关于电池充放电测试仪的计量校准

关于电池充放电测试仪的计量校准

林国斌

浙江科正电子信息产品检验有限公司

摘 要：作为新能源汽车领域核心技术之一的充电电池，一直是人们关心和重点研究的方向。电池在充放电过程中如果使用不当，容易引起电池性能降低，甚至导致燃烧或爆炸的安全隐患。电池充放电测试仪可以检测电池充放电性能，但是它的校准会影响到检测的可靠性。因此，本文就电池充放电测试系统的校准方法进行了研究，以保证测试仪检测的准确可靠。

关键词：电池充放电；测试仪；校准方法

Abstract: As one of the core technologies in the field of new energy vehicles, rechargeable batteries have always been the focus of attention and research. If the battery is used improperly during the charging and discharging process, it is easy to cause the performance of the battery to decrease, and even lead to the safety hazard of burning or explosion. The battery charging and discharging tester can detect the charging and discharging performance of the battery, but its calibration will affect the reliability of the detection. Therefore, this paper studies the calibration method of the battery charge and discharge test system to ensure the accuracy and reliability of the tester.

Key words: battery charge and discharge; tester; calibration method

随着双碳战略的提出，新能源汽车再次迎来了发展契机。而作为新能源汽车核心技术之一的可充电电池的安全稳定问题，一直是影响甚至制约新能源汽车发展的难题之一。电池在使用过程中如果使用不当，容易引起电池性能降低，甚至导致燃烧或爆炸的安全隐患。电池充放电测试仪可以及时检测电池的充放电性能，因此它的计量特性准确与否就显得极为重要^[1]。

1 电池充放电测试仪的工作原理与计量特性

电池充放电测试仪有两个工作过程，即充电过程和放电过程^[2]。目前常见的大多数测试仪可以做到多通道同时进行充放电测试。

1.1 充电过程

充电过程是指电池充放电测试仪对电池进行充电的过程，一般包括恒流充电法、恒压充电法和阶段充电法三种方法。

恒流充电法是一种通过调整充放电测试仪的输出电压或者通过改变与蓄电池串联电阻的方法，以达到充电电流强度一致的充电方法。但是随着充电过程的进行，电池所能承受的电流能力呈逐渐下降趋势。在充电后期阶段，充电电流主要用于电解水，会产生气体，从而对电池造成危害。恒压充电法是一种在充电过程中电压始终保持不变的充电方法。但是在此过程中随着蓄电池电压的升高，电流会逐渐减小。通过与恒流充电法对比，我们发现该方法的优点是所产生的气体较少，但是存在的不足之处在于在充电前期电流过大，这会对蓄电池产生极大的危害，不仅会影响蓄电池的使用寿命，甚至会出现蓄电池极板弯曲的现象，造成电池直接报废。

将恒流充电法和恒压充电法相结合，充电前期使用恒流方式将电池充电至预定的电压值，再改为恒压充电方式完成剩下的部分，直至充电完成。这种方法结合了恒流和恒压两种充电法各自的优点，因此是电池充放电测试仪较为常用的充电方法。

1.2 放电过程

放电过程是设置一定的模式消耗恒定的电流或功率，在此过程中电池充放电测试仪相当于一个电子负载。常见的放电过程包括恒定电阻法、恒定电流法和恒定功率法，其中恒定电流法最为常见。在现场进行校准时，可用蓄电池作为电源进行供电，此时蓄电池进行恒流放电，所产生的电流参数值将作为电池充放电测试仪的主要校准对象^[3]。

2 电池充放电测试仪的校准方法

目前大多数电池充放电测试仪校准检测平台是通过利用高精度的数字万用表和标准电阻结合起来完成测试仪的校准工作。该方法对电池充放电测试仪的电压、电流示值误差校准具有一定作用，但是却无法测量电池放电过程的时间和电池容量，更不能预测可能出现的损耗。因此，寻求一种能够对电池充放电测试进行动态检测的方法就显得尤为重要。

2.1 对充放电电压进行校准

由于常见的电池充放电测试仪体积较大、拆卸困难，若在出厂时就进行校准会大大增加运输难度，所以一般来说校准工作都会选择在现场进行。对组装好的电池充放电测试仪进行电压校准一般会采用标准电压源法和标准电压表法两种校准方法^[4]。

2.1.1 标准电压源法校准

标准电压源校准法就是利用标准电压源提供的标准电压对测试仪进行校准的方法。在校准的过程中，首先要保证被校准的电池充放电测试仪处于搁置状态，其次要选择好合适的量程，最后选择有效的校准点并与之相结合完成校准。标准电压源校准法的优点是可以对所选择的量程范围进行全面校准，校准过程中对电压源的准确度要求也相应较高，而且对电压源准确度的要求是随着精准等级的提高而提高的。该方法的缺点也是显而易见的，为保证校准精度它所要求的电压源一般体积较大，且对测试校准时的现场环境要求也较高。

2.1.2 标准电压表法校准

标准电压表校准法是利用高等级的数字电压表作为标准，校准时将多个蓄电池串联起来充当直流电子负载。为保证充电电压的校准更为准确，使用该方法时就准时需要提前将测试仪设置为恒压充电模式，并利用电阻模式设置好直流电子负载。标准电压表校准法的优点是可以充分利用现场中已有的器件，但缺点是它的电压校准值完全依赖于现场所能够提供的蓄电池数量以及它们所能够产生的电量大小。

2.2 对充放电电流进行校准

目前电池充放电测试仪所使用的主要校准模式是恒流充电模式。在该种模式下可将电池充放测试仪视为电流源，对直流电子负载进行恒流充电，注意在此过程中要将直流电子负载设置为恒定阻值模式。恒流充电模式一般有3种校准方式，即标准电流表法、直流分流器法和电流传感器法。在对测试仪进行校准时，当电池充放电测试仪的充电电流处于低等级，即低于10A时，一般采用标准电流表法进行校准。当电池充放电测试仪处于中等等级时，可以采用直流分流器法进行校准。而要对电池充放电测试仪的充电电流做出校准时就需要使用标准电压表和标准电阻。因为标准电阻直接影响着校准精度，所以在校准时还要考虑电阻发热造成的阻值波动的情况。当电池充放电测试仪处于高等级时，即充电电流大于几百安培时，可以采用电流传感器法。电流传感器法的原理是先将大电流通过电流传感器按照一定的变化将其转换为小电流，再使用标准电流表法进行测试和校准。

2.3 充放电测试仪放电校准

恒定电流放电模式是在对电池充放电测试仪进行放电校准时主要采用的校准模式。该模式需要提前设定好消耗数值，然后使其在稳定直流电源中放电，在此过程中电池充放电测试仪被视为电子负载。该模式与前文提到的充电电流校准方法相似，在恒定电流放电模式下，可以使用充电电流的三种方式进行校准^[5]。

3 智能测试系统在电池充放电测试仪中的应用

随着新能源的普及和发展，与之紧密相关的电池充放电测试系统也越来越重要。智能测试系统一般采用模块化的测试方式，这种方式保证了其具有较高的实时性和可靠性。与原有的测试系统相比，智能电池测试系统还具有直流内阻测试、与第三方设备关联等新功能，用户在测试过程中还可实时接收设备关键信息，这就使得该系统能够适应不同用户的需求，具有较强的扩展性，有效提升测试的效率和准确性。

智能电池测试系统主要包括上位机、中位机、下位机系统和物联网系统四个部分。其中上位机用于编辑设备的运行，并实时显示设备的运行状态，将测试得到的数据进行存储并进行统计分析。中位机主要用于连接上位机和下位机，传递两者之间的数据和命令，实现管理通道的并联和脱机运行，并与第三方设备进行对接。下位机作为测试系统的执行部分，主要用于整个测试任务的流程控制和充放电，并将测试得到的数据进行采集和上传。物联网系统可以分析存储设备运行的有效信息，从而方便即时获取。

结论

作为电池充放电性能检测的重要仪器，电池充放电测试仪的重要性不言而喻。它的准确性决定了电池性能检测的可靠性，故需要对其进行校准。本文首先对电池充放电测试仪的工作原理和计量特性进行了介绍，然后对测试仪的校准方法进行了研究，最后对智能测试系统在电池充放电测试仪中的应用进行了探讨，希望对本行业研究人员的工作提供参考。

参考文献：

[1]胡泽军.电池管理系统硬件在环仿真测试[D].重庆：重庆理工大学，2019.

[2]李文芳.动力电池测试系统充放电电流校准的研究[J].计量技术.2019:36-39.

[3]姜楠.含分布式光伏电源的配电网可靠性评价方法研究[D].南京：南京师范大学，2016.

[4]郭甜.轨道交通车辆电池管理系统研究与设计[D].北京：北京交通大学，2018.

[5]谢原.并联型蓄电池正负脉冲化系统设计[D].成都：电子科技大学，2018.