規劃與潛在的失效分析這才是整個測試活動中的重中之重。所以，人們常說，作為測試工程師，經驗很重要，因為經驗能減少你對時間、經濟、安全上損失，走更少的彎路。

作者：葉磊Ray

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