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锂离子电池测试原理

2023-05-13 826
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1.电池电压测试

电池的电压由电动势、开路电压、工作电压、充电截止电压和放电截止电压构成。开路时,由电池内部反应形成的负极电极平衡电势与正极电极平衡电势的差作为电池的电动势。该电动势不受电池外部因素如形状、尺寸的影响电池开路时两端的电压构成开路电压开路电压与电动势相等的条件为电池两级体达到内部反应的平衡-热力学平衡。否则开路电压小于电池的电动势工作电压是电池在有外部负载的情况下外回路有电流流过,有能量消耗时两端的电位之差,其大小总是小于开路电压。充电截止电压是指电池在充电状态下,当充电饱和时,电池的截止电压,即电池电压不在上升的上限电压。放电截止电压是指电池在放电状态下,当放电达到一定程度,电池自动停止放电的个截止电压,即电池不在下降的一个下限电压。测量电压时,当不计内阻对电压表的影响时,电池开路电压的测量即可作为电池电动势的测量,电压表测得的开路电压的结果即为电动势的结果。通常的测量方法为二端子测量法,其先提条件是回路电流较小,导线电阻和接触电阻对测量的结果可以忽略时,测量结果才不会受较大影响。当回路电流过大时,导线电阻和接触电阻的分压较大,影响则不能忽略,此时则不能米用二端子测量法,则应采用四端子测量法,减小接触电阻和导线电阻的影响。

2.充电过程测试

充电过程测试包括充电过程的电压测试和电流测试。锂离子电池的充电过程分两个阶段,第一阶段为恒流充电,及以恒定的电流对电池充电,此时,随着电池能量的增多,电池的电压不断升高,当到达电池自身的充电截止电压时,电压不在升高。此时由恒流充电转为恒压充电,即以恒定的电压对电池充电。电池的能量逐渐饱和,充电电压不变,充电电流逐渐减小。判断电池充电完成的标志有

1、电池电压法:电池的电压达到上限的一定比例时,为保护电池,断开充电回路,停止充电

2、最小电流法:当充电电流逐渐降低至额定电流的1%,即涓流时,断开充电回路,停止充电

充电时间法:当充电时间超度预设时间时,停止充电对电池的充电过程,采用的充电器相当于一个恒流源,恒流源可以等效为内阻无穷大的电源,外部负载电阻大小不对其输出能力造成影响。即电池的电压不影响充电电流的大小,其通常的测量方法为在测量回路中接入电流表,电流表读数即为测量结果。如图1-1所示为电流表直接测量。

 

1-1 电流表直接测量法

当测量回路的电流较大对电流分流采样测量这给测量带来极大的不方便。将电流信号转换为电压信号的测量则消除了较大电流的影响且更有助于计算机对信号的测量和控制。图1-2为通过电压测量得到电流的值。

 

1-2 电压测量法

3.放电过程测试

放电过程测试包括电池的放电电压测试和放电电流测试,测试过程中,对被测电池以lC5A模式或者0.2C5A模式放电。1C5A模式即放电电流大小以电池标称容量中的数值大小进行放电,0.2C5A模式即放电电流大小以电池标称容量数值大小的0.2倍进行放电。如电池的标称容量为1000mAh,则1C5A模式放电电流大小为1000mA,0.2C5A模式为200mA。放电至放电截止电压时,记录放电时间

4.电池容量测试

电池在充电过程中从电源获得的能量或者电池在放电过程中对负载释放的能量称为电池容量。电池的额定容量定义为:指电池在环境温度为20±5℃条件下,以额定电流放电至终止电压时所应提供的电量,用CA表示,单位为Ah(安培小时)或mh(毫安小时)。在电池测试的过程中,我们无法直接测量电池的容量,而是测得电池回路的充放电电流和充放电时间,其乘积即为电池的容量

C=I *t

式中:   C—电池的容量,单位Ah或mAh。

I—电池的充放电回路电流,单位A或mA。

t—电池充放电至截止电压的时间,单位h。

环境温度,测量回路电流大小,电池自身参数都会对电池容量的测量结果造成影响,因此容量的测量是在特定的条件下进行的,不同的测量环境,测量的结果会有差异。电池额定容量的标注都配有相应的环境参数条件。

5.电池内阻测试

电池的一个重要性能指标就是内阻,其大小影响电池的输出电压,输出电流以及能量的输出和电池的功率。其由极化内阻和欧姆内阻两部分组成,在电流流过时对电流造成阻力。在电池的性能指标中,其内阻值越小性能越佳。目前有交流内阻测试法和直流内阻测试法。检测时有一定的测试条件,即被检测电池在0.2C5A放电模式下放电到放电截止电压,在以0C5A充电模式充电16小时。充电完成以后在15℃到25℃的环境中放置1-4小时,其后测量的结果为其内阻值。

交流内阻:交流注入法测试电池内阻,即在电池两级注入低频交流信号,检测电池两级产生的低频交流电压,则内阻为

R=U/I

直流内阻:直流法即测得电池两端的电压和电流,从而得到电池的内阻。

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