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【鼎陽硬件智庫原創︱測試測量 】電子負載電池測試

2020-04-15
作者:陳濱慰 鼎陽硬件設計與測試智庫專家組成員
來源:鼎陽科技

1.   前言

電池是一種儲能介質,用途極其廣泛,所有便攜式電子設備均需配備電池。從大家日常生活離不開的手機、穿戴設備到航空航天以及火爆的新能源汽車都離不開電池。根據設備的用途配備不同容量的電池。那工程師們是如何評估電池質量的呢。

電池的參數很多 ,如電池的標稱電壓、電池容量、最大輸出功率、最大電流等等,而大部分消費者最關心的也許是電池容量。電池容量是指在一定條件下(放電率、溫度、終止電壓等)電池放出的電量,通常以安培?小時為單位(簡稱A?H)表示。

2.   電池容量測試

電子負載的原理是控制內部功率MOSFET或晶體管的導通量(量占空比大小),依靠功率管的耗散功率消耗電能的設備。它能夠準確檢測出負載電壓,精確調整負載電流。因此電子負載是測試電池的良好工具。現在我們使用鼎陽科技的一款SDL1030X進行電池測試,來展示如何進行電池測試。SDL1030X是一款分辨率0.1mV/0.1mA,基本電壓電流精度可達0.05%,功率可達300W的電子負載。本次測試的電池為電壓7.4V、容量為5000mAh的鋰電池。

2.1 線纜連接

         將電池的正負極直接接入到電子負載的輸入端,如下圖1 所示。在接入電子負載時需要注意以下幾個方面:

A、必須保證電池和電子負載的正負極正確連接。

B、使用的線纜必須滿足大電流且接口牢固,連接緊密。

C、當大電流(比如大于5A)且線纜又比較長時,需要考慮線損。因為導線存在阻抗,在大電流下,會產生壓降從而導致負載測量的電壓偏低。為了消除這種誤差,需要使用電子負載的遠端補償功能(Sense功能)來消除電壓誤差,如下圖2所示,遠端補償功能的原理是Sense端子直接檢測被測設備的輸出端,當線損電壓不可忽略時,自動補償線損壓降,保證被測設備輸出電壓與負載所獲得的輸入電壓一致)。本次測試的電池額定電流為2A且測試線纜只有20cm,故無需使用遠端補償功能。

圖1-測試連接實物圖.jpg

圖1 測試連接實物圖

圖2-Sence遠端補償連接圖.jpg

圖2 Sense遠端補償連接圖 

2.2 設置停止條件

使用電池測試模式測試電池時,可以選擇CC、CP、CR模式對電池進行放電測試。當選定放電模式時,同時需要設置電池放電的停止條件。停止條件有:終止電壓、放電容量和放電時間。當三者中任意一種條件滿足時,電池放電測試停止,負載自動停止拉載。使用者也可以選擇其中之一或者兩種條件作為終止判定條件,其它不需要的條件設置為“OFF”。

本次測試選定為CC模式下的“電壓”為終止測試條件。以下為設置步驟

A、進入電池測試模式。按“Shift”+“CV”,并選擇“Battery”測試。圖3所示。

圖3-進入電池測試模式.jpg

圖3 進入電池測試模式

B、CC模式及參數設置。在電池測試界面的1/2 頁,把“功能”設置到CC模式,同時把電流量程設置為5A,電壓量程為36V,放電電流為2A;如圖4。

圖4-CC模式及參數設置.jpg

圖4 CC模式及參數設置

C、終止條件參數設置。在電池測試界面的2/2 頁,可以設置“終止電壓”“、“放電容量”和“放電時間”。由于本次測試只測試終止電壓這單一測試條件,終止電壓為6V(根據電池規格書,低于6V電池將無法正常供電)因此“放電容量”和“放電時間”均設置為“OFF”;如圖5。

圖5-終止條件參數設置.jpg

圖5 終止條件參數設置

2.3 開始測試

2.3.1啟動測試

參數設置及線纜連接完畢并確認無誤后,按下SDL1030X前面板的“ON/OFF ”按鍵,啟動測試。啟動測試后,SDL1030X將以設定的額定電流持續消耗電池的電能。

2.3.2 趨勢圖顯示

在測試過程中,我們可以按下前面板的Display 按鍵,進入趨勢圖界面,查看被測信號的趨勢,如圖6所示。電子負載顯示的是實測電流隨時間的變化趨勢。再次按下Display,則退出波形顯示界面,并返回電池測試功能的主界面。

圖6-放電電流趨勢圖.jpg

圖6 放電電流趨勢圖

2.4 測試結束

在SDL1030X持續的消耗電能過程中,電池的電壓將會緩慢下降,當電壓降至設置的6V電壓后,電子負載將停止拉載并結束測試,彈出“電池放電測試完成!”的提示框。如圖7所示。

圖7-結束提醒.jpg

圖7 結束提醒

3.   測試結果

下圖8為測試結束后的截圖。從圖中可以看到,在負載拉載后電池空載,電壓反而又升級到了7.1389V,但此時的電池已經沒有負載能力。

圖8-測試結束.jpg

圖8 測試結束

我們把測試結果和電池標稱參數制作成一個表格。

微信截圖_20200415144032.png

表1 電池標稱參數測試結果

從表格上看,此次測試的電池在2A電流下持續放電,電壓下降到6V時,耗時1小時57分36秒。容量為3920mA。經計算此塊電池容量為最大容量的78.4%

由于電池在使用過程中,容量會逐漸衰減而此塊電池使用時間已經超過1年半,從結果看還不錯。

4.   結束

此次我們只是介紹電子負載多種測試電池方法中的一種,電子負載不但可以設置終止電壓,還可以設置放電容量及放電時間對電池進行評估。除此之外還可以設置CP和CR模式對其進行評估。為充分了解電池性能應多方位多角度進行評估。

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2002年,鼎陽科技創始人開始專注于示波器研發,2005年成功研制出第一款數字示波器。歷經多年發展,鼎陽產品已擴展到數字示波器、手持示波表、函數/任意波形發生器、頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、臺式萬用表、射頻信號源、直流電源、電子負載等基礎測試測量儀器產品。2007年,鼎陽與高端示波器領導者美國力科建立了全球戰略合作伙伴關系。2011年,鼎陽發展成為中國銷量領先的數字示波器制造商。2014年,鼎陽發布了帶寬高達1GHz的中國首款智能示波器SDS3000系列,引領實驗室功能示波器向智能示波器過渡的趨勢。2017年,鼎陽發布了多項參數突破國內技術瓶頸的SDG6000X系列脈沖/任意波形發生器。2018年,鼎陽推出了旗艦版高端示波器SDS5000X系列;同年發布國內第一款集頻譜分析儀和矢量網絡分析儀于一體的產品SVA1000X。目前,鼎陽已經在美國克利夫蘭和德國漢堡成立子公司,產品遠銷全球70多個國家,SIGLENT已經成為全球知名的測試測量儀器品牌。

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