电池测试方法

从基本电压到电化学阻抗谱

从2013到2020年,专家预测锂离子电池需求增加3.7倍。这种越来越多的电池依赖需要诊断的进步,以观察容量损失以保持可靠性随着容量下降,识别异常以防止灾难性故障,并且当电池淡入设定容量阈值时预测电池寿命的结束。

电池就像一个无法测量的生物体,只能根据现有的症状进行不同程度的估计。这模拟了医生通过多次检查和应用淘汰法则来检查病人。电池的快速检测方法一直落后于其他技术;测试异常值时的复杂性和不确定结果是延迟的原因。

Cadex实现了电池诊断的重要性,并在快速测试技术方面取得了显着的进步。这些发展形成了构建块诊断电池管理(DBM),这是创新公司在电池护理和维护方面所追求的新方向。DBM不是发明另一种新的超级电池,而是通过监测容量(领先的健康指标)和其他参数来确保当前电池系统的可靠性。

容量代表能量储存,内阻涉及电流输送,自放电反映机械完整性。所有这三个性质必须满足合格的电池。除了这些静态特性,电池还有不同的荷电状态(SoC)和影响电池性能的动态特性,使快速测试变得复杂。

发达的电池测试技术必须识别所有的电池状况,并提供可靠的结果,即使充电很低。这是一个苛刻的要求,因为一个良好的电池,只有部分充电的行为类似于一个褪色的电池组,充满电。

测试方法从电压读数,到用脉冲或交流阻抗法测量内电阻,到库仑计数,再到用电化学阻抗谱(EIS)对化学电池进行快照。通过破译化学电池的容量估计比通过库仑计数的数字监测更复杂。深入研究化学电池需要用到专有算法和矩阵,它们的功能就像查找表格,类似于字母或人脸识别。

电压和内阻与容量无关,不能有效预测电池寿命的结束,特别是锂离子和铅酸系统。真相就在化学电池里。单独的数字测量可能会失败,因为没有表现出化学症状。

以下是最常见的电池测试方法:

电压 电池电压反映了在开路条件下的荷电状态。仅靠电压无法估计电池的健康状态(SoH)。
电阻测试 测量内阻识别高时腐蚀和机械缺陷。虽然这些异常表示电池寿命的结束,但它们通常不会与低容量相关联。欧姆试验也称为阻抗测试。
完整的循环 一个完整的循环由充电/放电/充电组成,读取化学电池的容量。这提供了最准确的读数和校准智能电池,以纠正跟踪错误,但服务是耗时和造成压力。
快速测试 常见的测试方法包括通过用脉冲激活电池来观察Li离子的离子流量,通过扫描具有多个频率的电池来观察Li离子的离子流量的时域。高级快速测试技术要求复杂的软件,具有特定于电池的参数和矩阵作为查找表。
百时美施贵宝 大多数电池管理系统通过监控电压,电流和温度来估计SOC。锂离子的BMS也计算库仑。
库仑数 智能电池的Full Charge Capacity (FCC)提供了与SoH相关的库仑计数。FCC读数是即时的,但数据会随着使用而变得不准确,电池需要一个完整的周期校准。
Read-and-Charge 带RAC技术的充电器用专有过滤算法读取电池SOC,然后计算库仑以填充电池。RAC需要每个电池型号的校准;循环一个好的包提供了存储在电池适配器中的此参数。RAC技术是一种CADEX开发。
soli. 生活状态指示器通过计算电池在其生命中提供的总库算法来估计电池寿命。新电池以100%开始;交付的库仑减少了数量,直到分配花费并且迫在眉睫的电池更换。通过基于制造商的规范(V,AH)计算1个周期的库仑计数来设置全尺度,然后通过将数字乘以给定的周期计数来计算。由Cadex开发,Soli可用于轮椅,医疗设备,牵引力和UPS,在新建或添加为改装时安装。无线连接提供舰队管理。


只有在出现明显症状时才可能得到可靠的结果。这并不总是可能的,特别是未格式化的铅酸电池或已存储的电池组。良好的电池拉式服务通常提供可靠的症状和良好的准确性;弱电池的读数可能与不一致的结果混淆。如果症状模糊或不存在,可靠的测量是不可能的,这就是电池变成土豆的情况。这愚弄了系统,电池成了局外人。成熟的快速测试方法能正确预测10个电池中的9个。EIS具有进一步发展并超越其他技术的潜力。

表1总结了具有最常用电池系统的测试程序。铅酸和锂离子份额在正常情况下保持低阻的公共性。例外是加热失效和机械故障,以提高内部电阻和电池更换。镍镉和镍 - 金属 - 氢化物,以及部分电池,露出寿命结束。

普通电池化学的电池测试方法
表1:普通电池化学物质的电池测试方法。铅酸和锂离子在正常条件下通过保持低电阻共享社区;镍基电池和原电池由于内阻升高而报废。


在99%的充电效率下,Li-Ion最适合数字电池估计。这通过支持Coulomb计数能力估计来帮助BMS设计。虽然读数是即时的,但需要偶尔校准来纠正随机电池使用情况发生的跟踪错误。相比之下,基于镍的电池具有低电荷效率和高自放电,缺乏数字跟踪。在适当的条件和中等温度下,铅酸电池具有合理有效,但不足以使用库仑计数有效。

寒冷的温度降低了所有电池的效率,并影响快速测试。尽管电池可以在低于冰点下起作用,但通过降低电流,必须减小充电验收并必须延长充电时间。一些充电器自动执行此操作;如果不确定,请勿将锂离子电池放在冻结以下。

总结

马克吐温说:“我没有时间写一封短信,所以我写了很长的话。”努力使某些东西“短”也适用于诊断电池管理的开发。添加功能很容易,但也保持价格实惠是一项挑战。通过添加智能和简化组件的新微控制器切换到新的微控制器,可以几年前的新产品功能。但是,正如马克吐温暗示,让一些经济的需要时间。

其目标是将电池发展成为一种可靠、安全、经济高效和环境可持续的能源。这需要在后台运行的系统,其开销和额外成本都很小。其目标是充分利用每个电池,并使健康状态透明的用户和舰队监督员。这可以使意想不到的电池故障成为过去。

关于作者

betway必威菲力滨官网Isidor Buchmann是Cadex Electronics Inc.的创始人兼首席执行官,三十年来,Buchmann已经研究了可充电电池在实用,日常应用程序中的行为,已经撰写了屡获殊荣的书籍,包括畅销书籍“在便携式世界中的电池”,现在在第四版。Cadex专注于设计和制造电池充电器,分析仪和监控设备。有关电池的更多信息,请访问www.www.aqua-ms.com;产品信息已开启www.cadex.com

上次更新时间:11月20日2020年11月20日

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评论(3)

2018年6月24日6:25分
Kostas Boutopoulos.写道:

我们需要了解铅酸电池模拟。

2020年3月11日上午9:32
路加福音climo写道:

您能告诉我测试BMS和累加器电池组的通用方式吗?

2021年4月23日凌晨4点44分
尿布写道:

你能告诉我印度的电池测试实验室吗