2000-BAT
电池综合性能测试方案
泰克 TSP-2000-BAT 电池测试方案
系统背景
随着智能可穿戴设备、物联网产业的兴起,以及新能源技术的普及,作为储能单元的电池越来越受到人们的重视,可重复充电的电池已经成为生活中不可缺少的基本需求。为了增加电池容量,提升电池寿命,科学家和工程师进行了多种尝试,为电池性能提升进行着不懈的努力。
虽然材料科学一路发展,但锂离子电池性能的提升仍无法与芯片能力相媲美,电池的能量密度提升相对缓慢。为了验证不同材料电池在性能上的细微变化,电池研发和测试机构需要有更精密的测试手段,对其进行准确严格的评估。而对电池使用者来说,如何快速准确的评估不同厂家电池的性能,也是非常重要的测试需求。
TSP-2000-BAT 电池综合性能测试方案使用吉时利源表进行电池性能测试。源表的优点在于精密的四项限输出能力,以及非常高的电压电流回读精度。相比传统方案使用电源、电子负载分别进行电池的充放电,另外还需要使用额外的电压电流表进行测试,源表只需要一台设备就可以完成电池所有的直流参数测量。配合泰克方案合作伙伴提供的交流内阻测试设备,可以一次性解决用户在电池测试中遇到的多种问题,包括高精度电池容量计算,充放电曲线的绘制,电池循环充特性和老化特性测试,电池交流内阻特性等等。简化电池测试流程,提高测试精度,降低测试成本。
方案特点
1. 锂离子电池的充放电测试和数据记录:了解电池的充放电特性,记录充放电电流电压变化曲线是电池测试的基本要求。使用吉时利源表配合软件TSP-2000-BAT软件可以大幅度降低电池充放电测试的系统复杂度,一台仪器就可以完成充放电操作,并高精度记录充放电过程中的电压和电流数据,同时用图形方式进行显示。
黄色为电压变化曲线,绿色为电流曲线,蓝色为电量曲线
2. 高精度的电池容量测试:由于电池技术的发展,每次技术革新带来的能量密度和容量的提升。电极,电解质和隔膜材料的优化都会带来电池性能的微弱变化,这就需要测试手段能够高精度的表征电池容量的提升。在传统测试中,很难对电池容量进行精确计算,因为需要对充电或放电过程进行积分操作,同时还需要对电流进行高精度的连续采集,计算过程相对复杂。
2450 源表的电流测试精度最高可以达到50pA,在100mA量程下的测量精度为6uA。
SMU可以提供极高的电流测试精度,在Ah和mAh计算中,需要对充电、放电电流进行连续快速采集,并在时间轴进行积分求得电量。更高的直流精度和更快的采样速率可以提高电量计算的精准度。
泰克/吉时利源表还支持两线/四线供电功能,使用四线供电可以有效消除导线和连接夹具电阻,对电池充放电产生的影响。
四线供电连接可以消除线电阻影响,更精确的测量电池两端的实际输出电压
3. 循环充放电功能和库伦效率计算:由于电池的充、放电时间较长,电池性能测试需要花费的时间通常在几个小时。如果要进行不同倍率的循环充放电测试,或者老化测试,则需要花费更长的时间,可能长达几天甚至几周时间。因此,自动化测试手段成为必要条件,通常需要将测试数据自动读入电脑中进行后续分析,避免重复的人工劳动。
近年来很多相关领域的科学家开始用库伦效率(Coulounbic Efficiency)预测电池寿命。其中,库伦效率(CE) = 放电电量(Qdis) / 充电电量(Qch) X 100%。在单次充放电过程中,充放电电量变化极小,为了达到精确的库伦效率的测量,需要将电压和电流的测试精度提高到0.01%附近。吉时利源表超高的电压和电流测试精度,正好可以满足这一要求。
充放电电量柱状图和库伦效率曲线
4. 电池交流内阻测试功能:由于电池自身带有电压,所以不能使用传统的欧姆定律测试电池内阻。行业内定义电池内阻一般采用交流测试方法,测试电池在1KHz交流频率下的内阻阻值。由于内部化学材料的影响,电池在不同电量条件下的内阻阻值也不相同。为了了解电池在充放电过程中的内阻变化,可以使用泰克方案合作伙伴提供的LCR表进行电池交流内阻测试。
为防止充放电电流流入LCR表,在测试过程中,还需要使用特殊设计的隔直夹具,连接电池与LCR表进行测试。
电池与LCR表的连接需要通过专用隔直家具,以避免对LCR表的损伤
锂离子电池充电过程中电流、电压、电量和内阻的关系曲线
5.计算数据处理功能:在充放电过程中,有多组数据被实时记录下来,包括时间,电压,电流,电量,内阻等。在数据处理中,可以选择任意充放电周期中的任意几组数据进行显示。测量结束后,自动将测试数据保存保存为CSV文件以便后续分析。测量数据也可以重新导入软件,查看数据的图形显示。
系统配置
泰克公司:2450/2460/2461 吉时利高精度源表
第三方软件/硬件:TSP-2000-BAT - 电池综合测试软件
ECA200 - 高精度LCR表
CT8001 - 隔直测试夹具
CT8902 - 高频测试线
系统典型参数
以使用2460源表和ECA200组成的电池测试系统为例,指标如下表所示:
输出范围 | +/-200V,+/-1A,100W |
电压输出精度(200mV量程) | 最高0.015% + 200 μV |
电压测量精度(200mV量程) | 最高0.012% + 200 μV |
电流输出精度(1uA量程) | 最高0.025% + 1 nA |
电流测量精度(1uA量程) | 最高0.025% + 700 pA |
内阻测试范围 | 1mΩ - 99.999MΩ |
内阻测试精度 | ±0.1% |