電子負(fù)載電池測試

1. 前言

電池是一種儲(chǔ)能介質(zhì)，用途極其廣泛，所有便攜式電子設(shè)備均需配備電池。從大家日常生活離不開的手機(jī)、穿戴設(shè)備到航空航天以及火爆的新能源汽車都離不開電池。根據(jù)設(shè)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(zhì)量的呢？

電池的參數(shù)很多 ，如電池的標(biāo)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(fèi)者最關(guān)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(shí)為單位（簡稱A?H）表示。

2. 電池容量測試

電子負(fù)載的原理是控制內(nèi)部功率MOSFET或晶體管的導(dǎo)通量（量占空比大?。?，依靠功率管的耗散功率消耗電能的設(shè)備。它能夠準(zhǔn)確檢測出負(fù)載電壓，精確調(diào)整負(fù)載電流。因此電子負(fù)載是測試電池的良好工具?，F(xiàn)在我們使用鼎陽科技的一款SDL1030X進(jìn)行電池測試，來展示如何進(jìn)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(dá)0.05%，功率可達(dá)300W的電子負(fù)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(fù)極直接接入到電子負(fù)載的輸入端，如下圖1 所示。在接入電子負(fù)載時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：

A、必須保證電池和電子負(fù)載的正負(fù)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(dāng)大電流（比如大于5A）且線纜又比較長時(shí)，需要考慮線損。因?yàn)閷?dǎo)線存在阻抗，在大電流下，會(huì)產(chǎn)生壓降從而導(dǎo)致負(fù)載測量的電壓偏低。為了消除這種誤差，需要使用電子負(fù)載的遠(yuǎn)端補(bǔ)償功能（Sense功能）來消除電壓誤差，如下圖2所示，遠(yuǎn)端補(bǔ)償功能的原理是Sense端子直接檢測被測設(shè)備的輸出端，當(dāng)線損電壓不可忽略時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)償線損壓降，保證被測設(shè)備輸出電壓與負(fù)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(yuǎn)端補(bǔ)償功能。

圖1 測試連接實(shí)物圖

圖2 Sense遠(yuǎn)端補(bǔ)償連接圖

2.2 設(shè)置停止條件

使用電池測試模式測試電池時(shí)，可以選擇CC、CP、CR模式對電池進(jìn)行放電測試。當(dāng)選定放電模式時(shí)，同時(shí)需要設(shè)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(shí)間。當(dāng)三者中任意一種條件滿足時(shí)，電池放電測試停止，負(fù)載自動(dòng)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(shè)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(shè)置步驟

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

圖3 進(jìn)入電池測試模式

B、CC模式及參數(shù)設(shè)置。在電池測試界面的1/2 頁，把“功能”設(shè)置到CC模式，同時(shí)把電流量程設(shè)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(shù)設(shè)置

C、終止條件參數(shù)設(shè)置。在電池測試界面的2/2 頁，可以設(shè)置“終止電壓”“、“放電容量”和“放電時(shí)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(jù)電池規(guī)格書，低于6V電池將無法正常供電）因此“放電容量”和“放電時(shí)間”均設(shè)置為“OFF”；如圖5。

圖5 終止條件參數(shù)設(shè)置

2.3 開始測試

2.3.1啟動(dòng)測試

參數(shù)設(shè)置及線纜連接完畢并確認(rèn)無誤后，按下SDL1030X前面板的“ON/OFF ”按鍵，啟動(dòng)測試。啟動(dòng)測試后，SDL1030X將以設(shè)定的額定電流持續(xù)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(jìn)入趨勢圖界面，查看被測信號(hào)的趨勢，如圖6所示。電子負(fù)載顯示的是實(shí)測電流隨時(shí)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

2.4 測試結(jié)束

在SDL1030X持續(xù)的消耗電能過程中，電池的電壓將會(huì)緩慢下降，當(dāng)電壓降至設(shè)置的6V電壓后，電子負(fù)載將停止拉載并結(jié)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(jié)束提醒

3. 測試結(jié)果

下圖8為測試結(jié)束后的截圖。從圖中可以看到，在負(fù)載拉載后電池空載，電壓反而又升級(jí)到了7.1389V，但此時(shí)的電池已經(jīng)沒有負(fù)載能力。

圖8 測試結(jié)束

我們把測試結(jié)果和電池標(biāo)稱參數(shù)制作成一個(gè)表格。

表1 電池標(biāo)稱參數(shù)測試結(jié)果

從表格上看，此次測試的電池在2A電流下持續(xù)放電，電壓下降到6V時(shí)，耗時(shí)1小時(shí)57分36秒。容量為3920mA。經(jīng)計(jì)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(huì)逐漸衰減而此塊電池使用時(shí)間已經(jīng)超過1年半，從結(jié)果看還不錯(cuò)。

4. 結(jié)束

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

版權(quán)聲明

本文章為鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫專家嘔心瀝血之原創(chuàng)。希望我們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)能夠幫助到更多的硬件人，歡迎轉(zhuǎn)載！我們鼓勵(lì)分享，但也堅(jiān)決捍衛(wèi)我們的權(quán)益。引用請注明出處——“鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫”微信號(hào)（SiglentThinkTank）。鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫將保留追究文章非法盜用者法律責(zé)任的權(quán)利！”