TSP-2000-BAT,电池综合特性分析软件(汽车电子解决方案)

发表时间:2019-11-14 11:47作者:零式未来


高精度电池库伦效率测试方案

系统背景

    

在电池材料研发过程中,成本、能量密度和寿命是最受关注的问题。在材料科学家的不断努力下,电池行业正在逐渐克服这些问题,使电池的使用成本逐年下降。在2017 年的国际电池研讨会中,来自加拿大 Dalhousie UniversityJeff Dahn 介绍了改进化学材料后的NMC(镍锰钴三元材料锂离子电池所带来的超长电池寿命,这一技术已被特斯拉使用在电池生产中。

我们无法完全消除电池老化,但更长的电池寿命意味着更缓慢的电池衰减,电动车用户可以降低更换电池的频率,使电动车的使用成本大幅度降低。但传统方法评估电池寿命,需要高达上千次的重复充放电,以及长达几个月的漫长等待时间。

为了更快速的了解电池寿命,Jeff Dahn 提出了高精度库伦效率(CE, Couloumbic Efficiency)测试方法。它指的是电池放电容量与同循环过程中充电容量之比(CE= Discharge capacity/ Charge capacity)。因为在每一次电池充放电过程中,都会有一部分锂离子的损耗,因此电池容量会随着充放电过程逐渐减小, 也就是我们经常说到的电池老化。科学家在测试过程中发现,经过若干次充放电后,电池的 CE 值趋近于一个常数。这个数值越接近 1,说明电池在充放电过程中的衰减越小,寿命也就越长。

使用这一方法,可以取代传统充放电机上进行的寿命测试, 在短时间内就可以根据 CE 值得大小,判断电池材料或者添加剂性能的好坏,并预测电池长期寿命。越来越多的电池研发机构和企业开始熟悉并采用这一方法,用于改进电池材料配方,加速电池材料和添加剂筛选和优化。

20191114

                           横轴是充放电次数,纵轴为库伦效率值,趋近于一个常数

为了精确测量电池库伦效率,Jeff Dahn 教授开发的全球第一套高精度库伦效率测试系统中,大量使用了吉时利公司的源表和高精度测试设备,用于精确计算充、放电量。

在电池库伦效率测试中使用源表,其先天优势是仅需一台设备即可完成充、放电测试和电量测试,极大的简化了测试系统。而源表还有非常高的测量精度,可以达到 nA 甚至 pA 级,一台仪表就可以完成全部的输出和测量功能。

    

        Jeff Dahn 实验室基于吉时利源表搭建的高精度库伦效率测试系统

技术特点

●高精度库伦效率测试,高达万分之一的测量精度

●广泛的输出和测量范围,从微安到安培级输出电流, 可以满足从纽扣电池,到圆柱电池,再到软包电池的测试需求

●良好的控温精度,为电池提供稳定的温度环境,波动度小于 0.1 度,适用于高校实验室,企业研发部门和品质测试部门

●自动化测试软件,支持多通道并行测量,提高测试效率,图形化显示测试结果

●使用四线法连接源表和电池,可以消除导线电阻的影响,使测量数值更加准确


    

使用源表四线法连接电池可以提高供电和测试精度

测试功能

●常规电池充放电功能,测量并记录充放电曲线

●高精度电流,电压测量和电量计算

●用户可以根据需要设置充放电范围,充放电截止条件,采样频率,以及循环次数

●高精度库伦效率测试,记录并显示每个循环周期的电池库伦效率变化

    

       黄色为电压曲线,绿色为电流曲线,蓝色为电量曲线

    

                       18650 电池 50 周期库伦效率测试结果,波动范围小于万分之一

系统结构

●测试系统由源表,数据采集器和恒温环境槽组成, 可以根据需要同时测量的电池数量,添加或删减源表数量。

●吉时利 2450/2460/2461 源表

●DAQ6510 温度和数据采集器

●恒温环境箱

●上位机软件


    

     集成在机柜中的 CE 测试系统

系统连接示意图


    

        恒温槽和 CE 测试系统




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