在儲能系統(tǒng)、便攜式電子設(shè)備和電動車等領(lǐng)域，電池充放電性能是評估其質(zhì)量與壽命的核心指標(biāo)。充放電測試不僅用于研發(fā)階段的性能驗(yàn)證，還用于生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制與售后評估。

一、電池充放電測試的目的

充放電測試的目標(biāo)不僅是驗(yàn)證電池能否正常工作，還包括：

容量評估：測量實(shí)際可用容量（Ah或Wh），判斷與額定值的偏差。

循環(huán)壽命分析：評估電池在反復(fù)充放電循環(huán)中的性能衰減規(guī)律。

倍率性能測試：測試不同充放電倍率（C-rate）下的容量變化與電壓平臺穩(wěn)定性。

安全性驗(yàn)證：檢測在過充、過放、短路等極端條件下的安全表現(xiàn)。

匹配性篩選：對電池進(jìn)行分組前的一致性測試，確保成組電池性能均衡。

二、電池充放電原理

以鋰離子電池為例：

充電過程：外部電源提供恒流（CC）或恒壓（CV）模式的能量，驅(qū)動鋰離子從正極嵌入負(fù)極。

放電過程：負(fù)極鋰離子遷移到正極，釋放能量驅(qū)動外部負(fù)載。

常用充電模式：

CC-CV模式：先恒流充至設(shè)定電壓，再恒壓充至電流降至截止值。

脈沖充電：周期性充電-休息，提高充電效率并降低極化。這種模式能有效緩解電池在大電流充電時的極化效應(yīng)，減少產(chǎn)熱，對于評估電池的快充能力、熱穩(wěn)定性及循環(huán)壽命至關(guān)重要。

三、完整的充放電測試系統(tǒng)有哪些設(shè)備？

要實(shí)現(xiàn)上述精準(zhǔn)、高效且安全的測試，一個高度可靠和功能強(qiáng)大的測試系統(tǒng)是基礎(chǔ)。現(xiàn)代專業(yè)的電池充放電測試系統(tǒng)通常由以下幾個核心部分組成：

雙向可編程電源/負(fù)載：這是系統(tǒng)的“心臟”。它需要能在恒壓（CV）、恒流（CC）、恒功率（CP） 等多種模式下工作，并能在電源（充電）和負(fù)載（放電）狀態(tài)間快速無縫切換。先進(jìn)的系統(tǒng)應(yīng)具備微秒級的動態(tài)響應(yīng)速度，以精確執(zhí)行脈沖測試和模擬真實(shí)工況下的動態(tài)負(fù)載變化。

電池模擬器：在研發(fā)電機(jī)控制器（MCU）、車載充電機(jī)（OBC）或儲能變流器（PCS）時，直接使用真實(shí)電池組進(jìn)行測試存在成本高、風(fēng)險大、工況重復(fù)性差的缺點(diǎn)。電池模擬器作為核心工具，能夠精確模擬各類電池（如三元鋰、磷酸鐵鋰等）在不同荷電狀態(tài)（SOC）、溫度、健康狀態(tài)（SOH）下的充放電特性曲線，包括開路電壓和內(nèi)阻的變化，為被測試設(shè)備提供可重復(fù)、可編程的“虛擬電池”。

高精度測量與數(shù)據(jù)采集單元：系統(tǒng)需配備高精度電壓、電流傳感器及溫度采集模塊，對測試過程中的全參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與高速記錄，為性能分析和模型建立提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

安全保護(hù)與環(huán)境模擬單元：包括完備的過壓、過流、過溫、短路保護(hù)電路，以及可集成溫濕度箱，用于測試電池在不同環(huán)境下的性能。

智能控制與軟件平臺：通過上位機(jī)軟件，用戶可靈活編輯復(fù)雜的測試工步序列（如循環(huán)壽命測試的充放電曲線），實(shí)現(xiàn)自動化測試、實(shí)時數(shù)據(jù)可視化、報告生成與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

四、電池模擬器的工作原理與應(yīng)用

以業(yè)內(nèi)先進(jìn)的解決方案，例如吉事勵 BPDC1000系列電池模擬器為例，簡單了解下充放電測試的原理。

該設(shè)備集成了電池模擬、雙向直流電源和回饋式負(fù)載三種核心功能于一體。其核心技術(shù)在于采用四象限SVPWM雙向變換技術(shù)，能量可在電網(wǎng)與被測設(shè)備之間雙向高效流動。在放電測試時，電能可高質(zhì)量回饋至電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，避免了傳統(tǒng)負(fù)載耗能方式帶來的巨大發(fā)熱與電費(fèi)成本。

在電池模擬模式下，它能精準(zhǔn)模擬多達(dá)數(shù)十種電池的靜態(tài)與動態(tài)特性。用戶可根據(jù)測試需求，自定義電池類型、串聯(lián)節(jié)數(shù)、并聯(lián)節(jié)數(shù)及SOC等關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)內(nèi)部的高精度模型會實(shí)時計算并輸出對應(yīng)的電壓-電流特性，尤其能真實(shí)復(fù)現(xiàn)電池放電過程中內(nèi)阻隨SOC變化的非線性過程。這對于驗(yàn)證BMS（電池管理系統(tǒng)）的估計算法、測試充電樁的兼容性與互操作性，以及評估電驅(qū)系統(tǒng)在真實(shí)電池工況下的效率與響應(yīng)，具有不可替代的價值。

其高動態(tài)響應(yīng)（負(fù)載切換時間<10ms） 和多種通訊接口（如CAN、LAN），使其能夠無縫集成到自動化測試臺架中，執(zhí)行復(fù)雜的工況模擬（如WLTC、CLTC等駕駛循環(huán)的功率圖譜），完成對電池包、電機(jī)、電控系統(tǒng)的前期研發(fā)、后期型式試驗(yàn)與可靠性驗(yàn)證。

五、典型測試步驟示例

以一個完整的電池包循環(huán)壽命測試為例，其流程體現(xiàn)了上述系統(tǒng)的協(xié)同工作：

測試準(zhǔn)備：將電池包接入測試系統(tǒng)，在溫控箱內(nèi)設(shè)定測試溫度。

參數(shù)設(shè)置：在上位機(jī)軟件中，編輯測試工步序列。例如，定義在25°C下，以1C倍率進(jìn)行CC-CV充電至上限電壓，靜置后，以1C倍率恒流放電至截止電壓，此為一個循環(huán)。

系統(tǒng)執(zhí)行：測試系統(tǒng)（雙向電源/負(fù)載）自動執(zhí)行指令。充電時作為電源提供精確電流，放電時作為負(fù)載吸收能量（回饋式系統(tǒng)將電能回收）。

過程監(jiān)控：數(shù)據(jù)采集單元持續(xù)記錄每個循環(huán)的電壓、電流、容量、溫度曲線。

數(shù)據(jù)分析：軟件自動分析容量衰減軌跡、內(nèi)阻增長趨勢、中間電壓平臺變化等，生成循環(huán)壽命報告。

安全監(jiān)護(hù)：整個過程中，系統(tǒng)實(shí)時判斷各項參數(shù)是否觸達(dá)安全閾值，一旦異常立即執(zhí)行保護(hù)性停機(jī)。

審核編輯 黃宇