Как проверить емкость литий-ионного аккумулятора? Руководство по точному измерению

Тестирование емкости литий-ионного аккумулятора — это точный процесс контролируемого цикла заряда и разряда. Для точного измерения сначала полностью зарядите аккумулятор до максимального напряжения, затем полностью разрядите его постоянным, известным током, пока он не достигнет минимального безопасного напряжения. Общее количество энергии, израсходованной на этом этапе разряда, является его измеренной емкостью.

Основной принцип заключается не только в зарядке и разрядке; речь идет о стандартизации. Измеренная емкость аккумулятора будет меняться в зависимости от скорости его разряда, поэтому для надежного теста требуется использование постоянной и контролируемой скорости разряда, известной как C-rate.

Принцип: Контролируемый «рабочий цикл»

Что такое емкость аккумулятора?

Емкость аккумулятора — это мера заряда, который аккумулятор может хранить и отдавать. Обычно она измеряется в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч).

Представьте это как размер «топливного бака» аккумулятора. Тест емкости измеряет, сколько именно «топлива» вы можете получить из него при определенных условиях.

Цикл заряд-разряд

Основной метод тестирования заключается в выполнении одного полного, тщательно измеренного цикла.

Сначала вы устанавливаете известное «полное» состояние. Затем вы разряжаете аккумулятор под контролируемой нагрузкой, точно измеряя извлеченную энергию до достижения известного «пустого» состояния.

Стандартизированная процедура тестирования

Профессиональный тест емкости следует строгому, многоэтапному процессу для обеспечения точности и повторяемости.

Шаг 1: Зарядка CC-CV

Литий-ионный аккумулятор правильно заряжается с использованием метода, называемого постоянный ток, постоянное напряжение (CC-CV).

Зарядное устройство подает постоянный ток (фаза CC) до тех пор, пока напряжение аккумулятора не достигнет своего пика, обычно 4,2 В. Затем оно поддерживает это напряжение постоянным (фаза CV), когда ток естественным образом снижается.

Шаг 2: Определение «полностью заряженного» состояния

Аккумулятор не является по-настоящему полным в тот момент, когда он достигает 4,2 В. Вы должны дождаться, пока ток в фазе CV упадет до низкого уровня, известного как ток отсечки.

Обычно это значение устанавливается между 2% и 5% от номинальной емкости (от 0,02C до 0,05C). Завершение зарядки на этом уровне гарантирует, что аккумулятор будет постоянно и полностью насыщен.

Шаг 3: Разряд постоянным током

Это фаза измерения. Аккумулятор подключается к специализированному анализатору, который разряжает его с определенным, неизменным током.

Анализатор непрерывно регистрирует ток с течением времени, пока аккумулятор не будет считаться «пустым».

Шаг 4: Определение «полностью разряженного» состояния

Аккумулятор считается «пустым», когда его напряжение падает до напряжения отсечки, указанного производителем, часто между 2,5 В и 3,0 В.

Разрядка литий-ионной ячейки ниже этой точки может привести к необратимому повреждению и представляет значительный риск для безопасности. Анализатор автоматически останавливает тест при достижении этого напряжения.

Понимание критического фактора: C-rate

Что такое C-rate?

C-rate описывает скорость разряда относительно максимальной емкости аккумулятора. Скорость 1C — это ток, необходимый для разряда всего аккумулятора за один час.

Для аккумулятора емкостью 2000 мАч скорость разряда 1C составляет 2000 мА (или 2 А). Скорость 0,5C составляет 1000 мА (1 А), а скорость 2C — 4000 мА (4 А).

Как C-rate влияет на измеренную емкость

Это самая важная концепция, которую необходимо понять. Более высокий C-rate (более быстрый разряд) приведет к более низкой измеренной емкости.

Это происходит из-за внутреннего сопротивления и других неэффективностей. Быстрое потребление тока приводит к более быстрому падению напряжения аккумулятора, достигая напряжения отсечки раньше и оставляя часть энергии внутри.

Выбор стандартного C-rate для тестирования

Чтобы получить результат, который можно сравнить с номинальными характеристиками производителя, необходимо использовать медленную, стандартную скорость разряда.

Отраслевым стандартом для оценки емкости часто является 0,2C. Это означает разрядку аккумулятора в течение пяти часов. Использование этой скорости минимизирует влияние внутреннего сопротивления и дает более точное и воспроизводимое измерение емкости.

Распространенные ошибки и внешние факторы

Влияние температуры на тест

Химия аккумуляторов очень чувствительна к температуре. Тестирование в холодном помещении даст более низкие показания емкости, в то время как очень теплое помещение может показать немного более высокую емкость, но ускоряет старение аккумулятора.

Для получения стабильных результатов все тесты должны проводиться при стабильной, контролируемой комнатной температуре (например, 20-25°C или 68-77°F).

Возраст и количество циклов

Емкость аккумулятора не является фиксированным числом. Она постоянно уменьшается с каждым циклом заряда/разряда и с возрастом. Тест емкости дает лишь моментальный снимок текущего состояния здоровья (SOH) аккумулятора.

Использование неточного оборудования

Простое подключение нагрузки к аккумулятору и измерение времени с помощью мультиметра не является точным тестом. Этот метод не может поддерживать постоянный ток при падении напряжения аккумулятора.

Надежный тест требует специализированного анализатора аккумуляторов или программируемой электронной нагрузки, которая может поддерживать разряд постоянным током и автоматически регистрировать результаты.

Как получить надежное измерение

Чтобы ваши результаты теста были значимыми, вы должны сначала определить свою цель.

• Если ваша основная цель — проверка заявлений производителя: Используйте скорость разряда C-rate, указанную в официальном техническом паспорте аккумулятора, которая чаще всего составляет 0,2C.
• Если ваша основная цель — сравнение двух разных аккумуляторов: Вы должны тестировать оба в абсолютно одинаковых условиях — идентичные C-rate, температура и напряжения отсечки.
• Если ваша основная цель — оценка состояния использованного аккумулятора: Протестируйте его при стандартной скорости 0,2C и сравните результат с его первоначальной номинальной емкостью, чтобы определить степень деградации.

Контролируя эти переменные, вы переходите от простой оценки к истинной, основанной на данных оценке производительности вашего аккумулятора.

Сводная таблица:

Фактор тестирования	Влияние на измерение емкости	Ключевое соображение
Скорость разряда C-rate	Более высокий C-rate = Более низкая измеренная емкость	Используйте 0,2C (5-часовой разряд) для стандартной оценки.
Температура	Холод = Более низкая емкость; Тепло = Более высокая емкость (но повреждает аккумулятор)	Тестируйте при стабильной комнатной температуре (20-25°C / 68-77°F).
Напряжение отсечки	Разряд ниже минимального напряжения вызывает необратимое повреждение.	Остановитесь на напряжении, указанном производителем (например, 2,5В-3,0В).
Оборудование	Непостоянный ток приводит к неточным результатам.	Используйте специализированный анализатор аккумуляторов для разряда постоянным током.

Нужно точное и надежное оборудование для тестирования аккумуляторов для вашей лаборатории?

Точное измерение емкости критически важно для НИОКР, контроля качества и оценки состояния аккумуляторов. KINTEK специализируется на высокопроизводительном лабораторном оборудовании, включая анализаторы аккумуляторов и системы тестирования, разработанные для литий-ионных элементов.

Мы предоставляем инструменты, необходимые для обеспечения стабильных, основанных на данных результатов. Свяжитесь с нашими экспертами сегодня, чтобы найти идеальное решение для ваших конкретных требований к тестированию и улучшить возможности вашей лаборатории.