使用电子负载测试电池性能

摘自鼎阳官网     

  电池是一种储能介质，从手机、穿戴设备到航空航天以及新能源汽车都离不开电池。用户根据设备的用途，配备不同容量的电池。常听人说：“这电池不行了，以前充满电可以使用一周，现在充满电只能用一两天”。这种现象，一方面是电池本身性能的体现、也是性能变化的结果。

电池的参数很多 ，如电池的标称电压、电池容量、最大输出功率、最大电流等等，而大部分消费者最关心的也许是电池容量。电池容量是指在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，通常以安培•小时为单位（简称A•H）表示。

电子负载的原理是控制内部功率MOSFET或晶体管的导通量（量占空比大小），依靠功率管的耗散功率消耗电能的设备。它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，因此电子负载是测试电池的良好工具，工程师们可以使用电子负载测试电池性能，评估电池质量。

鼎阳科技的工程师使用一款电子负载（型号SDL1030X）进行电池容量测试，来展示如何进行电池测试。SDL1030X分辨率0.1mV/0.1mA，基本电压电流精度可达0.05%，功率300W。本次测试的电池为电压7.4V、容量为5000mAh的锂电池。

1.                      线缆连接

将电池的正负极直接接入到电子负载的输入端，如下图1所示。

在接入电子负载时需要注意以下几个方面：
A、必须保证电池和电子负载的正负极正确连接。
B、使用的线缆必须满足大电流且接口牢固，连接紧密。
C、当大电流（比如大于5A）且线缆又比较长时，需要考虑线损。因为导线存在阻抗，在大电流下，会产生压降从而导致负载测量的电压偏低。

为了消除这种误差，需要使用电子负载的远端补偿功能（Sense功能）来消除电压误差，如下图所示，远端补偿功能的原理是Sense端子直接检测被测设备的输出端，当线损电压不可忽略时，自动补偿线损压降，保证被测设备输出电压与负载所获得的输入电压一致）。本次测试的电池额定电流为2A且测试线缆只有20cm，故无需使用远端补偿功能。

 

图2 Sense远端补偿连接图

2.                      设置停止条件

使用电池测试模式测试电池时，可以选择CC、CP、CR模式对电池进行放电测试。当选定放电模式时，同时需要设置电池放电的停止条件。停止条件有：终止电压、放电容量和放电时间。当三者中任意一种条件满足时，电池放电测试停止，负载自动停止拉载。使用者也可以选择其中之一或者两种条件作为终止判定条件，其它不需要的条件设置为“OFF”。
本次测试选定为CC模式下的“电压”为终止测试条件。以下为设置步骤
A、进入电池测试模式。按“Shift”+“CV”，并选择“Battery”测试。图3所示。

图3 进入电池测试模式

B、CC模式及参数设置。在电池测试界面的1/2 页，把“功能”设置到CC模式，同时把电流量程设置为5A，电压量程为36V，放电电流为2A；如图4。

图4 CC模式及参数设置

C、终止条件参数设置。在电池测试界面的2/2 页，可以设置“终止电压”“、“放电容量”和“放电时间”。由于本次测试只测试终止电压这单一测试条件，终止电压为6V（根据电池规格书，低于6V电池将无法正常供电）因此“放电容量”和“放电时间”均设置为“OFF”；如图5。

图5 终止条件参数设置

3.                      开始测试

3.1启动测试

参数设置及线缆连接完毕并确认无误后，按下SDL1030X前面板的“ON/OFF ”按键，启动测试。启动测试后，SDL1030X将以设定的额定电流持续消耗电池的电能。

3.2 趋势图显示

在测试过程中，我们可以按下前面板的Display 按键，进入趋势图界面，查看被测信号的趋势，如图6所示。电子负载显示的是实测电流随时间的变化趋势。再次按下Display，则退出波形显示界面，并返回电池测试功能的主界面。

图6 放电电流趋势图

4.                      测试结束

在SDL1030X持续的消耗电能过程中，电池的电压将会缓慢下降，当电压降至设置的6V电压后，电子负载将停止拉载并结束测试，弹出“电池放电测试完成！”的提示框。如图7所示。

图7 结束提醒

5.                      测试结果

下图8为测试结束后的截图。从图中可以看到，在负载拉载后电池空载，电压反而又升级到了7.1389V，但此时的电池已经没有负载能力。

图8 测试结束

我们把测试结果和电池标称参数制作成一个表格。

 

表1 电池标称参数测试结果

从表格上看，此次测试的电池在2A电流下持续放电，电压下降到6V时，耗时1小时57分36秒。容量为3920mA。经计算此块电池容量为最大容量的78.4%
由于电池在使用过程中，容量会逐渐衰减而此块电池使用时间已经超过1年半，从结果看还不错。

小结

工程师只是介绍电子负载多种测试电池方法中的一种，电子负载不但可以设置终止电压，还可以设置放电容量及放电时间对电池进行评估。除此之外还可以设置CP和CR模式对其进行评估。

当测试动力电池等大容量电池、电源时，应选用大功率的电子负载进行测试，同时，为充分了解电池性能应多方位多角度进行评估。