電能是我們生活中使用Z為方便的能源,我們無時不刻不在使用著電能。時至今日,我們已經能夠隨時隨地獲得電能,這些便捷離不開可充電的鋰離子電池。 鋰電池經過多年的技術革新,綜合性能不斷提升,已經應用在了非常多的領域,但正因為如此,對電池的進行全面的測試非常有必要,因為鋰電池在工作異常時可能出現起火爆炸的事故,導致人身傷害和財產損失。在電池的各項測試中,電池放電測試是其中重要的一環。電池的放電測試對電池循環壽命,放電性能評估有很大的幫助。

 

 


電池放電測試過程中不僅僅需要關注電池的電學參數,電池的溫度也是非常重要的一點,因為溫度是直接影響鋰離子電池的安全性和可靠性的因素之一。除了安全方面,溫度也會對鋰離子電池的有效容量和放電性能產生很大的影響。在寒冷的冬天電動汽車的性能大幅下降很大程度上和電池在低溫環境中的性能下降有關。

 

此外,在實際的使用中,電池往往會遵循電池廠家指定的標準進行充電,充電過程相對更平穩,更可控,然而放電過程卻是隨著負載的不同會有很大的差異,放電過程一旦產生大量的熱量聚集,超過電池允許的工作溫度,就會影響其安全性和可靠性。

 

可見對電池在不同溫度環境下的放電性能測試和放電過程中的溫度變化檢測是一個產品開發中不可忽視的重要步驟,本文我們就來介紹一下如何使用通用測試測量設備對電池進行放電測試并進行參數監測。

 

常見的鋰離子電池的典型放電曲線如下:
 

電池放電曲線示意圖

 

通常,這個曲線是由電池生產廠家在指定的測試條件下的一個參考曲線,而對于客戶實際的多樣化的應用需求,需要有針對性設計測試條件。

 

一般來說,電池的性能受電池溫度、電池內阻、充放電循環次數、放電電流、放電方式等多種因素影響,而對于存儲了一段時間的電池,存放時間、存放的溫度等也會影響到電池在使用時的性能。因此,測試電池放電特性是一個需要較長時間、重復性的工作。
關鍵因素
 

在電池放電測試中需要關注如下幾個問題:

電池的端口電壓

在電池放電測試中,需要時刻關注電池的端口電壓。一方面,計算電池可釋放出來的能量需要根據電池的實時端口電壓進行計算,以得到實際放電過程中的準確的功率參數;另一方面,由于鋰電池在過度放電時會因為電池內部物質或結構發生不可逆變化而導致電池損壞或性能下降,為了避免這種情況發生,電子負載的電池測試模式需要設定放電終止的閾值電壓,一旦達到終止放電的電壓條件,電子負載能自動停止測試而無需人時刻監視電池電壓,以避免電池的過度放電。

 

電池到電子負載之間導線的電阻

電池到電子負載之間的導線必然存在一D的電阻,當被測設備輸出大電流時,負載引線上的壓降將變得不可忽略,這將使電子負載在建立負載電流之后的端口電壓低于電池實際的端口電壓,顯然,這與連接線纜的引線等效電阻有直接的關系。為了確保電子負載可以準確測量被測設備的輸出電壓,電子負載需要提供獨立于堵在端子的額外遠端Sense端子,當電子負載處于Sense 工作模式時,Sense 功能被啟用,接線方式如下圖所示。

 


按照正確的方式連接Sense端子和被測設備的輸出端后,電子負載可以直接通過Sense端子檢測被測對象的實際電壓,從而自動補償電子負載引線電阻引起的壓降,使得電子負載可以準確地測量電池的端口電壓。

 

電池的溫度

在整個放電測試的過程中,電池的溫度也是需要監測的信息之一。一方面,電池放電過程中,電池不可避免地會因為歐姆內阻產生熱量,也會有內部電化學反應產生的熱量,尤其是在較大功率放電時,電池將會有明顯的溫升;另一方面,電池的溫度變化會對電池的性能產生顯著的影響,過高和過低的溫度都會嚴重影響電池的性能甚至影響電池的安全使用。此外,在電池壽命的后期,隨著電池性能下降,內阻增加,同樣的放電條件下電池的溫度會上升更快,嚴重時可能超過電池的安全限制范圍,造成安全風險。 

 

對于整組的電池組來說,受限于散熱條件,位于電池組不同位置的電池單體的散熱能力會有顯著的差異。在放電過程中,即使電池單體的特性完全一致也會因為散熱能力的差異造成電池組內的電池單體出現溫度不均衡,而這種溫度的不均衡將在反復的充放電中使得電池單體間的性能出現差異或造成差異不斷增加。

 

綜上所述,在放電過程中準確地測量電池的電壓和溫度,才能更準確地評估電池的放電特性。
環境搭建

 

電池放電測試連接示意圖

 

準備一臺DL3000可編程電子負載,如DL3031A;

 

一個具有保護板的電池組,如選用多串組的電池組,Z好選擇帶有均衡充電接口可檢測每節電池的電壓的電池組;

 

準備一臺M300數據采集/開關系統,配備MC3065(DMM 模塊)和一張多路復用器模塊MC3132、接線盒M3TB32、熱電偶等,該模塊需要支持兩線制測試并可承受電池組的工作電壓;

 

使用將熱電偶測溫點貼至電池表面,并將熱電偶連接至多路復用器接線盒;

 

將電池組的正極和負極分別連接到DL3031A的正極和負極上,并正確的按照四線制方式連接Sense線纜;

 

電池組的電壓測量線路連接至M300數據采集/開關系統以檢測和記錄放電過程的電池組電壓變化。

 

操作步驟

01、啟用M300測量功能

在默認列表中,點擊編輯列表,點擊新建,選擇電壓測試通道號505,點擊確定,選擇測試DCV,量程選擇自動,點擊完成,完成電壓測試通道配置。

 

繼續點擊新建,建立溫度測試通道,選擇溫度測試通道521,選擇TEMP,類型選擇TC,接著選擇熱電偶型號,本次測試選擇的是K型熱電偶,型號選擇K,單位選擇℃點擊完成

 

點擊Monitor,進入通道監視界面,選擇多通道,添加通道505與521,觀察此時的電壓與溫度測量值

 

02、啟用DL3031電池測試功能

按 APP 鍵切換至 Battery 測試功能主界面,如圖所示,主界面上方顯示 “Battery”。

 

測量界面

 

設置電流值為2.2A。(為了安全,該設置必須與電池性能匹配,在安全的電流范圍內)設置截止電壓為3V。(為了安全,該設置必須與電池性能匹配,在放電下限值之上,放電時間和電池容量可選)

 

按下ON/OFF,啟動電子負載

按下負載上的綠色眼睛按鈕,即可打開電池放電曲線,設置合適的窗口時間,即可觀察對應時間內電池的電壓或電流變化曲線。

 

放電過程中的曲線