充放电测试系统

[img=,690,1054]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807061458013131_4398_3339420_3.jpg!w690x1054.jpg[/img][b]针对铁电-压电-介电材料可搭建以下测试系统：[color=#333333]*[/color]电滞回线及高压介电击穿强度测试系统；[color=#333333]*[/color]压电材料在高压下的形变（蝴蝶曲线）测试系统；[color=#333333]*[/color]电容充放电测试系统；[color=#333333]*[/color]介温测试系统；[color=#333333]*[/color]宽频介质光谱测试系统；*高压直流偏置下的介电常数电容测量介温测试系统；*TSDC,高压泄露电流和热释电测试系统；[color=#333333]*[/color]超低电流变温高压测试系统。[/b]

新能源汽车在科技发展和技术的进步推进下，成了人们生活中的带步车，也呈现出迅速发展的趋势，从而带动了动力电池的快速发展，林频[b][url=http://www.linpin.com/]试验箱[/url][/b]作为新能源汽车行业上的一个关键分支产业，并处于现代发展的爆发增长期。　　林频试验箱主要用于测试动力电池的安全可靠度，目前主要应用于电池、电池等生产工艺中，测试其在不同温度下的容量。相容的充放电效率、内阻、荷电保持能力等电气性能，以及过流、过充、温度等安全性能，特别是电池组/电池包容量及能量测试，电源与直流内阻测试，充/放电特性测试，负载保持性能测试，充放电效率测试，过充/过载承受力测试，温度特性测试等。　　所以试验设备主要是指电池组或电池组检测仪。由于电动车运行需要大量的能量，需要拥有能够提供更大能量储备的电池设备，单体电池很难达到预期的效果，必须采用串-并联的方式组成电池组才能满足要求。对由多个单电池组成的电池组而言，整个电池组系统的输出能量、输出功率、使用寿命均受到系统中某一块性能最差的单电池的影响。由于单晶电池的不一致性是影响其性能和寿命的重要因素，所以在使用中，往往把性能相同的单体电池分成容配组，并联成电池组。同时，还测试了单电池电池的稳定性。电池检测除检测电池组的容量、内阻、充放电效率等指标外，还可检测、记录电池组内各单体电池的状态，以评价各单体电池的一致性。　　依据试验所提供的测试数据，通过电池管理系统在实际使用中对系统中单体电池的状态进行管理与调节，在一定程度上保持了电池组内各单体电池的状态一致性。保障电池安全，避免电池状态差异导致电池性能的加速下降，提高电池的可靠性、稳定性和延长其使用寿命。　　因此以上一系列新能源汽车里的电池安全保障问题都少不了林频试验箱，多年来我司对测试设备的技术不断开展及研发，创造了即可靠又标准的测试设备。林频仪器主打的设备还有：恒温恒湿系列、新能源系列、老化测试系列、步入式系列等模仿环境测试设备。公司与多家新能源企业建立着可持续发展的合作伙伴关系，实现资源共享、共同发展的优势，推动新能源产业标准和新产品的性能检测及质量评估方面的技能，推进新能源行业的健康开展。

记一次脉冲强磁场设备维修原创：大陆2015-11-13一、前言磁场设备是磁学研究中产生磁场的设备，根据可产生最高磁场强弱可以分为亥姆赫兹线圈、永磁场发生器、电磁铁、超导磁体与强脉冲磁场发生器几种，其中使用脉冲磁场发生器原理是短时间通大电流产生强磁场，在相同的散热及供电功率等配套条件下可以产生比稳恒磁体强一个数量级以上的磁场，因而可以在物理、化学与生物研究中需要强场的场合应用。目前脉冲强磁场能产生的最高磁场的世界纪录超过2千特斯拉，不过这些极端磁场的产生过程伴随爆炸冲击波作用，只是一次性的产生，线圈无法再次使用，而且需要防爆实验环境；能够重复使用同一个线圈可控产生的脉冲强磁场最高约1百特斯拉，这需要配套专门的实验室与供电通道；在普通实验室条件下对脉冲磁场发生装置的需求一是不需要专门的电力改造，且整个装置方便移动，不过产生的磁场最高超过10特斯拉，我们实验室(磁学国家重点实验室)就有一套这样的样机设备，是实验室几位老前辈在1990年前后自己做的，设备整体照片如图1，它的主体分为充放电控制模块、线圈负载与电容柜(如图02中肚子里主要装的是1kV，0.1mF的电容阵列，合计98个，总容量9.8毫法拉) 、。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573466_1611921_3.png图01 脉冲强磁场装置照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573467_1611921_3.jpeg图02 脉冲强磁场装置中的电容二、故障及诊断维修前段时间有使用者在使用过程中发现设备电容无法充到设定电压，从而无法放电产生磁场。首先通过沟通，获知设备是在用户更换自己的负载线圈之后引起，用户自己的负载线圈电感约10纳亨，而设备标配的负载线圈是280微亨，相差4个数量级；然后结合图03所示的脉冲强磁场的电路分析故障在充电模块；最后打开机柜，通过肉眼观察线路板与元器件，如图04所示，可以看到大功率晶闸管的散热固定木柱有裂纹，从而将故障诊断在晶闸管上。值得一提的是，必须赞一下实验室前辈们：在设备制造过程中保留着晶闸管的铭牌，这样尽管他们退休好多年了，设备出现问题，后人还可以找到配件的线索。将晶闸管拆下来后发现正反向都是导通状态，显然控制端无法控制其单向积累电荷给电容充电，因而根据铭牌上的最大电流500A、耐压1800V、控制电压1.5V指标购买替换晶闸管，幸运的是市场上还能找到同样规格的KP-500A晶闸管，买回来替换上后测试发现仪器可以正常充放电，至此维修工作完成。简单分析其原因是使用者将负载换成特别轻的电感，这样在最高800V充电后，电感几乎不能增加阻抗，此时放电回路电路中的阻抗幅值约0.5欧姆，导致放电回路中的电流瞬间超过1600安培，而晶闸管的最高承受电流只有500安培，所以损坏导致故障。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573468_1611921_3.gif图03 脉冲强磁场装置充放电原理电路图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573469_1611921_3.png图04 脉冲强磁场装置充放电电路照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573470_1611921_3.jpeg图05 更换的晶闸管照片三、测试验证我们知道，设备维修让设备能工作与是否适合科学研究是两码事，为了让使用者更好的在该设备上开展研究，需要在正常工作的基础上对其性能做一次测试验证，测量不同充电电压对应在标准负载线圈中的放电脉冲磁场。测试用到的工具是带轴向(霍尔传感器)磁场探头的特斯拉计(高斯计)，与一台示波器，如图06所示，由于仪器尾部自带有BNC模拟接口，将其连在示波器上，但初步测试发现仪器标配的模拟信号在较高磁场下有饱和截断平台，如图07所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573471_1611921_3.png图06 测试验证需要的仪器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573472_1611921_3.png图07 直接使用模拟信号观测脉冲场波形经过与特斯拉计的工程师交流，得知其模拟输出的是原始霍尔电压信号放大10倍并做滤波限幅保护等电路处理之后输出的结果，而设备限幅4V，对应典型传感器最高只能测量4T的磁场。我们目前的应用明显要测量超过4T的磁场，那么要想获得高于4T的模拟脉冲信号，怎么办呢？使用原始(未经放大、调理、限幅处理的)霍尔电压信号！于是打开特斯拉计机箱，如图08所示，http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573473_1611921_3.png图08 特斯拉计内部电路结构http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573474_1611921_3.png图09 改变模拟BNC输入线的接入位置做好以上的准备工作后，开始进行测量系统标定，为了简便，这里使用一块永磁体产生磁场做动态模拟电压-磁场标定，放在探头边上，通过调节距离改变特斯拉计的输入磁场，记录特斯拉计与示波器上直流信号的平均值，绘制成曲线并拟合如图10所示。然后将磁场探头放入负载线圈的中心位置，测量不同放电电压下产生的脉冲磁场波形，并根据指数衰减放电函数拟合出峰值与脉宽，如图11所示。最后将所有的初始放电电压获得的脉冲磁场信号曲线的拟合结果汇总可得脉宽不随放电电压变化，恒定约1毫秒，峰值磁场与初始放电电压关系经拟合满足为B(特斯拉)=20V(千伏)关系，该设备在最高800V电压充电时产生峰值磁场约16T，使用相对简单的原理与低成本[c

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