便携式电池组充放电仪工作原理以及如何选择

充放电测试仪，是动力锂电池最常用的测试设备。新电池需要做配组，进行一致性筛选；电池包设计定型过程中，多个环节的测试需要进行充放电；考察电池包性能，进行工况测试需要充放电测试仪的辅助；旧电池，充放电测试健康状况；一些认证、抽查和应甲方要求进行的测试，都需要进行充放电。

1 锂电池主要参数

充放电测试设备，需要能够在充放电过程中，实时监测电池单体、模块和电池包的相关参数，这些参数包括如下内容。

容量，电池从满电状态放电至放电截止条件，总共放出来的电量，单位Ah。容量受到放电电流、环境温度等的影响比较大，因此，提起容量，必得说什么温度和什么放电电流下的容量。

荷电状态（SOC），电池当前电量与总体可用容量的比值，用百分数表示。

放电深度（DOD），电池从满电开始截止到当前，已经放出的电量与总体可用容量的比值，也用百分号表示，与SOC的关系是DOD=1-SOC；

开路电压（VOC），断开外部电路测量得到的电池两极间电压，数值上等于电池的电动势；

工作电压，接通外部回路以后，测量电池两极之间的电压，数值上等于电池电势减去电池内阻占压（以放电过程为例）；

充电截止电压，电池管理系统设置的充电过程能够达到的最高电压，到达这

个电压以后，电池管理系统要求充电过程结束。充电截止电压一般略低于电池允许的最高开路电压；

放电截止电压，放电过程允许的电池的最低电压，当放电过程触及这个数值超过一定延时时间，电池管理系统要求断开放电回路。

内阻，电池自身电化学反应的固有特性，以回路阻抗的形式表现在充放电过程中。主要由两部分构成，欧姆内阻和极化内阻。在充放电曲线上，电流加载瞬间，电池端电压的瞬间跌落是欧姆内阻带来的影响；充电截止，电流消失到端电压平稳一段时间内电压的回升则是极化电阻的影响力的体现。

2 一般充放电测试仪的功能有哪些？

1）具有恒流恒压充放电功能，可以实现自动寿命循环，自动进行标准工况或者人为设定工况的测试；循环测试，可是实现循环的嵌套；

2）具有记录实时电流、电压、温度、荷电量等相关测试数据和故障数据的功能；

3）可以设置不同充放电终止条件，总电压、单体电压、电池荷电状态等；

4）安全监控功能，处理对过流、过压、过温、欠压、欠流、短路、掉电保

护、等故障状况；

5）根据测试记录，绘制时间-电压、时间-电流、时间-阶段容量、时间-充电累计容量、时间-放电累计容量、时间-总容量、时间-功率、时间-电阻、时间-能量、时间-单体电池电压、循环次数-指定阶段容量(循环容量衰减曲线)等曲线；

6）屏幕显示，上位机显示，声光报警，屏幕输入、选择，上位机输入、选择等人机互动功能.

3 充放电测试仪基本工作原理

3.1 充电工作过程

充放电测试仪可以实现多种形式的充电过程，恒压充电，恒流充电，先恒流再恒压充电，正向脉冲充电，正负脉冲充电等等。可以根据电池性能的需要，完成不同形式的充电过程。

恒压充电，充放电设备调节至恒压源模式，由于设置的充电电压一定是在电池满电电压附近的一个值，电流在充电之初数值最大。随着电池端电压的升高，充电机与电池之间的压差越来越小，充电电流也逐渐减小。当充电电流减小到一定数值以后，充电结束。恒压充电，在初始阶段充电电流比较大，对电芯的寿命不利。

恒流充电，充放电设备调节至恒流模式，电流在整个充电过程中保持不变，电池端电压随着时间的推移逐渐升高，直到触及充电截止电压，充电过程结束。恒流充电，如果电流设置比较小，会耗费较长的充电时间；如果电流比较大，使得电池的极化现象比较显著，在撤掉充电回路以后，电池电压会有较大的下跌。

先恒流后恒压，恒流充电和恒压充电的优点，先设置一个比较大的电流恒流充电，目的是提高充电效率；当电量达到一定值时，转换成恒压充电，充电电流

则逐步减小。目的是给电池充入较多的电量。

脉冲充电，一段时间的较大电流充电，用一段零电流时间隔断，间隔的这段时间，可以起到电池部分的去极化作用，减少充电过程中的电能损失，并且可以充入较多的电量。

脉冲充电可以有多种形式，变电流脉冲充电，变电压脉冲充电，以及正负脉冲充电等。以变电流脉冲充电为例，以充电电流为调节对象，电流在等长时间内维持不变，并在这段时间以后中断一小段时间，随后再出现一段连续恒定电流充电，如此循环。大的趋势上，电流遵循逐渐减小的规律。变电压脉冲充电与变电流脉冲充电类似，只是调节的对象换成电压，充电过程中电流按规律递减，而电压是按规律递增。正负脉冲充电，则把间隔的零电流时间替换成负向电流，据说，这么做是为了更好的去极化。

3.2 放电工作过程

充放电测试仪对于电池放电性能的测试，主要针对寿命测试、工况模拟测试、容量测试、一致性筛选以及其他电池参数测试和安全测试等不同场景。不同的测试目的，决定了放电过程中电流、电压的变化规律。可以在上位机输入电流电压要求，测试仪会根据控制系统要求，调节电源按需输出。

3.3 充放电测试仪工作原理

充放电测试仪的具体实现形式根据功能要求的不同而多种多样，但基本都包含下面几个部分：显示器或者上位机，控制器（包含通讯功能），可编程电源模块，电子负载，各种传感器以及其他辅助组件。

上位机，输入试验人员的测试意图，显示测试结果数据及根据结果绘制的曲线图形。

控制器，根据上位机传来的指令，分配电源模块、通讯模块、信号采集模块等的具体任务，接受各部分上传的数据，并对数据进行处理，典型的处理比如计算电池充放电量SOC；

可编程电源模块，一般是一组AC-DC电源装置，按照充放电输入数据的要求，调节输出的电流、电压、功率；

电子负载，放电测试中，需要通过电子负载将电池中放出的电能消耗掉；

传感器，一般包括温度传感器、电压传感器、电流传感器，充放电测试仪的传感器精度，必须高于电池包内选用的传感器精度，否则无法当做校核电池管理系统水平的设备使用。

4 充放电测试仪的精度和校准方法

分辨率是指仪表能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。例如，一般3 1/2位数字万用表可显示的最小数字为1，最大数字可为1999 ，故分辨率等于1/1999≈0.05％。测量值接近真实值的程度，称为精度。精度除了受到分辨率的影响，还与很多因素有关，比如测量方法、环境温度等。

一般的校准方法，使用精度高于被校准设备的万用表、标准电源和标准电阻进行检测，对比设备输出值和仪表检测值，误差在宣称精度范围内即为合格。

杭州固恒能源科技有限公司从事于新能源汽车后市场领域，是一家专注于动力电池的应用以及循环利用等方面的研发、生产、销售，并提供全套检测维护解决方案的企业。研发了一系列动力电池，机电，机电控制维保领域的相关产品，有效的降低了服务商的运营维护成本，延长了电池的使用寿命，我们致力于打造新能源汽车后市场领域的工具链及数据链，全力打造一个完善的新能源汽车核心动力检测维护系统。