TSP-2000-BAT，电池综合特性分析软件（汽车电子解决方案）

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 University 的 Jeff 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。

                           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