锂电池的放电容量测试

很久以前就做了比亚迪电池放电容量测试
容量测试设备如图:
           
路图部分就不必画了。一望即知。
测试设备清单:
VC70C3 5/6数字表,连接电脑获取数据并用excel整理。

4×1N4007,利用正向导通压降限制放电终止电压(虽然电池有保护板,但是放电过度还是会影响寿命和容量的)实际用起来发现正向压降太依赖温度,好在一旦工作起来,温度虽然很高但变化不快,对测试的准确度影响可以忽略。(曲线上稍有不规则的地方就是站起来时带动周围气流导致二极管温度变化引起的电流波动)

1欧姆电阻,采样电阻兼限流(当然其实用电流表串入精度更高,考虑到长时间安培级的电流似乎对表不太好,这个电阻的精度标称虽然不高,但阻值实际值误差不大(实测约小于5%))

本次测试只测试电池的容量即Ah数,并不能得到Wh。由(原理略)可知,电池安时(毫安时)用电流在时间上积分即可得。

采样周期为60秒(实际大约每三分钟有一秒的误差,这个造成的误差大约0.5%,远小于采样电阻等原因的误差,本测试为了方便计算忽略了(也可以按实际时间计算,也并不太麻烦),
最终这个测试的总误差大约在5%-10%左右)

电池在M8机器里面充电,充电自然结束后,M8的屏幕会亮起。这时候取下电池进行测试(顺带一提的,测试结束后电池空载电压为3.017V,可以认为电池电量放电完毕)

测试开始。
 
测试完毕后PC端软件图表。
EXCLE里面对电压值(也就是电流值,单位是A)求和,除以时间系数,就得到曲线下面积即为电池容量。
 


考虑到各个环节,总误差在5%-10%之间。
以上只是抛砖引玉,过两天用实验板做个整齐点的再测测看。
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这两天入手了双路的放电器,把手里的两块电池都做了下。
结果如下图(容量应比图中略大点,试验夹具的时候放掉20来个mah
两块电池忘记做标记了,不过容量较小那块应该是12月份开始一直使用的,循环近百次(刚换到公测版的时候玩的还是比较凶的,有时候一天就2次)
总体来说表现不错
发现原来用电阻测试的结果还算是相当准确(比预想中偏差小很多)
 

 
再上张放电器的图

 自己半DIY的充电器。

 
半年后做了补充测试,发现这两块电池的衰减非常轻微。今天的测试仍然是这两块电池,分别生产于200811月末和20094月初,期间一直保持每块电池2-3天一冲的频率,中间兼有每天每块电池充电一次的时候(上网和看视频比较费电)。另有一块今年产的电池,有轻微的鼓气现象,容量略有衰减(1000mah左右)就不参加测试了。
首先是接近一年的电池的常温放电测试。放电电流500ma,室温20
可以看到容量仍然保持得很好,不过细心的朋友对比上面链接里面的测试结果可以发现,同样的放电电流下面,曲线向下弯折的趋势变缓了,这也是电池内部的化学物质老化,导致大电流下放电不充分的表现之一(当然比当时测试时略低的温度也是原因之一)。
另一块电池,094月的。
可以看到这块的曲线反倒不如上一块的平滑(测试实际有多次,这个曲线形状并不是夹具问题造成的)容量也略小些,不过仍然表现很好。
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以上可见使用了接近一年的电池容量近似1100mah(应该再不出比这快电池更老的M8
池了),衰减仅10%。按照不低于标称容量60%的国家标准(这标准要求真低),用2-3年问题不大。nokia手机原装电池的跟踪测试也表明,约有年10%,两年不到20%的衰减。
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下面是低温测试。
论坛上近期有关于低温状态下电池问题的帖子比较多,但是究竟低温对于M8的电池有什么样的影响,究竟多低的温度才有明显的影响,论坛上并没有人有过详细的测试。好在家里的mini台机离冰箱比较近,就做了这个低温耐受测试,可以从低温下的放电曲线得到很多有趣的信息。
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测试环境分别是冷藏室的2-4度环境以及冷冻室的-20度环境。测试时只有电池和电池夹具在冷却环境内,测试的放电仪等都在20度环境下,避免温度变化带来的测试误差(好在连线够长,电脑和冰箱也近便)
首先是2-4度环境下的测试。
测试结果如图。为了严谨,用的是同一块电池做的对比参照,充电没有使用快速充电设备而使用的是meizu原装的充电盒子。容量大的那条曲线就是常温下的了。(放电就要2个多小时,
充电更要很久。。。)
 
如上图。
两条曲线的起始电压和放电截止电压都是一样的,坐标也是一样的,右边的电压是放电仪给出的测量端电压,而M8的电池因为要连接夹具和连线才能放在冰箱里测试,所以测量的线阻比较大。好在因为是横流放电,只需要根据电路电阻确定一个补偿值就能完全校正这种效应。根据充满的锂电池的放电曲线的形状很容易就能得出,大约真实的电池端电压约向上两个格。
左边就是已经校正的电池端电压。
可以看到,2-4度的低温对电池总放电容量的影响并不大,电池此时仍能放出接近1000mah的电量。
但是:电池的平均电压非常明显的下降了。
M8本身的情况看来,提示低电量的电压约为3.3V左右(这个是在固件里面可调的,具体结果还要咨询下工程师)这时候M8就会有提示。(5%),在常温下,因为锂电池的放电曲线到了后期非常陡峭,所以如果电池电压达到了3.3V,那么紧接着电池电压就会快速下降,也就是真正的没电了(这也是手机为什么把关机电压设置在3.3-3.5V左右的原因,其实锂电池可以放电到2.4-2.6V)而在低温状态下却不是这样,在低温下,电池的等效内阻变高了(测试中可以发现空载电压并没有明显变化,从曲线上也能看到)在大电流放电时(500ma算是M8在最耗电的设置下也比较难以达到的电流值了)电极材料不能充分反应,导致外部看上去电压下降,在3.3V截止电压不变的前提下就是容量变小了。

但是在这个曲线下可以发现,即使在这种情况下,也仅仅会导致容量略有减小(3.3v下面仍有70%以上的容量,实际使用的话不会很明显,而且如果一直进行高耗电量操作,机器本身
的发热量和手的热量反而会加热电池)。所出现的情况应该是20%电量提示出现得明显要早一些,但这时候这20%”比较耐用,可以坚持很长时间直到提示低电量关机。

也就是说:在南方(上海以南)的冬季气温下,低温对于M8电池的影响是可以感觉到的,但并不严重。就幅度来说也就是3天变2天的感觉,甚至更接近。(3---2天半)
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-20度测试:可以代表中国绝大多数北方地区的冬季温度,除了少数省份的少数几天之外。。。(其实也应该很少有人把M8放在户外冻到零下20度,这时候更应该关心的是拿回室温下会出现明显的结露现象,水汽渗入问题,放在衣裤的兜里也会有结露现象)
结果如下图:(测试之前已经预冷5分钟了,况且考虑到M8电池的体积以及测试长达几个小时,足够电池冷冻到零下20度了)
 

本文发布于:2024-09-23 17:13:54,感谢您对本站的认可!

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标签:电池   测试   放电   容量   电压   曲线   充电   温度
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