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与其他种类电池相比，锂离子电池具有绿色环保，电压高，储存和循环寿命长，荷电保持能力强，不会产生记忆效应等优点，已被广泛用于电力系统、微网、舰船、航天航空、轨道交通等诸多工业领域。锂离子电池作为重要的储能元件，其性能和安全性指标直接关系到设备的可靠性及经济效益。因此需要一套锂离子电池自动测试系统，实现锂离子电池的准确测试和评估。
一、锂离子电池介绍
1、锂离子电池工作原理
锂离子电池一般使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。锂离子电池在充放电时内部发生复杂的化学反应，其中内阻和荷电状态(SOC)可直接反应电池的健康程度。
充电：
放电：
充电电池总反应：
图1 锂离子电池工作原理
2、锂离子电池测试指南
为了锂离子电池更有效的使用，提高电池的安全可靠性，需要对锂离子电池高精度快速测试。国内外测试标准为锂离子电池测试提供了支持。
国外常用锂离子测试标准：
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IEC 62660 电动道路车辆用锂离子动力蓄电池单体
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ISO 12405 电驱动车辆—锂离子动力电池包及系统测试规程
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SAE J2929 电动和混合动力电池系统安全标准
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UL 2580 电动汽车用电池
国内常用锂离子测试标准：
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QC/T 743 电动汽车用锂离子动力蓄电池
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GB/T 31467 电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统
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GB/T 31485 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法
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GB/T 31486 电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法
IEC62660系列、QC/T743、GB/T31486和GB/T31485是针对电池单体和模块级别的测试，UL2580、SAEJ2929、ISO12405和GB/T31467系列适用于电池组和电池系统的测试。所有的测试项可分为电性能测试和安全可靠性测试。
二、锂离子电池自动测试系统设计
1、系统特点
测试系统特点：
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PXI总线结构，模块化设计，可方便进行硬件配置和扩展；
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开放的软件，图形化设计语言，方便用户进行自定义和二次开发；
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高精度源，最高精度达100ppm；
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多核处理器并行处理，支持RT实时操作系统，实现高速采集和运算。
2、系统功能
该系统可用于锂离子电池电性能测试和安全性测试，应具有以下功能：
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实现锂离子电池的恒流充放电；
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实现锂离子电池的电压、电流的实时记录和显示；
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按照不同测试标准实现锂离子电池的连续自动化测试，并自动生成测试报告；
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自定义测试序列，实现手动测试；
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根据需求，灵活的设置测试形式。
3、系统整体设计
被测试系统由上位机LabVIEW设定充放电电压电流、电子负载的放电模式及选择测试模式等，实现对电池的充放电。通过NI控制器给转换板发送控制信号，通过转换板上的继电开关的关断与闭合来实现充放电电路的切换。
测试系统包括被测件锂离子电池、NIPXIe-8133控制器、功率接口（北京博电自主开发的PI系列模块化功率接口）、电子负载、充放电信号转换板。
图2.1 系统整体框架
4、测试系统软件设计
整个测试程序分为软件登录、参数设置、测试界面、计算器四个模块。
（1） 软件登录：需要用户名和密码才能进入用户界面
（2） 参数设置：为测试提供基本参数设置，并且实现与电子负载的网络通信。
（3） 测试界面：根据客户需求，选择自动测试和手动测试。
（4） 计算器：根据保存的关键点数据，选择计算项目可得结果。
软件测试流程如下图：
图2.2 软件测试流程
三、系统测试平台介绍
本文采用的是北京博电新力电气股份有限公司（PONOVO）的模块化功率接口、NI公司的PXIe1084、电子负载。其中博电的功率平台提供了高精度的电流源，可以采集三通道电压、电流，最高可实现100ppm的精度，放大输出三通道电压电流；博电PL系列可编程直流电源，实现电池恒流稳定放电；NI公司的PXIe8840控制器，多核处理器并行操作，和PXIe4322模拟输出卡和PXIe6368采集卡，控制电压电流的输出和采集。以上设备为精准的参数测试提供硬件支持。
PXI控制器，10核并行最小步长10us
图3.1测试系统平台
采用NI的设备，PXI总线架构，模块化设计，能方便进行硬件的配置和扩充，采用多核处理器并行处理，RT实时操作系统实现高速和高精度的采集与运算。
图3.2 NI控制器设备
四、实验与结果
1、锂离子电池充放电测试
根据国内外锂离子电池测试标准要求，选取磷酸铁锂、三元锂、铅酸电池等电池在不同电流下进行充放电测试，安时(Ah)积分法和开路电压(Uocv)法分别计算电池的SOC值，神经网络算法估算SOC误差。
分析整理数据，为锂离子电池性能评估提供可靠依据，为电池建模估算SOC误差提供数据。
图4.1.安时积分法SOC估算
图4.2 磷酸铁锂，三元锂，铅酸电池SOC曲线
图4.3神经网络估算SOC误差
2、锂离子电池失效测试
对锂离子电池误用或滥用（比如过充电、过放电、短路、挤压、针刺、高温等）则会发生热失控，造成电池发热、起火或爆炸。
以过充电为例，针对过充电对电池单体进行测试，电池电压不断变大，温度不断升高，电池内部高电压造成电解液分解，电池内部产生大量气体，电池鼓胀，继续充电，在高温高压下大量气体从内部喷出，形成烟雾，随后被击穿导通。
分析热失控形成的原因与机理，对研究影响锂离子电池安全性能因素和安全防护措施具有重要意义。
图4.4锂离子电池失效过程
热失控现象：
五、总结
锂离子电池是目前各行业研究的热点，本文介绍了如何通过博电公司的功率接口、电子负载配合NI控制器及采集卡，实现锂离子电池自动测试系统。本系统可完成全自动和手动测试，高速和高精度的数据采集，能够准确测量电池单体性能参数，分析测试数据，以对电池的性能做出评测，更好的掌握电池在实际工作中的真实性能状态。进一步优化电池的使用，提高其使用率。为电池以后安全高效的使用提供了充足的理论依据和数据支持。
注：本文来自博电的马媛媛