在全球暖化議題受到全球關注，各國紛紛制定碳中和與禁售燃油車的目標，帶動電動車(EV)市場快速發展。除了政策影響電動車普及的速度，續航里程、安全性與價格，也是消費者考量是否購買電動車的關鍵因素。高電壓的800V電動車雖然效能效率佳且充電速度快，但受限於各地相應的基礎設施不足，尚難普及。而電池安全性需要經過嚴格的高電壓與電氣散落測試，確保安全無虞。
導入800V系統需克服基建挑戰
汽車產業從C、A、S、E四個面向，面臨巨大的變化。東芝電子汽車解決方案應用技術部Specialist山縁大地(Daichi Yamamidori)(圖1)說明，首先是汽車擁有了連接性(Connection)。隨著物聯網(IoT) 技術的發展，汽車除了車內連線功能，還能對外連線，例如駕駛取得塞車等外部資訊，就能規畫避開塞車的路線。第二個變化來自自動駕駛(Autonomous)技術，根據自駕等級Level0~5的分類，市場出現接近全自動駕駛的Level4汽車，可見全自駕的時代已經近在眼前。加上不少國家面臨人口老化的挑戰，為了減少老年駕駛的交通事故，發展自駕技術是勢在必行。
另外，汽車共享(Sharing)的概念，打破傳統的汽車銷售模式。不少高度發展國家年輕一代的消費者，價值觀改變，不再追求擁有個人汽車，改為使用共享汽車服務。最後一個重大轉變，則是電動車逐漸取代燃油車的趨勢。在全球暖化議題下，各國簽訂氣候協議，共同朝著碳中和的目標前進。同時電動車的能源使用效率比燃油車更佳，各國在電網與電力系統方面，都能支援電動車應用，帶動電動車普及。市場方面，在電動車時代，部分消費電子品牌加入汽車製造的行列，導致汽車產業的競爭越來越激烈。
電動車改變了傳統汽車的電力/電子(E/E)結構，目前電動車系統的電壓主要採用400V或800V 設計。400V系統的優勢在於效率與成本平衡，成為電動車的主流規格，因此在基礎設施方面，家用充電樁與公共充電站都支援400V充電。而備受關注的800V 系統則在較高的成本下，將充電時間相較400V系統減半。同時，因為800V系統，電池供電的電流僅為400V的一半，因此車輛設計可以採用更細的纜線，有助於減輕車體重量及提高續航里程。
電動車導入800V系統需要克服的主要挑戰，是支援800V系統的基礎建設不足。以充電樁為例，雖然部分充電樁標示支援800V充電，但是充電時間卻與400V充電相距不遠，無法發揮800V系統快速充電的優勢。不過中國政府目前補助大規模建置800V充電樁，因此800V電動車可望在中國普及。在全球其他地區，則尚未觀察到大規模支援800V電動車的基礎建設。
EV技術四大進展方向
德州儀器Sales and Application FAE蔡濱謙(圖2)建議，電動車技術可以朝四個方向進步，首先是盡可能增加汽車的續航里程。透過減輕電池重量，並且維持電池充電時的健康度，都能增加電動車電池的續航力。其次，強化電動車的電源系統設計，並且採用快充技術，可以增加使用電動車的方便性。第三點是成本，電池是整車主要的成本來源，只要電池成本降低，電動車的價格也會降低，有助於電動車普及。最後，汽車的安全性與人身安全密切相關，因此電動車所有的IC與控制功能，都要高度符合安全標準。
若要維持電池健康度，電動車製造商可能採用電芯與電池包偵測器。透過在電池包內導入兩個IC，把關電池包內每一個電芯的電量是否平衡，並且確認每一個電芯充電效率與健康度相近。
另一方面，電池管理系統(BMS)也是維持電動車能源效率穩定的重要角色。尤其無線BMS 可以減少電動車內的纜線數量，減輕電動車的重量。在汽車震盪的時候，無線傳輸的訊號不易受到干擾，可靠度較高。同時，目前電動車系統逐漸從400V走向800V，當電動車內採用高電壓系統時，一旦車體發生碰撞，系統需要迅速切斷與電池包之間的聯繫，以確保車內人員的安全。在此情況下，無線BMS相較有線連接，便能更快切斷連線。
電池高電壓測試不可少
電動車電池最大的安全疑慮，在於電池起火後引起爆炸，嚴重威脅駕駛的生命安全。致茂電子產品企劃處副總經理曾漢仁(圖3)分析，鋰電池在充電的時候最容易起火，因為充電時電池負極的石墨會膨脹。負極持續膨脹之後，正極與負極之間距離不斷縮短。當正極的鋰接觸到負極的石磨，兩者之間形成熱點，可能點燃電解液，造成電池內部短路且溫度過高，最終發生爆炸。同時電極在製造時，可能裁切得不平整，留下毛邊。在負極膨脹之後，正極的毛邊可能刺穿負極表面的石膜，造成電池短路。
上述狀況在電池出貨前可能測試不出來，因為多數工廠只會測試一到三個充/放電週期，但是根據統計，電池負極充電膨脹的狀況大多發生在第十個充電週期。而隔離膜瑕疵的情況，在工廠內測試時可能沒有導致短路，便如常出貨給製造商。造成此情況的主因，是測試電壓不足。正常電動車鋰電池的耐壓為1,000V，但是隔離膜瑕疵的電池耐壓只有400~700V。部分電池工廠可能為了確保產品表現上的良率，只使用250V或更低的電壓測試，產品安全堪憂。
為避免電池起火，電池需要執行較高的絕緣耐壓，以及電氣散落測試。電氣散落指的是電池在高壓測試下，電極的毛邊放電導致電壓不穩定。只要隔離膜有瑕疵，或是電極有一點毛邊，就會出現電氣散落的現象。只要電池能通過高壓與電氣散落的測試，就不容易起火。
模組化設備降低電池測試複雜度
電動車電池測試的目標，主要是增加續航里程、增加使用壽命，並且確保安全性。是德科技技術專案經理葉上銘(圖4)提及，車用鋰電池的電壓測試走向1,500V，電池櫃也達到Mega等級以上的電量，因此電池測試變得更加複雜。電池生產前會透過量測手法，取得一些電池運作的參數。將參數量化並建立模型，就能分析電池的表現。確認電池的安全性與效能符合需求後，就會進入量產製造階段。
電池測試實驗室的建置，也需要考量多方面的需求。首先，實驗室測試效率將影響生產力。其次，需要建立良好的散熱系統，確保廢熱能夠被妥善處理。第三是規畫符合需求的硬體規格，第四則是資料處理能否同步，並且即時排除測試中的異常狀況。
實驗室若是採用模組化設計的電池測試設備，就能降低場域建置與測試流程的複雜度。葉上銘以是德(Keysight)的產品系列為例，目前電芯測試設備可以提供微安培到1,600A的測試範圍。其中，25~1,600A是電池測試常見的規格。
近年來，電動車市場起飛，傳統車廠與消費電子廠商都瞄準電動車商機。電動車技術發展上聚焦高安全與高效能兩個面向。透過採用800V系統與採用更嚴謹的安全性測試，加上未來電池成本下降可期，預期電動車取代燃油車的腳步將加快，展現汽車產業全新的樣貌。
