动力电池的测试和仿真技术.pdf

安捷伦安捷伦动力电池的测试和仿真方案动力电池的测试和仿真方案 Power Energy Division 内容安排内容安排 典型的电池供电设备及电池的特性典型的电池供电设备及电池的特性 安捷伦APS先进电源系统方案简介 基于APS的电池性能测试方案 基于APS的电池仿真方案 Page 3 消费电子产品消费电子产品 统计数据表明 2013年 全球PC出货量接近 2 03亿台 2013年 预计平板电脑出货量为 2 93亿台 预计2017年 智能手机 出货量将达到了 17亿部 2013年全球数码相机出货量预计1亿台 Page 4 电动交通工具电动交通工具 Page 5 UPS不间断电源不间断电源 绿色能源绿色能源 光伏 风能光伏 风能 电动工具电动工具 锂电池的组成及定义锂电池的组成及定义 电池主要由 电芯 控制保护电路 外壳引线等组成 主流的电芯 都是日韩企业提供 包括 三洋 松下 索尼 比克等 PTC是Positive temperature coefficient的 缩写 正温度系数电阻 温度越高 阻值 越大 可以防止电池高温放电和不安全的 大电流的发生 即过流保护作用 NTC是Negative temperature coefficient 的缩写 负温度系数电阻 在环境温度升 高时 其阻值降低 使用电设备或充电设 备及时反应 控制内部中断而停止充放电 锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理 充电充电时 锂离子从正极层状物的晶格脱 出 通过电解液迁移到层状物负极表面 后嵌入到石墨材料晶格中 同时剩余电 子从外电路到达负极 放电放电则相反 锂离子从石墨晶格中脱出 回到正极氧化物的晶格中 由于LixCx非常活跃 可以和水发生反应 故电解质选用可溶于有机溶剂的锂盐 但这个使得锂电池相比镍铬 镍氢电池 的内阻要大很多 在充电的过程中 Li 从正极LiCoO2中脱出 进入电解液 在充电器附加的外电 场作用下向负极移动 依次进入石墨或焦炭C组成的负极 在那儿形成LiC化合物 如果充电速度过快充电速度过快 会使得Li 来不及进入负极栅格 在负极附近的电解液中就会聚集 Li 这些靠近碳C负极的Li 很可能从负极俘获一个电子成为金属Li 持续的金属锂生 成会在负极附近堆积 长大成树枝状的晶体 俗称枝晶 随着负极的充满程度越高 LiC晶格留下的空格越少 从正极移动过来的Li 找到空格 的机会就困难 时间就越长 如果充电速度不变的话 一样可能在负极表面形成局部 的Li 堆积 因此 在充电的后半段必须逐步缩小充电的后半段必须逐步缩小充电电流充电电流 枝晶的长大会刺破正负级之间的隔膜 形成短路 可以想象 充电的速度越快越危险 充电终止的电压越高也就越危险 充电的时间越长也越危险 因此 充电控制和管理对锂电池尤为重要 锂电池的负极枝晶效应锂电池的负极枝晶效应 由前所述 锂离子电池的电压过高或者过低都会影响锂电池的正常使用 甚至发 生燃烧 爆炸等造成严重的后果 根据锂电池的特性 一般将锂离子电池电压的划分为以下几个区域 不同的电芯 制造商虽有区别 但区别不大 高压危险区 保护线路过充保护电压 4 275 4 35V 高压警戒区 锂离子电池充电限制电压4 20V 正常使用区 锂离子电池放电终止电压 2 75 3 00V 低压警戒区 保护线路过放保护电压 2 3 2 5V 低压危险区 锂电池的电压区域划分锂电池的电压区域划分 锂电池的控制保护电路锂电池的控制保护电路 正常充电时 P P 端接充电器 MOS开关T2 打开 T1关闭 充电电流回路为 P B B D2 T1 P 正常放电时 P P 端接用电设备 如手机 T1打开 T2关闭 放电回路为 B P P D1 T2 B 锂电池锂电池的控制保护电路异常控制的控制保护电路异常控制 随着充电的进行 电池电量及电压不断上升 如果不及时 控制就可能进入高压警戒区 甚至危险区 保护电路就需要准确的监测电池的电压 当进入警戒区时 及时打开充电回路开关T1 切断充电回路 反之 随着放电的进行 电池电量及电压不断下降 如果不及时控制就可能进入低压警戒区和危险区 保护电路就需要准确的监测电池的电压 当进入警戒 区时及时打开充电回路开关T2 切断放电回路 电流电流必须 瞬时值 5C 平均值 Vc 电池开路电压 放电时 电流流出电池 Vbat 电池端电压 25ms 充电截止电压 恒流充电 恒压充 电转换点 10A SOC 0 SOC 100 Battery Capacity 常规蓄电池的充电过程曲线常规蓄电池的充电过程曲线 恒压充电与恒流充电 安捷伦蓄电池仿真系统安捷伦蓄电池仿真系统 仿真结果仿真结果 适用于任意的规格的电池模型 电压 电量不限 内置电池内阻仿真 符合电池端电压 开路电压 电量变化规律 任意设置电池模拟的起始点 研发调试灵活 模拟电池端电压与电量变化 随充 放电过程改变电压 强大的保护 无任何电池安全隐患和风险 安捷伦蓄电池仿真系统安捷伦蓄电池仿真系统 PE7900 基于安捷伦APS高性能电源开发的蓄电池仿真系统PE7900 具 备以下功能 测量真实电池 记录电池放电数据 包括电池端电压 冲 放电电流 电池 内阻以及电池电量等信息 提取电池模型 根据电池的充电或放电曲线数据 可以自动提取电池模型 模型中包括电池内阻 电池端电压 电池电量 以及冲 放电电流之间的相 互作用关系 电池仿真功能 根据提取出的电池模型 模拟任意荷电状态下的充电或者放 电特性 模拟充放电过程 模拟电池状态 电池测试电池测试提取提取模型模型仿真电池仿真电池 Pag BMS PCDU 蓄电池模拟器蓄电池模拟器 根据充 放电 电量和电流值 循环从电池模 型表格中读取 电池端电压值 LAN APS电源简化了电源间的并联操作 通过专用接口连接后自动实现电源之间的均流操作 并联多台并联多台APS电源组成更大功率的蓄电池模拟器电源组成更大功率的蓄电池模拟器 关于APS先进电源系统的更多 信息 请访问 安捷伦安捷伦电源类明星测试仪器电源类明星测试仪器 N6705直流电源分析仪 多达4路直流电源输出 内置ARB功能 仿真电压纹波及噪声 内置示波器 测量电压或电流波形 提供SMU模块 实现DC DC一体化测试 N8900A 5 15KW 直流电源 多台N8900A可扩展至60KW 150KW系统 1KW 2KW 双象限工作 电源 负载 内置18比特 200KHz数字化仪 高功率的电压任意波形输出 输出继电器开关 安捷伦示波器类明星安捷伦示波器类明星测试产品测试产品 N2790A高压差分高压差分探头探头1147B N2893A电流电流探头探头N278XB 电流探头电流探头 3000X系列示波器系列示波器 4000X 系列总线分析示波器系列总线分析示波器 U1880A 校准夹具校准夹具 Page 47 N9000A CXA 信号分析仪 车载蓝牙测试 EMI预兼容测试 N9310A 信号源 N9320B 频谱分析仪 胎压监测模块 无线车钥匙测试 N9340B HSA 手持频谱分析仪 安装及外场测试 安捷伦安捷伦EMI明星明星测试产品测试产品 安捷伦手持类明星安捷伦手持类明星测试仪表测试仪表 U1177A蓝牙适配器以及远程无线连接解决方案蓝牙适配器以及远程无线连接解决方案 与安卓设备简易连接 最多同时检测三台位于不同 位置的手持万用表 通过安卓设备免费的Mobile meter和Mobile Logger 应用随时记录和分享测试结果 U1610A U1620A 100M 200M手持示波表手持示波表 高分辨率大屏幕 室内 室外 夜视模式提供完美显示效果 2M的内