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锂离子电池电压、容量、内阻及脉冲的测试步骤

时间:2014-11-17 16:27:02来源:本站原创浏览次数:
    为了深入了解锂离子电池的特性,本文选用磷酸铁锂电池进行一系列的试验。磷酸铁锂电池目前被认为是性能最好的锂离子电池,应用领域很广泛。实验中采用3.2V/12.5Ah单体锂离子电池,其具体的参数在下表1中列出。该型号磷酸铁锂电池属于动力电池,主要用于电动工具和储能电源领域,由于它可以在复杂工况下使用,作为锂离子电池的一种,比较具有代表性。
表1 电池常规指标
名称 规格
电池种类 动力型锂离子电池
标称容量 12.5Ah
标称电压 3.2V
重量 353g±0.05v
最大充电电流 2C(连续)4C(10s)
充电电压 3.65V±0.5v
最大放电电流 4C(连续)6C(30s)
放电终止电压 2.0V
充电温度 0~45℃
放电温度 -20~60℃;

测试系统的组成

    锂离子电池特性的测试是基于电池测试平台实现的。电池测试的主要目的是为了更加全面的了解电池的性能并进行量化,为电池特性的研究建立数据支持和理论依据。
电池测试平台如图2所示,所用设备有:磷酸铁锂电池、Digatron自动充放电测试设备和上位机。Digatron自动充放电测试设备对电池进行充放电工况试验;上位机与Digatron自动充放电测试设备进行通信,设定设备的工作工况,并记录时间、电压、电流等数据,然后对所采集到的数据进行处理和分析。本文的电池测试均在室温环境下完成。
图2 电池测试平台
图2 电池测试平台

    在充放电过程中,电池的工作电流大小常用充放电倍率来表示,在数值上等于该电池额定容量的倍数,其单位为倍率,以C表示。为确保电池充满,对充满制度做如下规定:先恒流(1/3C)充电至3.65V,再以3.65V进行恒压充电至电流小于0.033C后10min即停止充电,静置1h。

    本文设计的电池实验参照国家行业标准QC/T743-2006[5],具体实验内容如下: 

容量测试

为测量锂离子电池在不同放电倍率下的实际容量,测试的放电倍率分别控制为I={0.2C,0.5C,1.0C,1.5C,2.0C},每次测试按照如下五个步骤进行:
步骤一、将电池充满 
步骤二、静置1h
步骤三、以I为放电倍率进行放电。当电池电压达到2.0V时停止放电
步骤四、 静置1h
步骤五、 测试结束,将电池以0.02C的小电流放空
 

开路电压特性测试

为测试锂离子电池在放电过程和充电过程情况下不同剩余容量电动势,测试分为放电过程和充电过程,放电过程的测试按如下步骤进行:
步骤一、将电池充满 
步骤二、静置1h
步骤三、以1/3C的放电倍率对电池进行恒流放电,放电18min;若18min内电池电压低于2.0V 时,进入步骤五,否则进入步骤四;
步骤四、 静置1h,之后返回步骤三
步骤五、 测试结束,将电池以0.02C的小电流放空  
 
充电过程的测试如下:
步骤一、将电池放空 
步骤二、静置1h
步骤三、以1/3C的放电倍率对电池进行恒流放电,充电18min;若18min内电池电压高于3.6V 时,进入步骤五,否则进入步骤四;
步骤四、 静置1h,之后返回步骤三
步骤五、 测试结束,将电池充满
 

电池内阻测试

为测试锂离子电池在不同放电深度下的直流内阻,采用脉冲充、放电的方法得到锂离子电池不同的荷电状态,然后在不同荷电状态下应用电池内阻测试仪精确测试锂离子电池的内阻,脉冲放电测试按照如下步骤进行: 
步骤一、将电池放空 
步骤二、静置1h
步骤三、以1/2C的放电倍率对电池进行恒流放电,放电12min;若12min内电池电压低于2.0V 时,进入步骤五,否则进入步骤四;
步骤四、 静置5min,之后返回步骤三
步骤五、 测试结束,将电池以0.02C的小电流放空  

脉冲充电测试按照如下步骤进行:
步骤一、将电池放空 
步骤二、静置1h
步骤三、以1/2C的放电倍率对电池进行恒流充电,充电12min;若12min内电池电压高于3.65V 时,进入步骤五,否则进入步骤四;
步骤四、 静置5min,之后返回步骤三
步骤五、 测试结束,将电池充满

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