动力电池充放电实验

动力电池充放电实验议题动力电池充放电实验操作及过程5动力电池充放电实验目的及设备4动力电池放电制度1动力电池充放电实验标准（以单体电池为例）3动力电池的充放电性能（以锂离子电池为例）2动力电池放电制度•放电制度就是电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电速率(电流)、终止电压和温度等。•（1）放电电流•放电电流是指电池放电时的电流大小•放电电流的大小直接影响到电池的各项性能指标，因此，介绍电池的容量或能量时，必须说明放电电流的大小，指出放电的条件。•放电电流通常用放电率表示，放电率是指电池放电时的速率，有时率或倍率两种表示形式。动力电池放电制度•时率是以放电时间(h)表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的时间(h)，常用C/n来表示，其中，C为额定容量，n为一定的放电电流。•时率也叫做小时率，例如，电池的额定容量为50A·h，以5A电流放电，则时率为50A·h/5A=10h，称电池以10小时率放电。•从计算方法可见，放电率所表示的时间越短，所用的放电电流越大；放电率所表示的时间越长，所用的放电电流越小。动力电池放电制度•倍率实际上是指电池在规定的时间内放出其额定容量所输出的电流值它在数值上等于额定容量的倍数。•例如，3倍率(3C)放电，其表示放电电流的数值是额定容量数值的3倍，若电池的容量为15A·h，那么放电电流应为3×15=45A•习惯上称放电率在1/3C以下为低倍率，1/3C～3C为中倍率，3C以上则为高倍率。动力电池放电制度•2）放电终止电压•终止电压值与电池材料直接相关，并受到电池结构、放电率、环境温度等多种因素影响。•一般来说，由于低温大电流放电时，电极的极化大，活性物质不能充分利用，电池的电压下降较快。•低温或大电流(高倍率)放电时，终止电压可规定得低些。•小电流放电时，电极的极化小，活性物质能够得到充分利用，终止电压可规定得高些。动力电池充放电性能检测设备•电池充放电性能检测是最基本的性能检测，一般由充放电单元和控制程序单元组成，可以通过计算机远程控制动力电池恒压、恒流或设定功率曲线进行充放电。•通过电压、电流、温度传感器可进行相应的参数测量以及实现动力电池容量、能量、电池组一致性等评价参数。动力电池充放电性能检测设备•一般试验设备按照功率和电压等级分类，来适应于不同电压等级和功率等级的动力电池及电池组性能测试需要•例如，通用的电池单体测试设备，一般选择工作电压范围0~5V，工作电流范围0~100A，可满足多数车辆用动力电池基本性能测试的基本要求。对于大功率电池组的基本性能测试，电压范围需要根据电池组的电压范围进行选择，常用的通用测试设备要求在电压范围0~500V，功率上限在150~200kW。锂离子动力电池的充放电性能•1.充放电特性•锂离子电池充电从安全、可靠及兼顾充电效率等方面考虑，通常采用两段式充电方法。第一阶段为恒流限压，第二阶段为恒压限流。锂离子电池充电的最高限压值根据正极材料不同而有一定的差别。锂离子电池基本充放电电压曲线如图5-7所示。图中曲线采用的充放电电流均为0.3C。锂离子电池基本充放电电压曲线锂离子动力电池的充放电性能•锂离子电池放电在中前期电压稳定，下降缓慢，但在放电后期电压下降迅速。在此阶段必须进行有效控制，防止电池过放电，避免对电池造成不可逆性损害。对于不同的锂离子电池，区别主要有两点：•①第一阶段恒流值，根据电池正极材料和制造工艺不同，最佳值存在一定的差别。一般采用电流范围为0.2～0.3C。•②不同锂离子电池在恒流时间上存在很大的差别，恒流可充入容量占总体容量的比例也存在很大差别。锂离子动力电池的充放电性能•(1)充电特性的影响因素•1)充电电流对充电特性的影响。•额定容量100A·h，SOC=40％，恒温20℃不同充电率充电，参数结果:电流/A恒流时间/s充入容量/A·h充入能量W/h充入30A·h时间/s充入30A·h电流/A20/(0.2C)390021.6790.85576314.2430/(0.3C)242020.1784.93475415.5340/(0.4C)7298.1134.482452813.8750/(0.5C)7009.841.68394014.9460/(0.6C)2373.9716.96321216.1680/(0.8C)320.743.133312914.15图5-8锂离子电池充电曲线锂离子动力电池的充放电性能•在实际电池组应用中，可以以锂离子电池允许的最大充电电流充电，达到限压后，进行恒压充电，这样在减少充电时间的基础上，也保证了充电的安全性。•对充电过程进行综合考虑，由于充电电流与内阻能耗成平方关系，是影响内阻能耗的主要因素，所以充电电流大的内阻能耗大。在实际电池应用中，应综合考虑充电时间和效率，选择适中的充电电流。锂离子动力电池的充放电性能•2)放电深度对充电特性的影响。恒温20℃，额定容量100A·h，不同SOC，0.3C恒流限压充电结果：放电充电等容量充入能量/W·h充电时间/min恒流时间/min恒流充电容量/A·h单位容量平均充电时间/min等容量充电放电效率容量/A·h能量/W·h容量/A·h能量/W·h1032.8513.3257.4043.105831.55.80.7622065.1222.7898.3286.3211963.05.950.7543095.8630.91133.10129.20151126.05.030.74240122.0340.12169.60164.98171189.04.280.74050159.0750.32220.52214.472183417.04.360.74260188.3360.08263.39260.992524522.54.200.72280249.7680.35344.4342.903187235.673.980.728图5-9锂离子20℃，0.3C恒流锂离子电池充电曲线表5-2不同放电深度充电试验参数锂离子动力电池的充放电性能•结论：•①随放电深度增加，充电所需时间增加，但平均每单位容量所需的充电时间减少，即充电时间的增加同放电深度不成正比增加。•②随放电深度增加，恒流充电时间所占总充电时间比例增加，恒流充电容量占所需充人容量的比重增加。•③随放电深度增加，等安时充放电效率有所降低，但降低幅度不大。锂离子动力电池的充放电性能•3)充电温度对充电特性的影响•不同环境温度，额定容量200Ah，恒流限压充电，充电电流下限为1A的充电结果：•随环境温度降低，电池的可充入容量明显降低，而充电时间明显增加。锂离子动力电池的充放电性能•(2)放电特性影响因素•在放电特性方面，主要讨论不同环境温度下，不同放电率对锂离子电池放电特性的影响。•额定容量200A·h，环境温度20℃，将电池充满电，分别在-20℃，0℃，20℃下放电，结果如下：锂离子动力电池的充放电性能•在同一温度，同样的放电终止电压下，不同的放电结束电流，可放出的容量和能量有一定的差别。电流越小，可放出容量越多锂离子动力电池的充放电性能•2.安全性•锂离子电池在过充、过放等滥用情况下，其内部的活性物及电解液等组分间将发生化学、电化学反应，产生大量的热量与气体，使得电池内部压力一定程度可能导致电池着火，甚至爆炸。•因此在条件允许的情况下，可进行动力电池过充、过放实验，但是一定要确保安全锂离子动力电池的充放电实验标准•标准充电方法–电池在（20±5）℃条件下以1I3（A）电流恒流充电，至电池电压达到4.2V时转恒压充电，至充电电流降至0.1I3时停止充电。•过放电试验–电池在（20±5）℃条件下以1I3（A）电流恒流充电，至电池电压达到4.2V时转恒压充电，至充电电流降至0.1I3时停止充电。静置1h，在（20±5）℃条件下以1I3（A）电流恒流放电，至电池电压达到0V时，电池应不漏液、不起火和不爆炸。锂离子动力电池的充放电实验标准•过充电试验•电池按上述方法放电后，可按以下两种充电方式进行试验。–以3I3（A）电流充电，至蓄电池电压达到5V或充电时间达到90分钟（任何一个条件先达到即可停止充电）–以9I3（A）电流充电，至蓄电池电压达到10V或充电时间达到90分钟（任何一个条件先达到即可停充），电池应不漏液、不起火和不爆炸动力电池充放电实验目的及设备•一、实验目的•1.掌握动力电池充放电检测设备的功能和使用方法；•2.掌握动力电池充放电性能检测流程及数据处理方法。•二、实验设备•1.HT-VCD系列动力电池充放电实验装置；•2.单体电池信号采集线缆转接箱；•3.动力电池组（含电池管理系统）；•4.上位机电脑。•5.万用表等工具若干•6.绝缘扳手、绝缘手套等护具若干。动力电池充放电实验目的及设备充放电实验装置绝缘手套动力电池组转接箱数据采集线缆温度测试线充放电主回路线缆绝缘扳手动力电池充放电实验操作及过程•一、实验前准备•1.按要求将动力电池组连接到动力电池测试装置•2.将动力电池测试装置通电，打开设备总开关•3.将动力电池测试装置连接到上位机电脑•4.在上位机打开动力电池充放电上位机软件•二、实验操作及实验过程•1.COM口连接：关闭计算机和设备电源，通讯电缆一端与设备的串行输出口相连，另一端连接一个RS232-RS485的转换接口，然后与计算机的某个串行通讯口相连，若有不止一台设备，通讯电缆采用并接的方式相连，然后再与计算机相连。•2.网线连接：关闭计算机和设备电源，用网线将设备和交换机连接，再接到计算机。•3.通讯调试：打开计算机和设备的电源，进入WINDOWS操作系统，按以下步骤操作：•（1）单击[开始]→[程序]→HT-VCD，或者直接在电脑桌面上双击控制软件图标，进入测控软件主界面。•（2）初始设置。单击[主要设置]→[初始设置]→[通讯设置]，选择好与设备连接的通讯端口或者设置电脑IP。如果是首次安装并第一次运行本程序或重新安装后第一次运行本程序，在操作设备前必须进行初始设置。如果不是这两种情况，可以跳过此步骤。但如果通讯端口改变或者被占用，会提示“通讯端口已被占用，请重新设置”，确定后自动进入初始设置的通讯设置窗口，根据实际修改通讯端口。•初始化通讯参数、设备型号参数、颜色设置、打印设置、用户信息等。•（3）单击[柜号参数]，选择好柜参数后，点击中间的“参数拷贝”按钮把设置拷贝至所有通道。如果有多于1个相同型号的检测柜，可以利用参数拷贝把柜号参数拷贝到其它柜号，并点击“现有柜号”中相应的列表项，如果型号不同，则在“柜号”下拉框中单击某柜号，选择设备名称并按回车键。单击[确定]，再单击[确定]，退出程序使通讯及柜号参数生效。•（4）重新打开本程序，[主要设置]—[跟踪巡检设置]，确保正在联机的柜号处于被选中状态（打√），按[确定]后，单击[控制部分]—[联机]，计算机将读所有巡检柜号的工作状态，如果某柜通讯不成功，将提示“未联机”，此时需要检查通讯通道，排除存在的问题。网络模式下，可打开电脑“开始”菜单下的“运行”命令，输入ping命令，检测电脑与设备网络的接通情况，（例如：ping192.168.1.1），如果网络通讯正常将会看到replyfrom设备IP。如果一台电脑带多台设备，则必须设置跟踪柜号和巡检柜号。•（5）如果通讯正常，在电池检测窗口显示的每个通道都是在复位状态。•（6）启动工作，设定每通道的工作参数并发送到下位机。进入工步设置窗口，如下图，窗口状态已被锁定，无法更改，需要点击左上角的选项开锁，才能对流程进行修改。每台设备分若干个通道，每通道独立控制，可以设置完全独立的工作流程和数据文件。每种工作状态称为一个“工步”。启动工作后，该通道就会按照工步顺序进行充放电检测，直至结束。•可选的工步状态包括恒流恒压充电、恒流充电、搁置、恒流放电、直流内阻测试、恒功率充电、恒功率放电、恒阻值放电、脉冲充电、脉冲放电、脉冲搁置、循环和结束。每个工作流程可以设置最多64或者75个工步。在设备工作的时候，也可在不复位的情况下修改工步参数再次发送（特殊要求的软件版本除外），以在【历史记录】里的【设定