锂电池测试-常见锂电池测试项目.docx

JOHNSON常见锂电池测试项目一、电池测试标准统计表可以看出，我国锂离子电池标准的制定或修订工作都非常活跃，这也是 市场对锂离子电池安全性能的要求不断提升的需要。从另一方面讲，这也给电 池厂商带来了更加严峻的挑战，要求电池厂商必须不断提高在设计、生产及检 测过程中的水平。目前锂电池常见测试标准有GB/T 18287应用安全性能（电环境适应性能（电 电性能（电芯、电芯、电池）芯、电池）池） 1. 2 . 3 . 4 .重物冲击 5 .过充电保护 6 .过放电保护 7 .短路保护 1. 2 . 3 . 4 .重物冲击 5 .过充电保护 6 .过放电保护 7 .短路保护热过短冲充路 1 .恒定湿热性 能 2 .振动 3.碰撞 4 .自由跌落 IQ2c5A放电性 能 2.1C5A放电性能 3 .高温性能 4 .低温性能 5 .荷电保持能 力 6 .循环寿命IEC 61960JOHNSONTMactor）系数，在BCF系数无法确定时，可以选择5C电流或者75%的Imax六、电路过充/过放承受能力测试过充电、过放电对电池性能有何影响？过充电是指电池经一定充电过程充满电后，再继续充电的行为。为了防止电池 过充，需要对充电终点进行控制，所以充电终止电压的精度是一个非常重要的 参数。电池过放可能会给电池带来灾难性的后果，特别是大电流过放，或反复过放对 电池影响更大。放电测试则需要电池在不同的温度下进行电池放电试验，观察 电池变化，记录电池的容量。充电终止电压越高，电池寿命越短欠充电，省率利用不足电芯截止电压超过4. 25V即被视为过充。过充可能导致漏液、变形、起火、在恒压失效后随着充电的加深电压达到一定 程度（一般限值为6. 0V）会引起爆炸。JOHNSONTM处理方法：在电池外部加PCB板保护，或在充电器中设置保护线路和/或时限装置（即充电 限2. 5小时）来防止电池过充。什么是过放？过放会带来哪些不良后果？怎样避免？1C放电电芯截止电压不低于2. 75V, 3C以上放电截止电压不低于3. 0V放电状 态仍在继续，即为过放。过放可能导致漏液、零电压以及负电压，是损害电池性能的主要原因之一。处理方法：在电池外部加PCB板或在充电器中设计保护线路和/或时限装置来防止过放。）其他测试均衡充放电测试动态工况模拟测试均衡充放电测试电池温度测试自放电O O O三、测试解决方案：电池测试难点测量时间比较长，存在数据异常、电脑死机等现象。传统电源负载的情况下，电能损耗大接线瞬间打火现象动态值测量时难以进行分析锂电池过冲、过放具有自然、爆炸等危害JOHNSONITS5300电池充放电测试系统电池测试系统功能：1能源反馈式测试系统2恒流、恒压、恒流转恒压、斜坡、阶梯等3内阻测试4电池温度监控5电池循环充放电测试6电池容量测试6电池过充，过放速率承受能力实验7动力电池荷电保持能力测试8不同温度下电池性能测试，包括充放电性能实验和效率试验9高速电流脉冲试10电池循环工况试验 11 BMS通信功能JOHNSON12通道并联扩展功率（主从并机&均流技术13.声光急停、防反接防打火保护、断电记忆保护功能、全方位充放电保护功能 等等软件测试界面大家现在在屏幕上看到的，是两个动力电池组在测试时的示意图，一个矩阵就 是一个动力电池组，而这些小方块呢，每个小方块就代表着动力电池组中的一 个单体电芯，这种图形的显示非常清晰明了。那么，我们的工程师如何随时了 解每个单体电芯的工作情况呢？在不同的状态下，单体电芯所对应的小方块就 会显示出不同的颜色。图中的绿色就表示正常运行，如果出现报警和保护，就 会用黄色和红色来显示。蓝色表示选中查看的电芯，它的一系列测试参数和曲 线就会在下方显示出来。你可以将曲线图全屏显示，并且将多个曲线进行叠加 分析。优势：符合国标并兼容多种协议丰富完善的测试项目专业软件具有模块化，易于配置和维护的特性电池芯测试方案电池模组测试方案电池包测试方案 燃料电池测试解决方案JOHNSONTM太阳能电池测试方案更多详情，欢迎登陆IT多H I为您提供更加精准、稳定的测试解决方案JOHNSON1EC 60086-4低温振冲推挤自温压循 跌神气度动击击压由度IEC 62133i.外部短路i.对应标准应用安全性能（电 芯、电池环境适应性能（电 芯、电池）电性能（电芯、电|池）IEC 609601.20七放电2 . -20匕放电3 .高速率放电 4.荷电保持及恢复5 .长时间心存6 .循环能力7.ESD8 .内阻2.强制放电2.IEC 60086-4 ：麓暮电：5.过放电5.6.7.i.持绫低速率充电2.外部短路1 .振动2 .机械冲击IEC 621333.4.强迫放电 高速率充电3,温度循环4.自由跌落5.过充电5 .热冲击6 .挤压7 .低气压8 .电池外壳应力印手省源獐冢JIS C 8714UL 1642 UL 2054JOHNSON对应标准应用安全性能（电 芯、电池环境适应性能（电 电性能（电芯、电 芯、电池）池）JIS C 8714.外部短路2 .强制内部短路3 .过充电保护1 .热冲击2 .挤压3 .跌落UL 16421 .外部短路1 .挤压2 .异常充电2.重锤冲击3 .强制放电3.热冲击4 .温度循环5 .机械冲击（碰撞）6 .低气压7 .振动8 .弹射1 .挤压UL 20541 .外郃短路2 .异常充电3 .滥充电4强制放电5 .限功率测试6 .元器件混升7 .重整神击8 .热冲击9 .温度循环10 .振动11 .燃烧12 .机械冲击（斑撞）13 跌落14 .250惭压15 .外壳应力16 .外壳防火其它标准电源我貌二、以电性能测试为例，常见测试电池容量测试1、电池容量总电池容量用C来表示。电池容量一般用mAh毫安时表示，ImAh电池容量表 示：以1毫安恒流电流可放电1个小时。Discharge Characteristics (by temperature)5001«15002«02M0»0©DISCHARGE CAPACITY(mAh) QJC ，出 iC X却乎沮源传，不同温度下电池放电曲线、不同放电倍率下电池放电曲线容量测试需要利用静态容量测试方法（SCT）在不同环境温度下测得电池可用容 量（包含能量）。.不同的企业和标准有在SCT测试方法存在区别，但总体思 路是类似的。.例：在常温（25）环境下采用电池厂商规定方式满充，再在 被测环境下充分搁置后采用1C倍率放电至截止电压（2.5V）,记录释放的容量JOHNSONTM（能量）。.实际实验中可连续重复测试3次取均值以提高准确性。.容量测 试Output：温度与容量（能量）关系表。.以容量C为X轴，以电压V为Y 轴。.不同温度下1C放电截止在X轴上的点为容量与温度的关系。测试解决方案传统方式用电源和负载分别进行充放电测试，艾德克斯用一台双向电源即可实 现知乎电源破家二、电池DCIR/ACIR测试（内阻）随着电池容量状态的减小，电池内阻增大。电池的内阻与其容量有着密切的关 系，电池内阻的增加是电池性能恶化的重要标志。国际金融电信系统电源技术年会的研究发展成果进行显示，如果一个蓄电池的 内阻超过正常值25%,该容量已降低到其标称数据容量的80%左右，如果没有 蓄电池内阻超过正常值的50%,该蓄电池市场容量已降低到其标称容量的80% 以下，需及时发现更换。为什么要测试电池内阻：1、因电池的容量越大，内阻就越小，因此可以根据内阻大小粗略判断电池容 量。2、电池老化和失效后突出的表现为内阻增大，因此测试电池内阻就可以快速 判断出电池的老化程度。3、电池组维护过程中，需要经常测试各电池单元的内阻，以便把内阻增大的 单元挑出来，换个好的。电池内阻的交流测量法电池的实际等效电路较复杂。 电池的交流等效电路表明，在交流信号的条件下，一个电池的外部特性可以看 成电动势E、内电阻R和电容C三者相串联。JOHNSONTMDC1R：直流电阻。（直流内阻一般是给个比较大的电流，理论上时间越短，电 流越大，测试的越准确，主要考虑到电化学阻抗，与整个电化学体系有关。）ACTR：交流电阻。（交流内阻就是静态下电池的内阻，一般给个微小的交流扰 动，通过一系列设备的算法计算出来，与物理焊接的强度，电池壳和盖子的接 触等等有关系）.DCIR是在特定的载荷亮和放电电流下的直流电阻。1 .ACIR通常使用IK Hz的交流电源，采用四线制方法量测，其值包含了电池电 阻和反向电容值，公式为impedance=R - j/（w * C）,称为交流阻抗。一般 来说电池的交流阻抗要小于直流电阻。测试难点：a.内阻不是一个固定的数值b.内阻无法用一般的方法进行精确测量。c.测试仪器的元件误差及测试用的电池连接线问题。d. 2015年发布的锂离子电池行业规范条件中要求：对于多芯电池组成的电 池，应具有开路电压和内阻在线检测能力，检测精度分别为ImV和ImC。ACIR测试解决方案IT5100系列电池内阻测试仪 3段电压量程、7段电阻量程的手动或自动测试电压测量范围:10 u V'lOOOV 电阻测量范围：150uQ3000Q同时测量电阻、电压，速度高达125次/秒 支持统计运算，通过USB存储数据 比较器功能JOHNSONp-o-p 池电仪 列试 卷二隈供在/离线两种测试反映出整个寿命周期中内部单体电芯 内阻所呈现的动态变化可同时监控272个单底曦电源砖家DC1R测试解决方案电池组应用（如动力电池），不能或不方便进行交流内阻的测量，一般通过直 流内阻来评价电池组的特性。直流放电法是一种接近于蓄电池工作方式的测试方法。直流内阻利用两次不同 加载电流之电流差和电压差来计算DCIR三、循环寿命测试循环寿命测试的重要性： 电池寿命是衡量电池性能的一个重要参数。 在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前，电池所能承受的循环 次数，称为电池的循环寿命。 随着充放电次数的增加，由于内部氧化引起的内部电阻增加，会使得电池不能 释放已存储的电量，电池的寿命逐渐终止。 电池的循环寿命受放电倍率，温度及充放电截止电压等因素的影响。JOHNSONTM1 .国标如是规定理蚯电池的循环寿命测试条件及要求：在25度室温条件下以恒流恒压方式1C的充电制度充电150分 钟，以恒流1C的放电制度放电到2.75V截止为一次循环。当有一 次放电时间小于36分钟时试验结束，循环次数必须大于前“次。2.IEC规定迪也标准循环寿命测试为：电池以0.2C放至3.0V之后，1C恒流恒压充电到4.2V截止电流 20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V（一个循环）反复循环500次 后容量应在初容量的60%以上。/J“氾原”笏3.1 EC规定银镉助力电池和银氢电池标准循环寿命测试为：电池以0.2C放至1.0V之后1. 以0.1 C充电16小时，再以0.2C放电2小时30分（一个循环）.2. 0.25C充电3小时10分，以0.25C放电2小时20分（2-48个循 环）.3. 0.25C充电3小时10分以0.25C放至1.0V（第49循环）4. 0.1 C充电16小时，搁置1小时。2c放电至1.0V（第50个循环） 对锲氢电池重复a-d共400个循环后，其0.2C放电时间应大于3小时 对镶镉电池重复1-4共500个循环，其0.2C放电时间应大于3小 时.BYD内部也采用1C循环寿命测试方法即额定放电后将电池以 1C充电80分钟，采用-V=20mV/支控制充电终点1C放电至1.0V后 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上。为于Qe能弓了四、SOC测试SOC的定义SOC（State ofcharge）,即荷电状态，用来反映电池的剩余容量,其数值上定义 为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为01,当SOC=O 时表示电池放电完全，当S0O1时表示电池完全充满。当SOC=1时表示电池完全充满。JOHNSONTM电池soc不能直接测量，只能通过电池端电压、充放电电流及内阻等参数来估 算其大小。而这些参数还会受到电池老化、环境温度变化及汽车行驶状态等多 种不确定因素的影响，因此准确的SOC估计已成为电动汽车发展中亟待解决的 问题。SOC主要估算方法已经为大家熟知的算法有开路电压法，安时积分法和内阻法。新近被研究较多 的方法包括卡尔曼滤波法、神经网络法等。新的方法正在不断涌现，只是多数 都在研究讨论阶段，实际应用中的算法仍然以旧方法为主。开路电压法锂电池的开路电压与电池的荷电量有明确单调的对应关系，只要获得准确的开 致电压就可以推算出电池电量。儿款电芯的开路电压与SOC对应曲线如下图所 不0估算策略优点缺点放电实验法准确、可靠须中断，时间长安时计量法计算简单不够准确开路电压法在数值上接近电池电动势需长时间静置线性模型法模型简单不够准确内阻法与SOC关系密切测量困难"尔曼滤波法适合非线性模型需准确的模型算法神经网络法精度比较高需大量训地殷搀电原货款五、HPPC测试HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization)测试的目的是确定电池包在电 流脉冲工况中的动态功率能力，包括电池包10秒充电功率与10秒放电功率等 等。HPPC测试的目的是每隔10%S0C确定电池包的10秒放电功率与10秒充电功 率。测试过程的脉冲曲线如下图标所示，充电电流为正，放电电流为HPPC测试方法Time Increment (s)Cumulative Time (s)Relative Cunents10101.00405001060075知乎电源好空HPPC测试是由多组电流脉冲测试组成的，每组电流脉冲测试的SOC相差10%o 在电池进入电化学与热平衡后才允许进入下一组测试，一般间隔1小时时间。 具体测试过程如下：a）按照制造商推荐的方式将电池充满b）静置1小时时间c）恒流脉冲测试d）放电 10%S0Ce）静置1小时时间JOHNSONJOHNSONTM1.25DISCHARGEREGEN0.750.50.250-0.250.5-0.75°10203040池子即甩源百济0Time In Profile （s）f）重复c）e）直至电池电量消耗90% （或者是制造商规定的最大放电范围） 测试过程中电流的选择依赖于电池制造商提供的BSF （Battery Size I；