循环寿命测试跑多少小时,取决于电池本身能承受多少次循环,也取决于每一次循环要花多少时间。前者由电池材料和规格决定,后者由充放电倍率、静置时间、环境温度共同决定。双向直流电源在这中间的作用是提供可编程的充放电工步,并且在放电段把能量回馈出去。把这几件事拆开算,测试时长就能落到具体的数字上。
电池规格定下测试的基本盘
规格里最关键的是额定容量和标称电压。容量决定在某个电流下要充多久,电压平台决定电源的输出范围。磷酸铁锂标称3.2V,三元标称3.7V,钛酸锂标称2.4V,同样容量的电芯,充电到截止电压所需的时间差别不大,但循环寿命的考核次数差别很大。磷酸铁锂常见考核2000到4000次,三元常见1000到1500次,钛酸锂可以到20000次以上。考核次数乘以单次循环时长,就是整个测试要占用的机时。
| 电池体系 | 标称电压 | 常见考核循环数 | 单次循环参考时长 | 总时长参考 |
|---|---|---|---|---|
| 磷酸铁锂 | 3.2V | 3000次 | 2.5小时 | 约7500小时 |
| 三元 | 3.7V | 1000次 | 2.2小时 | 约2200小时 |
| 钛酸锂 | 2.4V | 20000次 | 0.7小时 | 约14000小时 |
单次循环时长由充电段、放电段、静置段三部分相加。充电段包含恒流段和恒压段,恒压段在电池接近满电时会拖得比较长,容量越大的电芯拖得越久。静置段一般设15到30分钟,用来让电芯温度回到环境温度,也让电压回落稳定。
倍率把单次循环时间拉长或者压缩
倍率是按容量算的电流。100Ah的电芯,1C就是100A。倍率越高,充放电段越短,但发热越明显,电源要吸收的放电功率也越大。0.2C充电,100Ah电芯要充5小时以上;1C充电,恒流段1小时左右,加上恒压段大约1.2小时。放电段一般按同样倍率算,1C放电约1小时。倍率提到2C以上,充电时间可以压到半小时以内,但电芯温升会超过10℃,这时候循环测试的时长虽然短了,测试条件却偏离了实际使用状态。
| 充放电倍率 | 充电段参考 | 放电段参考 | 静置段 | 单次循环合计 |
|---|---|---|---|---|
| 0.2C | 5.5小时 | 5小时 | 0.5小时 | 11小时 |
| 0.5C | 2.2小时 | 2小时 | 0.5小时 | 4.7小时 |
| 1C | 1.2小时 | 1小时 | 0.5小时 | 2.7小时 |
| 2C | 0.6小时 | 0.5小时 | 0.5小时 | 1.6小时 |
温度改变每一次循环的节奏
25℃是许多循环寿命测试的基准温度。温度升到45℃,电芯内阻下降,放电段能放出的容量略多,充电恒压段缩短,单次循环时间会少几分钟到十几分钟,但老化速度加快,同样循环数下的容量衰减更明显。温度降到0℃,可用容量下降两成到三成,放电段变短,充电恒压段却明显变长,单次循环时间往往不减反增。零下20℃时,许多电芯的充电过程需要先预热,测试时长要另外算上预热段。
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| 环境温度 | 放电可用容量 | 充电恒压段变化 | 单次循环时长变化 |
|---|---|---|---|
| 45℃ | 约102% | 缩短 | 减少约5% |
| 25℃ | 100% | 基准 | 基准 |
| 0℃ | 70%到80% | 明显延长 | 增加约10%到20% |
| -20℃ | 50%到60% | 需要预热 | 增加30%以上 |
三个变量合起来落到具体机时
拿3.2V 100Ah磷酸铁锂电芯做例子。1C充电,恒流段1小时,恒压段约12分钟;1C放电1小时;静置30分钟。单次循环2小时42分钟。考核3000次,总机时约8100小时,折合337天。如果把倍率降到0.5C,单次循环变成4小时42分钟,总机时约14100小时,折合587天。同样一支电芯,仅仅改倍率,测试周期就差出大半年。这也是实验室排产时要先把倍率和温度定下来的原因。
双向直流电源在长周期测试里的配合
循环测试一跑就是几百天,电源要连续工作,还要在放电段把电芯的能量处理掉。传统做法用电阻放电,电能变成热散掉,机柜温度高,空调负荷大。双向直流电源把放电能量回馈到电网,回馈效率通常在90%以上,机柜温升小,长期运行的稳定性更好。山东运电气有限公司的双向直流电源支持恒流、恒压、恒功率、恒阻多种工步,可以按循环次数自动切换充放电方向,静置段也能在工步里直接设定。
| 测试需求 | 对电源的要求 | 与测试时长的关系 |
|---|---|---|
| 1C充放电 | 电流覆盖容量值 | 决定单次循环基准时长 |
| 多串并联模组 | 电压范围覆盖模组总压 | 避免中途换档停机 |
| 高温或低温箱内测试 | 远程通讯与工步编程 | 减少开箱干预次数 |
| 连续数百天运行 | 能量回馈与散热设计 | 减少故障导致的停机 |
通道数量和功率等级不一样的,设备配置差别很大,具体价格可以看网页上的电话沟通实际报价。测试周期长的项目,一般会把多个通道并联使用,或者按电芯数量配置通道,避免一个通道排队等太久。
工步设置和记录上的几个做法
工步里除了充放电,还要写进静置、搁置、容量标定。容量标定一般每100次或200次循环做一次,用0.5C或者0.33C放电测实际容量,这一段要单独计时,不能漏算。数据记录间隔通常设10秒到60秒,循环数多的项目记录文件会很大,采样间隔设得太密,后期处理会拖慢。截止条件要写清楚,充电截止用电压加电流双条件,放电截止用电压条件,避免某一次循环因为接触电阻变化提前结束。

温度采集点一般贴在电芯表面和极耳位置,两个点的温差超过5℃,说明散热或者接触有问题,这一组数据在后续对比时要单独标注。循环测试的时长算得准不准,最后都体现在测试排期上,把电池规格、倍率、温度三个参数写进工步表,机时就能提前排出来。
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