电池循环充放测试仪

无锡冠亚新能源汽车电池高低温循环测试是现代汽车电池测试中使用比较广的设备之一，锂电池作为比较常见的电池之一，在使用的时候需要注意哪些呢？　　锂电池使用需要把握时间，防过充，正确的时间做正确的事，虽然，锂电池本身具有优异的电化学性能，然而，任何一种事物在背离平衡状态后都会存在安全隐患。　　新能源汽车电池高低温循环测试建议大家，锂电池保养温度适宜，防冷热。在闲置时，锂电池通常不会发生安全事故，日常保养的目的就是使锂电池置于适宜的环境中，从而延迟电池的老化。事实上，锂电池参数设计中有一个就是适宜温度，相对来说，温度低一些问题不大，但如果放在较高的温度下，俗话说物极必反，也是会产生安全问题的。我们说的闲置状态仅仅是就正常环境而言，如果把锂电池放到水里或靠近火源那就已经脱离“保养”的话题了，那么，在正常环境下要做的是什么呢？水的方面防潮和热的方面防暴晒。故而，无锡冠亚恒温制冷技术有限公司提醒，锂电池日常保养的适宜环境应是四个字：通风、阴凉。无论锂电池是独立闲置还是在用电器具中待用，均应遵循这四个字。　　在锂电池的正确使用方法中，锂电池充电方法是比较重要的，因为不正确的充电方法会引发安全问题，而放电与日常保养影响的仅仅是锂电池的使用寿命，锂电池本身也是一种耗材，无论我们采取什么办法也避免不了它之后的损耗，只是我们用正确的方法，延缓其衰老而已。　　新能源汽车电池高低温循环测试在测试中，不论什么电池都需要正确使用，避免产生一些故障。[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/09/201809041651055268_8627_3445897_3.jpg!w690x690.jpg[/img]

材料是NCM9622，电池在0.1C倍率下循环3圈活化，活化后想在1C跑长循环，但是充到3.9V左右电池电压就很难充上去。几乎所有电池都有这个问题，这可能是什么原因导致的呢？电解液是LP57，极片经过了正常的辊压步骤，活性物质载量大约3.4mg/cm2。[img=充放电曲线,611,600]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308031123459587_2177_5982351_3.jpg!w611x600.jpg[/img]

[color=#cc0000]摘要：本文针对锂离子电池材料导热系数测试方法，评论性概述了近些年的相关研究文献报道，研究分析了这些导热系数测试方法的特点，总结了电池材料导热系数测试技术所面临的挑战，从热分析仪器市场化角度提出了迎接这些挑战的技术途径。[/color][hr/][size=18px][color=#cc0000]1.问题的提出[/color][/size] 锂离子电池在各种应用中用于能量转换和存储，包括消费类电子产品、电动汽车、航空航天系统等。图1-1所示为典型的锂离子电池的结构，锂离子电池主要包括电极材料、电解质材料、隔膜材料、电池堆和热管理高导热相变复合材料。[align=center][img=锂离子电池结构示意图,500,375]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250623319094_6619_3384_3.jpg!w600x450.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图1-1 锂离子电池结构示意图[/color][/align] 导热系数作为电池材料的重要热物理性能参数之一，严重影响着锂离子电池的各种特性。而锂离子电池在使用过程中会面临着电、热、力和质的不同边界条件，这就使得准确测试电池材料导热系数面临着以下几方面的严峻挑战： （1）锂离子电池材料往往涉及含能和储能材料，在不同边界条件下，如在充放电过程中会伴随着生热甚至热解过程，在电池热管理系统中还涉及到相变材料，这就要求要在这些电化学和热化学过程中同时对导热系数进行测量，这要比以往纯热物理变化过程中的导热系数测试技术更为复杂。 （2）导热系数测试方法众多，但针对锂离子电池材料的复杂特征和要求，首先要需要找出合理的测试方法，以保证测量结果的准确性，这对锂离子电池材料和电池热管理尤为重要。 （3）由于锂离子电池材料导热系数测试所涉及的环境条件众多，会涉及众多不同的导热系数测试方法和设备。但在实际工程应用中，还是希望能对测试方法进行优化和开发测试新技术，从而实现用尽量少的测试方法和仪器设备尽可能多的满足各种各种锂离子电池材料的导热系数测试需求。 （4）由于锂离子电池材料还涉及其他热性能参数和表征参数，如比热容和热失控等，这样就要求导热系数测试方法和仪器能与其他热性能参数测试仪器进行集成，使得测试仪器具备多功能性，在一台测试仪器上可实现多个参数的测试。 本文将针对上述存在的问题和挑战，首先对近些年锂离子电池材料导热系数测试技术进行评论性综述，然后在分析研究的基础上，提出比较适合锂离子电池和材料导热系数测量的实用方法。[size=18px][color=#cc0000]2.电池材料导热系数测试方法综述[/color][/size] 在锂离子电池材料级别方面，主要涉及的材料有电极、电解质、隔膜、电极隔膜堆和热管理高导热相变复合材料。 在材料级别方面，已经报道了电极[1]-[4]、电解质[5]、隔膜[6][7]、电极堆[2][8]的导热系数和接触热阻[9][10]测量结果。 如图2-1所示，阴极样品厚度方向上导热系数已使用保护型热流计法（ASTM E1530）进行了测量[1][12]，阴极由等体积分数的聚合物电解质以及活性材料和乙炔黑的混合物制成。经测量，在25~150℃之间复合材料导热系数在0.2 ~ 0.5 W/mK范围内变化。由于阴极材料太薄，将多层阴极材料叠加后形成1~2mm厚的可测样品，样品直径为25.4mm，测试压力为10psi以减少多层叠加后带来的接触热阻。[align=center][img=保护型热流计法导系数测试示意图,500,419]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250624120593_5244_3384_3.jpg!w500x419.jpg[/img][/align][align=center]图2-1 保护型热流计法导热系数测试示意图[/align] 如图 2-2所示，展示了锂离子电池电极材料厚度方向导热系数测量装置结构[2]。[align=center][img=,600,428]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005252355511656_8624_3384_3.jpg!w600x428.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-2 锂离子电池材料厚度方向导热系数测量装置示意图[/color][/align] 装置采用了稳态薄加热片法[13]，单层材料面积为431mm2，厚度0.42mm，被测样品为多层叠加形式。还采用了闪光法测量多层锂离子电池薄层材料的热扩散系数，并通过叠层材料不同取样方向来测量得到不同方向的热扩散系数。 时域热反射（TDTR）技术已用于测量LiCoO2薄膜厚度方向导热系数[3]，样品厚度约500nm，测量了锂化程度对导热系数的影响。循环过程中原位测量LiCoO2阴极的导热系数表明，去锂化时，导热系数从5.4W/mK可逆地降低至4.7W/mK。 如图2-3所示，采用闪光法确定由各种粒径的合成石墨制成的负电极（NE）材料的导热系数[4][14]，样品尺寸为直径约15mm，厚度范围为1.1~9.5mm，实验在室温RT，150和200°C下进行。[align=center][img=激光闪法测量原理,500,467]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250625143698_6549_3384_3.jpg!w500x467.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-3 激光闪光法测量原理[/color][/align] 同样，聚合物电解质的导热系数采用图1-1所示保护型热流计法进行了测量[5]，测量样品厚度方向上的温差，该温差用于计算总热阻，从中可提取出样品厚度方向上的导热系数。通过刮刀技术制备聚合物电解质薄膜样品，并将其夹在导热仪顶板和底板之间，然后测量温度差。据报道，在25~150℃范围内，导热系数在0.12~0.22W/mK之间变化。 如图2-4所示，隔膜材料面内方向导热系数已使用直流加热法进行了测量[6]。在100级无尘室中从26650锂离子电池中提取隔膜样品，在隔膜样品上沉积了两条相距很小的细钛线，其中一条线用作加热器，而这两条线都用于温度测量，两条线的温度作为时间函数的超快测量用于确定隔膜样品的热性能[15]。室温下的面内方向导热系数为0.5W/mK，在50℃下测量时，这些值没有明显变化。[align=center][img=,500,308]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250625463285_8933_3384_3.jpg!w550x339.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-4 隔膜材料比热容和面内方向导热系数测试示意图[/color][/align] 正负电极薄膜材料和隔膜材料厚度方向和面内方向导热系数已使用不同的稳态方法进行了测量[7]，实验装置与先前使用的一维热流计法装置非常相似[1]。样品尺寸30mm×30mm，单层膜厚度在24~106um范围内，导热系数测量结果范围为0.19~31W/mK。 如图2-5所示，采用闪光法测量了多层阳极、隔膜和阴极构成的电极隔膜堆的厚度方向和面内方向热扩散系数[8]，采用差示扫描量热仪测量了比热容，由此得到电极隔膜堆厚度方向和面内方向的导热系数。另外对从新电池中取出的电极隔膜堆在45℃下循环500次，考察了高温循环对导热系数的影响。[align=center][img=闪光法厚度方向和面内方向测试示意图,690,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250626168406_2334_3384_3.jpg!w690x400.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-5 （a）闪光法测试厚度方向和面内方向电极隔膜堆热扩散系数示意图；（b）测试过程中样品的取样形式和摆放形式[/color][/align] 除了上述关于导热系数测量的报道外，还报道了采用恒定热流法（ASTM D5470）在不同压力和温度下测量了电极隔膜堆的接触热阻[9][16]。如图2-6所示，测试过程中将被测电极隔膜堆叠层夹在两个铜块之间，并测量了叠层的总热阻。电池隔膜堆包括了涂覆有石墨的铜阳极、涂覆有钴酸锂的铝阴极、聚乙烯/聚丙烯隔膜和电解质，测试温度范围-20~50℃，压力0~250psi。通过测试得出的主要结论包括：与干电池组相比，湿电池组的接触热阻更低，并且电极隔膜堆叠热阻的温度依赖性较弱。但是，此处测得的热阻是总热阻，其中还包括材料自身热阻，而不仅仅是电池不同材料之间的接触热阻。已经测量了使用的电极和铜棒之间的接触热阻，这与电池的原位操作没有特别的关系。[align=center][img=,550,442]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250626475813_5845_3384_3.jpg!w550x442.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-6 恒定热流法（ASTM D5470）测量电池材料接触热阻示意图[/color][/align] 如图2-7所示，在另一项工作中，同样采用恒定热流法（ASTM D5470）测量了阴极和隔膜之间的界面热传导[10]。测量结果表明，锂离子电池的热特性很大程度上取决于穿过阴极-隔膜界面的传热，而不是通过电池本身的传热。这种界面热阻约占电池总热阻的88%。[align=center][img=,500,267]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627005929_1859_3384_3.jpg!w600x321.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-7 恒定热流法测量电池材料接触热阻示意图：（a）被测样品为电极隔膜堆；（b）纯隔膜样品；（c）纯阴极样品[/color][/align] 如图2-8所示，采用瞬态平面热源法测量了石墨烯填料的混合相变材料[11][17]，石蜡相变材料在添加石墨烯前后的导热系数分别为0.25W/mK和45W/mK。[align=center][img=,500,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627216467_2507_3384_3.jpg!w600x243.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图2-8 瞬态平面热源法测试探头和测量原理图[/color][/align] 对于锂离子电池材料这类薄膜材料，其导热系数的测量还有一种非常有效的方法就是温度波法[18]。这种方法尽管已推出多年，但应用还是较少，但今后将是一种重要的有效方法。[size=18px][color=#cc0000]3.测试方法的特点[/color][/size] 从上述综述中可以看出，电池材料导热系数采用了以下几种测试方法： （1）稳态保护热流计法：ASTM E1530； （2）稳态护热板法：ASTM C177； （3）时域反射法； （4）闪光法：ASTM E1461； （5）稳态热流计法：ASTM C518； （6）恒定热流法：ASTM D5470； （7）瞬态平面热源法：ISO 22007-2。 （8）温度波法：ISO 22007-3。 从上述所涉及的多个测试方法可以看出，与传统材料导热系数测试不同，锂离子电池材料导热系数测试呈现出以下显著特点： （1）薄膜化：锂离子电池材料基本都呈现出薄膜化的形态，所涉及的则是典型的薄膜导热系数测试技术； （2）各向异性：薄膜化的锂离子电池材料呈现出比较明显的各向异性特征，导热系数在厚度方向和面内方向上表现出明显差别，锂离子电池材料导热系数测试实际上是一个各向异性薄膜材料导热系数测试问题； （3）测试变量多：锂离子电池材料导热系数测试的另一个显著特征是测试条件变量较多，除需在传统的不同温度下进行测试之外，还需要包括其他测试条件，如不同的加载压力、SOC荷电、气氛、振动、湿度等条件，甚至还需在通电状态下。[size=18px][color=#cc0000]4.电池材料导热系数测试方法分析[/color][/size] 根据上述锂离子电池材料导热系数测试的特点，对上述各种测试方法进行分析，以寻找出那些测试方法更能适合锂离子电池材料的测试。 纵观上述测试方法，我们将它们分为稳态法和瞬态法进行分析。[color=#cc0000]4.1. 稳态法[/color] 稳态法主要包括：保护热流计法、护热板法、热流计法和恒定热流法。 稳态法的显著特点就是依据经典的傅里叶稳态传热定律，在被测电池材料薄膜样品的测试方向上形成稳定的一维热流，通过测量不同条件下的温度和热流密度来测定相应的导热系数和接触热阻。 稳态法做为一种传统方法，是在较厚的块体材料热性能基础上发展起来的测试方法，对于较大尺寸和较厚块体样品的导热系数测试非常准确和成熟，如保护热流计法、护热板法、热流计法。为了进行电池薄膜材料测试，需要对薄膜材料进行多层叠加后制成样品才能满足稳态法测量准确性要求，这种多层叠加势必会带来接触热阻的严重影响。鉴于传统稳态法对薄膜材料导热系数测试的局限性，开发的恒定热流法则部分解决了测试问题，通过独特的表面温度测试技术，可以进行百微米厚度量级的薄膜导热系数测量，非常适合测试多层膜构成的电池堆以及高导热相变复合材料。 尽管做了相应的改进，但这种在稳态法上做的任何努力都是在挖掘稳态法的潜力，是对稳态法测试能力区间的下限进行进一步的拓展，测试能力下限毕竟还是非常有限，受到了稳态法自身的制约，特别是受到表面温度和厚度测量准确性的制约，使得这种扩展空间十分有限且效果很难保证。总之，对于锂离子电池材料，暂时比较适合的稳态法是ASTM D5470恒定热流法，可以进行导热系数和热阻测量，样品尺寸适中并比较适合加载各种边界条件。[color=#cc0000]4.2. 瞬态法[/color] 瞬态法主要包括时域反射法、闪光法和瞬态平面热源法。 与稳态法恰恰相反，瞬态法是基于样品材料对热激励动态响应的一种测试方法，被测样品越薄，对热激励的响应越快，所以瞬态法的核心是检测物理量随时间变化快慢的问题。同时，在被测样品对热激励的快速响应过程中，周围环境和其他边界条件的影响反而变得很小。最主要的是，随着技术的发展，块体样品（特别是薄膜材料）对热激励的动态响应时间，在当前的电子检测技术面前都不再属于快速测量范畴，采用目前的各种电子技术手段很容易对热激励响应进行快速和准确测量。从另一方面理解，就是针对材料的热性能测试，瞬态法可以针对不同被测样品厚度范围（响应时间）采用相应响应频率范围的电子仪器和设备来实现准确测量，而目前电子仪器设备的测试能力要远远超过薄膜材料热性能测试的需求。这就是瞬态法自身的最大优势，同时也是目前市场上薄膜材料热性能测试仪器大多采用瞬态法的主要原因。 总之，瞬态法作为非接触是测量方法非常适用于致密性薄膜材料，适合测量非常薄的样品，但对于锂离子电池材料这类较低密度的薄膜材料则会遇到许多测试难题，多孔性的薄膜材料样品需要进行表面处理才能进行导热系数测量，但表面处理往往会带来渗透而改变薄膜样品的热性能。另外，瞬态法的另一个明显不足是很难在被测样品上加载各种相应的边界条件进行导热系数测量，如压力和通电等。但瞬态法中的温度波法则是一个例外，这将在下节中进行介绍。[size=18px][color=#cc0000]5.未来设想：新方法的提出[/color][/size] 从上述对电池材料导热系数测试方法的分析中可以看出，现有方法都不能很好的解决本文开始提到的锂离子电池材料导热系数测试所面临的问题，需要研究和开发新型测试方法才能应对相应的技术挑战。 通过我们的研究，我们认为将上述稳态法和瞬态法相结合的方法将会是一种有效的技术途径，具体的结合形式就是改进型的瞬态温度波法。 ISO 22007-3规定的温度波测试方法[18]，主要用于确定薄膜和塑料板在整个厚度方向上的热扩散系数。温度波法是一种通过测量样品前后表面之间温度波的相移来测量薄而扁平样品厚度方向热扩散系数的方法。使用在样品两个表面上溅射或接触的电阻器，一个作为加热器，通过交流焦耳加热产生温度波，另一个作为温度计来检测温度波。ISO 22007-3中给出了温度波法测量装置示意图，如图5-1所示。[align=center][img=温度波法热扩散系数测量装置示意图,690,473]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/05/202005250627416770_5455_3384_3.jpg!w690x473.jpg[/img][/align][align=center][color=#cc0000]图5-1 温度波法热扩散系数测量装置示意图[/color][/align] 从上述描述中可以看出，温度波法测量装置包括彼此面对的微加热器和温度传感器，样品安装在它们之间。向加热器提供弱的正弦电功率信号，在样品表面上产生温度波。温度传感器是一种高灵敏度电阻传感器，它使用前置放大器在将弱信号进入锁相放大器之前对其进行放大。观察到的温度信号是激发温度波和背景温度信号的混合，例如环境的温度。在交流测量中，锁定放大的一个优点是能够提取和分析信号中仅一个指定频率分量的变化，抵消室温变化的影响（误差的主要来源）以及噪声成分实现高灵敏度测量。通过将实际施加的温度波幅度限制在1℃以内或更低，可以有效地抑制对流和辐射，并确保几乎不损坏样品。此外，如果采用极小的传感器尺寸则可识别更小样品区域内的热扩散系数。 总之，采用改进后的温度波法，将具备以下几方面的显著特点： （1）在样品的夹持、厚度控制和测量方面，温度波法与稳态法基本相同，可以在测量过程中对样品加载一定的压力和其他测试条件。同时，温度波法还具备了非接触瞬态法的优点，将温度和热流测量转换为高精度的频率和相位测量，减少了误差，可以实现高灵敏的测量。 （2）尽管ISO 22007-3规定的温度波测试方法是用于测量薄膜材料厚度方向的热扩散系数，但这种方法也可以用于薄膜面内方向上的热扩散系数测量，转换后的测试方法就是经典的Angstrom周期热波法[19]。 （3）从图5-1所示的温度波测量原理可以看出，只要将交流加热形式控制为直流形式，温度波法就变成了传统的热流计法，就可以用于板材样品测量，也就是说可以进行各种规格尺寸袋装和片状锂离子电池热扩散系数和导热系数的测量。 （4）更重要的特点是，改进的温度波法结构小巧，可以与其他热性能测试方法进行集成，这方面的内容将在后续报告中进行介绍。 综上所述，我们选择并开展改进型的温度波法研究，基本可以解决本文前面所提出的锂离子电池材料测试中所面临的几方面难题，同时还兼顾了测试仪器的微型化、集成化和低成本，这将是我们今后热分析仪器发展的一个方向。[size=18px][color=#cc0000]6.参考文献[/color][/size][1] Song, L., and Evans, J. W., 1999, “Measurements of the Thermal Conductivity of Lithium Polymer Battery Composite Cathodes,” J. Electrochem. Soc., 146(3), pp. 869–871.[2] Maleki, H., Al Hallaj, S., Selman, J. R., Dinwiddie, R. B., and Wang, H., 1999, “Thermal Properties of Lithium-Ion Battery and Components,” J. Electrochem. Soc., 146(3), pp. 947–954.[3] Cho, J., Losego, M. D., Zhang, H. G., Kim, H., Zuo, J., Petrov, I., Cahill, D. G., and Braun, P. V., 2014, “Electrochemically Tunable Thermal Conductivity of Lithium Cobalt Oxide,” Nat. Commun., 5, p. 4035.[4] Maleki, H., Selman, J. R., Dinwiddie, R. B., and Wang, H., 2001, “High Thermal Conductivity Negative Electrode Material for Lithium-Ion Batteries,” J. Power Sources, 94(1), pp. 26–35.[5] Song, L., Chen, Y., and Evans, J. W., 1997, “Measurements of the Thermal Conductivity of Poly(Ethylene Oxide)-Lithium Salt Electrolytes,” J. Electrochem. Soc., 144(11), pp. 3797–3800.[6] Vishwakarma, V., and Jain, A., 2014, “Measurement of In-Plane Thermal Conductivity and Heat Capacity of Separator in Li-Ion Cells Using a Transient DC Heating Method,” J. Power Sources, 272, pp. 378–385.[7] Yang, Y., Huang, X., Cao, Z., and Chen, G., 2016, “Thermally Conductive Separator With Hierarchical Nano/Microstructures for Improving Thermal Management of Batteries,” Nano Energy, 22, pp. 301–309.[8] Maleki, H., Wang, H., Porter, W., and Hallmark, J., 2014, “Li-Ion Polymer Cells Thermal Property Changes as a Function of Cycle-Life,” J. Power Sources, 263, pp. 223–230.[9] Ponnappan, R., and Ravigururajan, T. S., 2004, “Contact Thermal Resistance of Li-Ion Cell Electrode Stack,” J. Power Sources, 129(1), pp. 7–13.[10] Vishwakarma, V., Waghela, C., Wei, Z., Prasher, R., Nagpure, S. C., Li, J., Liu, F., Daniel, C., and Jain, A., 2015, “Heat Transfer Enhancement in a Lithium-Ion Cell Through Improved Material-Level Thermal Transport,” J. Power Sources, 300, pp. 123–131.[11] Goli, P., Legedza, S., Dhar, A., Salgado, R., Renteria, J., and Balandin, A. A., 2014, “Graphene-Enhanced Hybrid Phase Change Materials for Thermal Management of Li-Ion Batteries,” J. Power Sources, 248, pp. 37–43.[12] ASTM E1530 Standard Test Method for Evaluating the Resistance to Thermal Transmission by the Guarded Heat Flow Meter Technique[13] ASTM C177 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus[14] ASTM E1461-13 Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method[15] ASTM C518 Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus[16] ASTM D5470 Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials[17] ISO 22007-2 Plastics — Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity — Part 2: Transient plane heat ource (hot disc) method[18] ISO 22007-3, Plastics – Determination of thermal conductivity and thermal diffusivity – Part 3: Temperature wave analysis method.[19] A. J. Angstrom, Ann. Physik Leipzig 114, 513 (1861).[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

温度对锂离子电池性能的影响一 实验设备及方法1.1 实验设备表1-1 实验仪器和设备http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191701_669046_3137340_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910172496_01_3137340_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910181286_01_0_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910181791_01_0_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910182313_01_3137340_3.png 高低温交变湿热试验箱（湿热试验箱）：高低温交变湿热试验箱可以设定一定的温度和湿度进行研究样品的性能，也可以研究按设定好的程序进行不同温度和湿度的改变下样品的性能，还可以设定温度变化范围，用以检测一定温度范围内样品的性能。它还能够按照设定定时开关机，并且高低温交变湿热试验箱还有记忆数据的功能，记忆时间能够长达6个月以上，另外还具有保持、跳段、待机以及两组时间信号同时输出的功能。 电池测试系统：电池测试系统是研究电池的重要仪器，它可以用以测试电池的电流、容量、电压、内阻、充放电效率、温度以及循环寿命等性能。它可以同时测试多组电池，这使它的测试效率大大提高。 真空干燥箱：真空干燥箱广泛用于医药、食品、轻工、化工、农业科研、环境保护等实验领域作粉末干燥，烘焙以及各类玻璃容器的消毒和灭菌之用。真空干燥箱具有干燥物品速度快、污染小、不对被干燥物品的内在质量造成破坏的优点。真空干燥箱专为干燥热敏性、易分解、易氧化物质而设计，能够向内部充入惰性气体，特别是一些成分复杂的物品也能进行快速干燥。1.2 实验操作方法样品：钴酸锂锂离子电池（φ6.8mm，容量约120~150mAh，电压3.0~4.2V）参数设定：充电电流-----0.15A 充电截止电压-----4.2V放电电流-----0.15A 放电截止电压-----3.0V 先将样品电池接入电池测试系统，然后使其放在在设定温度状态下的真空干燥或箱高低温交变湿热试验箱中，最后按照一定程序进行充放电循环。首先对电池以0.15A进行恒流充电，当电压达到4.2V时，保持电压恒定进行恒压充电，充电电流会随着时间不断变小，当充电电流为0.01A我们认为充电过程完成；然后将电池搁置一分钟，接着以0.15A的恒定电流放电，这时电池电压会不断减小，当电压小于3V时我们认为放电过程完成。下图1.5为充放循环曲线.http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2016082910194943_01_3137340_3.png二 结果与讨论2.1 不同温度下电池的容量和内阻 将电池放入真空干燥或箱高低温交变湿热试验箱中进行充放电循环，循环次数为5次，计算其平均容量（图2.1）和内阻（图2.2）。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291020_607203_2984502_3.pnghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291020_607204_2984502_3.png 由图2.1可以看出，在温度低于25℃时，电池容量随温度的升高逐渐增大，在高于25℃时，电池容量随温度的升高逐渐减小，但电池在低于25℃时容量的变化更快。由图2.2可以看出，在-20℃到60℃温度范围内，电池的内阻随温度的升高而逐渐降低。产生这个现象的原因是由于在高低温条件下，一方面是电池的电极材料及结构发生了部分不可逆的变化，一方面是电解液中的锂离子浓度及传导性发生了的变化。在低于25℃时，锂离子的迁移速率随温度的降低迅速下降，从而使电池的内阻迅速增加，再加上电极材料及结构部分不可逆的变化，并且电解液中的锂离子浓度下降，导致电池低温时的容量迅速下降。在高于25℃时，锂离子的迁移速率随温度的升高迅速上升，从而使电池的内阻下降，但由于电极材料及结构发生了部分不可逆的变化，并且由于温度的升高使电池负极和电解液的反应加速生成SEI膜，进一步消耗了电池中的锂离子，综合影响下，电池的容量下降，但没有低温时下降的那么快。2.2 不同温度下电池的循环 在室温下，将电池接入电池测试系统，按上述步骤设定循环次数为200次，进行充放电循环，得到如下图2.3电池的容量衰减。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291021_607205_2984502_3.png 当电池循环到200次时，其放电容量为124mAh，约为初始容量138mAh的89.86%。 将电池接入电池测试系统，然后放入真空干燥箱，设定温度为60℃，待干燥箱温度稳定后，按上述步骤设定循环次数为200次，进行充放电循环，得到如下图2.4电池的容量衰减。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291022_607206_2984502_3.png 当电池循环到第75次时，其放电容量为101mAh，约为初始容量126mAh的80%，达到了其寿命。 将电池接入电池测试系统，然后放入高低温交变湿热试验箱，设定温度为-20℃，待高低温交变湿热试验箱温度稳定后，按上述步骤设定循环次数为200次，进行充放电循环，得到如图2.5电池的容量衰减。 当电池循环到第55次时，其放电容量为57mAh，约为初始容量71.1mAh的80%，达到了其寿命。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291023_607207_2984502_3.png 由图2.6可知，电池的内阻随循环次数的增加持续增加。 综上所述，温度对锂离子电池寿命的影响很大。在室温下电池循环200次后，容量依然可以达到初始容量的89.86%，而电池在高温下循环75次后，容量便降到了初始容量的80%；在低温时容量的下降速度更快，循环55次后容量便降到了初始容量的80%。 上述结果表明，温度对锂离子电池性能的影响很大。高低温下电池循环性能的影响因素主要有电极材料及结构和Lihttp://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif的传输性发生了部分不可逆的变化、电池内阻随循环次数的增加持续增大。另外电解液低温时导电性能的迅速下降，引起电池内阻的迅速增加，导致电池在低温时的输出性能变差，高温下电池正极和电解液的反应加速生成更多的SEI膜，使电池中的锂离子含量下降，导致电池循环性能变差。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/08/201608291023_607209_2984502_3.png由图可以看出电池在不同温度下的充放电效率都很高，基本上都接近于1。[/colo

电池中的水分来源哪里？　　对于电池中的水分，它的来源就主要来之于材料，当然也涉及环境。　　正极片：正极片如果使用的是纳米材料，这种纳米材料具有很强的吸水性，很容易周围的空气中吸收水分。　　负极片：负极片比正极片来说，吸水性相对低一点，当然，在没有控制湿度的环境下，其从环境空气中吸水数量也是相当乐观的。　　隔膜纸：隔膜纸也是一种多孔性的塑料薄膜，其吸水性也是很大的。　　电解液：电解液是一种非常怕水的物质，它也是非常容易吸水，他它会和水进行反应，直至所有的电解液物质反映完成，也就是说，它喝水的能力是永无止境，直到自己死掉。　　其他金属零件：虽然金属零件本身对水分的吸收有限，但是，金属零件对水分却很怕，因为水分的存在会使其生锈或者腐蚀。 材料中的水分含量是电池中水分的主要来源，当然，环境湿度越大，电池材料越容易吸收水分。（来源：仪器信息网）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/02/201702271001_01_2233_3.jpg水分对锂离子电池影响巨大　　如果水分过高，电解液和水分反应，生成微量有害气体，对注液房环境有不良影响；这也会影响电解液本身的质量，使得电池性能不良，还会使电池柳钉生锈。　　水分和电解液中的一种成分反应，生成有害气体，当水分足够多时电池内部的压力就变大，从而引起电池受力变形。如果是手机电池，就表现为鼓壳；当内部压力在高的时候，电池就有危险了，爆裂使得电解液喷溅，电池碎片也很容易伤人。　　电池内部水分过高；损耗了电解液的有效成分，也损耗了锂离子，使得锂离子在电池负极片发生不可逆转的化学反应。消耗了锂离子，电池的能量就减少了。　　用26650电池给电钻供电，充满电后本来可以使用1小时，因为电池内部有水分，就只能使用50分钟了。　　当电池内部的水分多的时候，电池内部的电解液和水反应，其产物将是气体和氢氟酸（氢氟酸是一种腐蚀性很强的酸，它可以使电池内部的金属零件腐蚀，进而使电池最终漏液。如果电池漏液，电池的性能将急速下降，而且电解液还会对使用者的机器进行腐蚀，终而引起更加危险的失效。如何检测电池材料中的含水率 对于电池材料含水率的检测，行业内一般使用SFY-20A快速水分检测仪来精确测定材料的水分含量。A、SFY-20A快速水分检测仪技术指标 1、称重范围：0-90g 可调试测试空间为3cm 2、水分测定范围：0.01-100% 3、样品质量：0.100-90g 4、加热温度范围：起始-205℃ 加热方式：可变混合式加热 微调自动补偿温度最高15℃ 5、水分含量可读性：0.01% 6、显示参数：7种 　　　红色数码管独立显示模式 7、外型尺寸：380×205×325(mm) 8、电源：220V±10% 9、频率：50Hz±1Hz 10、净重：3.7Kghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/02/201702270957_01_2233_3.jpgB、SFY-20A快速水分检测仪使用注意事项1.在测定水分过程中,一定要避免震动,加热筒下端缺口不能迎风摆放。2.测定样品在称量盘中堆积一定要平整,堆积面积尽量布满称盘底面,堆积厚度应尽量薄,利于水分完全蒸发。3.在测定水分过程中,不能用手去摸加热筒,严禁敲击或直接振动工作台面。4.由于该仪器称重系统为精密设备,尤其传力部分特别怕重压,冲击,因而在每次取,放称量盘时尽量用托架,若用手进行取,放称量盘应轻取,轻放。5.测定完成后,马上取下称量盘必须用托架,以免烫手.托架在放入仪器中不应碰到称重支架与称量盘。6.测定后须待称量盘完全冷却后,再放入下一个试样。C、SFY-20A快速水分检测仪工作原理 采用干燥失重法原理，通过加热系统快速加热样品，使样品的水分能够在最短时间之内完全蒸发，从而能在很短的时间内检测出样品的含水率。检测一般样品通常只需3分钟左右。冠亚水分仪采用的原理与国家标准烘箱法相同，检测结果具有可替代性，仪器采用一键式操作，不仅操作简单而且也避免了人为因素对测量结果产生的误差。

动力电池测试是目前市场上新能源汽车电池专用的电池测试系统，为了保证新能源汽车电池的有效运行，所以对动力电池测试的性能有一定的要求，压缩机作为其核心配件，一旦发生回油故障就要及时解决。[img=,400,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/09/201809181539552442_4888_3445897_3.jpg!w400x400.jpg[/img]　　动力电池测试制冷系统运行的过程中，润滑油是随着冷媒一起排出压缩机，经过循环又回到压缩机，那么在有冷媒出入的地方就有润滑油的出入。冷媒性能和润滑油性能有着本质的区别，冷媒在制冷系统循环过程中存在两相，即液态冷媒和汽态冷媒，而润滑油基本上处于液态，当动力电池测试冷媒从液态转变为汽态，润滑油会从冷媒中析出，在诸多因素的影响下，它们很可能在某个零部件或某个结构点储存，导致润滑油无法顺利回流到压缩机，造成涡旋压缩机缺油，如果缺油长时间得不到解决，会导致压缩机内部运动零件润滑不足，出现干烧等故障，大大加速冷水机压缩机的损坏。　　动力电池测试的压缩机在排出冷媒时，也会排出微量的冷冻机油。即使只有0.5%的上油率，如果油不能通过系统循环回到压缩机中，因此为了确保压缩机运行不缺油，应该确保排出压缩机的冷冻机油回到压缩机，减少压缩机的上油率。　　动力电池测试需确保吸气管冷媒的流速，才能使油回到压缩机，但流速应小于15m/s，以减小压降与流动噪音，对水平管还应沿冷媒流动方向有向下的坡度。需要防止冷冻机油滞留在蒸发器内，确保适当的气液分离器的回油孔，过大会造成湿压缩，过小则会回油不足，滞流油在气液分离器中。动力电池测试系统中不应存在使油滞留的部位，确保在长配管高落差的情况下有足够的冷冻机油在压缩机里，通常用带油面镜的压缩机确认压缩机频繁启动不利于回油。　　新能源动力电池测试是目前比较新兴的设备，无锡冠亚在这一领域不断创新不断开发，争取为大众提高性能更加优良的动力电池测试。

[align=center][b]SGS分享: 机器人自动化技术在电池检测的发明及应用 [/b][/align][align=center][b]作者： 林滨涛、竺曌颖[/b][/align][b][color=#3333ff]背景技术[/color][/b] 由于IT产品的迅速发展（智能手机、平板、笔记本及相关配件），中国2016年的消费类电池测试和认证的市场规模已达到2亿人民币，并呈现以每年20%的年增长速度。消费类电池测试主要是关于可靠性、性能和安全测试。然而，由于环境、效率、设备的局限性，电池测试所占市场份额仍然很小。基于实验室所研发的STAS系统（安规测试自动化系统）能够优化设备利用率，简化工作流程、减少人工操作和人为误差，使测试数据数字化；同时，增加机械手自动上下料操作实现电池测试实现全自动化24小时运作，提高测试效率，降低测试成本。因此，若能提供一种基于机器人的根据联合国《关于危险品货物运输的建议书试验和标准手册》第38.3章节（以下简称UN38.3）的电池自动化测试系统，将具有非常重要的意义。 消费类电池测试主要是关于可靠性，性能和安全测试。然而，由于环境、效率、设备的局限性，所占市场份额仍然很小。SGS EEC实验室所研发的BATAS系统能够优化设备利用率，简化工作流程、减少人工操作和人为误差，使测试数据数字化；同时，增加机械手自动上下料操作实现电池测试实现全自动化24小时运作，提高测试效率，降低测试成本。[b][color=#3333ff]自动化检测应用内容[/color][/b]本自动化检测技术的应用目的在于提供一种基于机器人的根据UN38.3的电池自动化测试系统，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本机器人自动化检测技术提供如下技术方案，包括：[b][color=windowtext]1. [/color][color=windowtext]开关门机构改造[/color][/b]工作现场中的低气压箱、高低温箱的箱门结构均为传统机械式，必须通过人员推/拉操作，使门与箱体的卡扣闭合/分离，实现自动关门、开门目的。为了实现开关门自动执行动作，必须对箱门结构进行改造。通过增加电气装置和机械装置，从而实现对电信号到机械动作的执行转换，大大提高流程中的执行效率。[b]2. 测试设备的通讯改造[/b]现场中提供的低气压箱、高低温箱、短路仪均不具备通讯能力。尽为了使项目测试流程化，需要将设备进行通讯改造至符合要求，同时要求相关厂家开放相关函数，以便系统调用。[b]3. 电池预处理/过充/过放测试自动化系统[/b]目前电池的预处理机制是通过人员将电池安置于充放电柜，对每个电池进行预处理时间进行配置，最后执行完成。该过程中，放/取电池时间约为1min/pcs，每批次样品数量有45pcs，人员耗费大量时间在放/取电池。通过夹具设计、STAS、机械手应用，实现上下料的自动化，并自动采集数据。[b]4. 电池低气压（温度循环）测试自动化系统[/b]样品经过预处理，分批流向不同测试环节。低气压箱、温度循环高低温箱提供不同测试环境。尽管物料通过工装夹具的辅助，通过料盘实现整体一致，且机械手能够准确进行夹取、放置等复杂动作，但由于低气压测试、高低温测试耗时不一，造成测试环节局部堆积现象。[b]5. 电池振动/冲击测试自动化系统[/b]人员需将电池样品放入相关夹具中，机械手负责上料，将电池样品放入振动台、冲击台中，依次进行振动测试、冲击测试。测试结束后，机械手并将物料取下置于指定位置。[b]6. 料仓状态监控系统[/b] 机械手负责在料仓指定位置上下料。机械手实时监控料仓状态，在接受放置指令后，判断料仓状态，再决定是否放置，如果该位置有物料，则系统报警。如无，则放置物料并完成，形成闭环系统，防止物料相撞发生事故。[b] 优选方案是[/b]：所述控制器为 STAS。STAS系统（通标安规检测自动化系统，专利号：ZL 2016 2 0459386.7），是我司自主研发并拥有知识产权的一种应用于电气安全测试领域的数据采集及运动控制平台。本系统的创新性在于将自动控制技术的理念应用到安规检测，利用一个控制平台与包括供电系统、各种测试仪器及外围辅助装置在内的各种设备建立连接及通讯，并将标准要求的测试方法、判断逻辑以及操作流程，编译成机器语言，通过上位机控制软件，实现检测指令收发、检测数据采集以及测试结果判断的闭环控制及自动化操作。 [b]优选方案是[/b]：机械手。机械手是能模仿人手的某些动作功能，并按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。其结构形式简单，专用性强在构造和性能上兼有人和机器各自的有点，有很强的作业准确性和对各种环境的适应性；项目使用的机械手采用运动轨迹的控制方式，在使用前先对机械手进行编程，实现各个位置的校准，以此来保证高度的动作一致性。[b][color=#3333ff]包括以下步骤：[/color][/b]S1，样品及设备的连接：将测试样品置于测试前上料架中；S2，程序设定：通过PC机进行程序设定，设定测试样品的输入输出参数，并选择所需进行的测试项目；S3，程序启动：通过PC机启动测试程序；S4，测试结束：待测试结束，对检测结果进行查看，并换上下一批测试样品。 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本机器人自动化技术检测的应用，通过PC机进行操作程序设定，可以对电池根据UN38.3标准进行自动化测试，自动化数据记录，测试结果判断。整个测试流程中，测试人员只需操作以下步骤：S1样品及设备的连接；S2程序设定；S3程序启动；S4测试结束。自动化测试系统会自动完成以下操作：充放电预处理、高空模拟测试、温度循环测试、振动测试、机械冲击测试、过充测试、过放测试、自动记录测试数据。本发明降低对人员的依赖，减轻了测试人员的工作压力，使测试连贯，质量同效率都有较大的提高。[b][color=#3333ff]附图说明[/color][/b]图1和图2为本机器人自动化技术检测的应用的原理方框图。图3为本机器人自动化技术检测的应用的控制器正面图；图4为本机器人自动化技术检测的应用的控制器背面图；图5和图6为本机器人自动化技术检测的应用的现场实物图。[b]关于SGS：[/b]SGS是一个综合性的检验机构，可进行各种物理、化学和冶金分析，包括进行破坏性和非破坏性试验，向委托人提供一套完整的数量和质量检验以及有关的技术服务，提供装运前的检验服务，提供各种与国际贸易有关的诸如商品技术、运输、仓储等方面的服务，监督跟购销、贸易、原材料、工业设备、消费品迁移有关联的全部或任何一部分的商业贸易暨操作过程。在SGS内部，按照商品分类，设立了农业服务部，矿物化工和冶金服务部，非破坏性试验科，国家政府合同服务部，运输和仓库部，工业工程产品服务科，风险和保险服务部等部门。[align=center][img=,547,531]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807171410001705_4613_2883703_3.png!w547x531.jpg[/img][/align][align=center]图1，原理方框图-1[/align][align=center][img=,430,496]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807171410368342_7981_2883703_3.png!w430x496.jpg[/img][/align][align=center]图2，原理方框图-2[/align][align=center][img=,690,327]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807171410595864_2282_2883703_3.png!w690x327.jpg[/img][/align][align=center]图3，控制器正面图[/align][align=center][img=,690,378]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807171411253130_9173_2883703_3.png!w690x378.jpg[/img][/align][align=center]图4， 控制器背面图[/align][align=center][img=,690,381]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807171412047558_2167_2883703_3.png!w690x381.jpg[/img][/align][align=center]图5，自动化区域-1[/align][align=center][img=,690,405]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807171412351549_9629_2883703_3.png!w690x405.jpg[/img][/align][align=center]图6，自动化区域-2[/align][align=center][b][/b][/align]