动力电池充放电实验

动力电池充放电实验
议题
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动力电池放电制度 动力电池的充放电性能（以锂离子电池为例）
动力电池充放电实验标准（以单体电池为例） 动力电池充放电实验目的及设备
动力电池充放电实验操作及过程
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。
• 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。
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。
充电 容 量 /A· h 13.32 22.78 30.91 40.12 50.32 60.08 80.35
能 量 /W· h 57.40 98.32 133.10 169.60 220.52 263.39 344.4
等容量 充入能 量/W· h 43.10 86.32 129.20 164.98 214.47 260.99 342.90
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
• （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：ping 192.168.1.1），如果网络通讯正常将会看到reply from 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。
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。
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
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。
动力电池充放电实验目的及设备
充放电实验装置
充放电主回路线 缆
数据采集线缆 转接箱 动力电池组 温度测试线 绝缘手套
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RS232RS485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。
• 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。
50/(0.5C) 700
60/(0.6C) 237 80/(0.8C) 32
9.8
3.97 0.74
41.68
16.96 3.133
3940
3212 3129
14.94
16.16 14.15
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 容 量 /A· h 10 20 30 40 50 60 80
能 量 /W· h 32.85 65.12 95.86 122.03 159.07 188.33 249.76
• 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 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，1/3 C～3C为中倍 率，3C以上则为高倍率。
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5 V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10 V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。
充 电 时 恒流 恒 流 充 间/min 时间 电 容 量 /min /A· h 58 3 1.5 119 6 3.0 151 12 6.0 171 18 9.0 218 34 17.0 252 45 22.5 318 72 35.67
单位容量 平均充电 时间/min 5.8 5.95 5.03 4.28 4.36 4.20 3.98