第I部分 電池、鎢、鉬和稀土的介紹
第三章 電池性能的檢測
3.1 電池的主要性能
電池的性能是評估其質(zhì)量和使用效果的重要因素。隨著科技的發(fā)展，電池的性能也在不斷提高。電池的性能主要包括電動(dòng)勢、額定容量、額定電壓、開路電壓、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。
3.1.1 電池的電動(dòng)勢
電池的電動(dòng)勢是電池的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了電池在電路中產(chǎn)生電能的能力，是電池產(chǎn)生電能的主要驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)勢的定義是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和基爾霍夫定律，它是指電池在開路狀態(tài)下，正負(fù)極之間的電勢差。
電動(dòng)勢的單位是伏特（V），常用的單位還有毫伏（mV）和千伏（kV）。不同電壓的電池有不同的應(yīng)用場景，例如干電池、鋰電池、鎳氫電池等。
鋰電池
電池的電動(dòng)勢通?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)測量得到。在實(shí)驗(yàn)中，需要使用電壓表來測量電池的正負(fù)極之間的電勢差。為了得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，需要將電壓表與電池進(jìn)行良好的連接，并確保電路處于開路狀態(tài)。
電動(dòng)勢的計(jì)算公式是E=W/q，其中E是電動(dòng)勢，W是非靜電力將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功，q是通過電源的電量。這個(gè)公式是基于能量守恒定律得出的，它表明電源將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的能力。
電池的電動(dòng)勢受到多種因素的影響，例如電池的化學(xué)性質(zhì)、溫度、極化等。這些因素會影響電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和電位差，從而影響電池的電動(dòng)勢。高電動(dòng)勢意味著電池能夠提供更高的電壓，從而提供更大的電能輸出。但是，電動(dòng)勢并不是越高越好，過高的電動(dòng)勢可能會導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大，影響電池的性能。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況對電池的電動(dòng)勢進(jìn)行測量和分析。
3.1.2 電池的額定容量
電池的額定容量是指電池在規(guī)定的條件下可以持續(xù)提供的最大電量，通常以安時(shí)（Ah）為單位進(jìn)行衡量。額定容量是電池的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了電池的儲能能力和供電能力。
額定容量的計(jì)算公式是C=I×t，其中C是額定容量，I是電流，t是時(shí)間。這個(gè)公式表明，電池的額定容量取決于放電電流和放電時(shí)間。
電池容量的測試
額定容量通常是在一定的放電條件下測定的，例如在1小時(shí)恒流放電條件下，電池可以提供的最大電量即為1小時(shí)率額定容量。此外，還有5分鐘率、10分鐘率等不同時(shí)間率的額定容量。不同時(shí)間率的額定容量對應(yīng)不同的放電條件和用途，例如5分鐘率額定容量通常用于啟動(dòng)電流較大的電器設(shè)備，而10分鐘率額定容量則適用于小型電器設(shè)備長時(shí)間供電。
電池的額定容量受到多種因素的影響，例如電池的化學(xué)性質(zhì)、制造工藝、使用條件等。不同種類和品牌的電池可能有不同的額定容量，因此在選擇電池時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。例如，對于需要長時(shí)間供電的電器設(shè)備，需要選擇具有較大額定容量的電池，以確保電池能夠提供足夠的電量。
此外，電池的額定容量還與放電深度有關(guān)。放電深度是指電池放電的程度，即電池從滿電狀態(tài)到放電結(jié)束所經(jīng)歷的電量比例。不同的放電深度下，電池的額定容量可能會有所不同。因此，在使用電池時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求控制放電深度，以延長電池的使用壽命和保證其供電能力。
3.1.3 電池的額定電壓
3.1.4 電池的開路電壓
3.1.5 電池的充放電速率
3.1.6 電池的自放電率
3.1.7 電池的阻抗
3.1.8 電池的壽命
3.2 電池性能的檢測
3.2.1 電池電動(dòng)勢的測試
蓄電池電動(dòng)勢測試是一種評估蓄電池性能的重要方法，是指通過測量蓄電池兩極之間的電勢差來評估蓄電池的性能。蓄電池的電動(dòng)勢取決于其化學(xué)反應(yīng)原理和材料組成，是衡量蓄電池產(chǎn)生電能能力的重要指標(biāo)。
3.2.1.1 電池電動(dòng)勢測試的目的
蓄電池電動(dòng)勢測試的主要目的是評估蓄電池的性能和質(zhì)量，包括以下幾個(gè)方面：
判斷電池的化學(xué)反應(yīng)效率：蓄電池的電動(dòng)勢越高，說明其化學(xué)反應(yīng)效率越高，能夠提供更多的電能。
評估電池的容量：蓄電池的容量與電動(dòng)勢密切相關(guān)，通過電動(dòng)勢測試可以評估蓄電池的容量大小。
判斷電池的充放電性能：電動(dòng)勢測試可以評估電池的充放電速度和效率，反映其性能水平。
預(yù)測電池的壽命：電池的壽命與電動(dòng)勢有關(guān)，通過電動(dòng)勢測試可以預(yù)測電池的壽命。
3.2.1.2 電池電動(dòng)勢測試的原理
蓄電池電動(dòng)勢測試的原理是基于電化學(xué)原理，通過測量蓄電池兩極之間的電勢差來實(shí)現(xiàn)。具體來說，蓄電池的正極和負(fù)極之間存在一定的電勢差，這個(gè)電勢差是蓄電池產(chǎn)生電能的主要驅(qū)動(dòng)力。通過測量這個(gè)電勢差，可以評估蓄電池的性能。
電池電動(dòng)勢測試過程
3.2.1.1 電池電動(dòng)勢測試的目的
3.2.1.2 電池電動(dòng)勢測試的原理
3.2.1.3 電池電動(dòng)勢測試的方法
3.2.1.4 電池電動(dòng)勢測試的優(yōu)勢
3.2.1.5 電池電動(dòng)勢測試的注意事項(xiàng)
3.2.2 電池容量的測試
3.2.2.1 電池容量測試的目的
3.2.2.2 電池容量測試的原理
3.2.2.3 電池容量測試的方法
3.2.2.4 電池容量測試的優(yōu)勢
3.2.2.5 電池容量測試的注意事項(xiàng)
3.2.3 電池內(nèi)阻的測試
3.2.3.1 電池內(nèi)阻測試的目的
3.2.3.2 電池內(nèi)阻測試的原理
3.2.3.3 電池內(nèi)阻測試的方法
3.2.3.4 電池內(nèi)阻測試的優(yōu)勢
3.2.3.5 電池內(nèi)阻測試的注意事項(xiàng)
3.2.4 電池循環(huán)壽命的測試
蓄電池循環(huán)壽命測試是指對蓄電池在充放電循環(huán)中能夠正常工作的次數(shù)的測試。在每個(gè)充放電循環(huán)中，電池都需以深充深放的方式進(jìn)行，通常測試條件及要求為在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下，以1C充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓4.2V時(shí)，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于1/20C，停止充電，擱置0.5h~1h，然后以1C電流放電至終止電壓2.75V，放電結(jié)束后，擱置0.5h~1h，再進(jìn)行下一個(gè)充放電循環(huán)，直至連續(xù)兩次放電時(shí)間小于36min，則認(rèn)為壽命終止，循環(huán)次數(shù)必須大于300次。
蓄電池循環(huán)壽命測試在以下方面具有廣泛的應(yīng)用：
電動(dòng)汽車：蓄電池循環(huán)壽命測試可用于評估電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組性能，包括儲能能力、充放電效率和耐久性等指標(biāo)，為車輛的續(xù)航里程和使用壽命提供保障。
電力儲能系統(tǒng)：在電力儲能系統(tǒng)中，蓄電池循環(huán)壽命測試可用于評估儲能電池的性能表現(xiàn)和耐久性，確保電池組在長時(shí)間充放電過程中保持良好的性能。
工業(yè)應(yīng)用：在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，蓄電池循環(huán)壽命測試可用于評估直流電源、UPS系統(tǒng)等設(shè)備的儲能組件性能，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
科研機(jī)構(gòu)和高校：蓄電池循環(huán)壽命測試可用于科研機(jī)構(gòu)和高校進(jìn)行電池技術(shù)的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)，比較不同類型、品牌和制造商的蓄電池性能表現(xiàn)，為電池技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展提供支持。
電動(dòng)汽車
3.2.4.1 電池循環(huán)壽命測試的目的
3.2.4.2 電池循環(huán)壽命測試的原理
3.2.4.3 電池循環(huán)壽命測試的方法
3.2.4.4 電池循環(huán)壽命測試的優(yōu)勢
3.2.4.5 電池循環(huán)壽命測試的注意事項(xiàng)
3.2.5 電池靜態(tài)容量的測試
3.2.5.1 電池靜態(tài)容量測試的目的
3.2.5.2 電池靜態(tài)容量測試的原理
3.2.5.3 電池靜態(tài)容量測試的方法
3.2.5.4 電池靜態(tài)容量測試的優(yōu)勢
3.2.5.5 電池靜態(tài)容量測試的注意事項(xiàng)
3.2.6 電池充放電性能的測試
3.2.6.1 電池充放電性能測試的目的
3.2.6.2 電池充放電性能測試的原理
蓄電池充放電性能測試原理主要是基于電化學(xué)原理和電路模型。
電化學(xué)原理：蓄電池是一種利用化學(xué)反應(yīng)儲存和釋放能量的裝置。其充放電性能主要取決于內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行情況。在充電時(shí)，蓄電池的正極材料和負(fù)極材料分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)，儲存電能；在放電時(shí)，正負(fù)極材料釋放電子，電能被釋放出來。
電路模型：蓄電池可以等效為一個(gè)電容器和內(nèi)阻的組合。在充放電過程中，電流通過內(nèi)阻和負(fù)載電阻，蓄電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)儲存或釋放電能。根據(jù)這個(gè)電路模型，可以得出蓄電池充放電的基本公式：I=V/(R+r)；其中，I表示電流，V表示電壓，R表示內(nèi)阻，r表示負(fù)載電阻。
蓄電池充放電性能測試主要是通過測量蓄電池在充放電過程中的電壓、電流等參數(shù)，以及計(jì)算蓄電池儲存和釋放的電能來實(shí)現(xiàn)的。在測試過程中，通常會設(shè)定一個(gè)恒定的充電電流和放電電流，以模擬實(shí)際使用中的情況。當(dāng)蓄電池完全充電后，斷開充電電源，進(jìn)行放電測試。通過測量放電過程中蓄電池的電壓和電流，可以計(jì)算出蓄電池的實(shí)際內(nèi)阻。
庫侖效率公式：庫侖效率=（放電內(nèi)阻/充電內(nèi)阻）×100%。通過這個(gè)公式，可以評估蓄電池在不同充放電條件下的效率表現(xiàn)。
內(nèi)阻保持率公式：內(nèi)阻保持率=（當(dāng)前內(nèi)阻/初始內(nèi)阻）×100%。通過這個(gè)公式，可以評估蓄電池在充放電循環(huán)過程中的內(nèi)阻衰減程度。
能量計(jì)算公式：能量=電流×電壓×?xí)r間。通過這個(gè)公式，可計(jì)算出電池儲存和釋放的電能。
內(nèi)阻公式：內(nèi)阻=電壓/電流。通過這個(gè)公式，可以評估蓄電池內(nèi)部電阻的大小。
以一個(gè)12V、100Ah的鉛酸蓄電池為例，在5A電流下進(jìn)行充電和放電測試。通過測試得到如下數(shù)據(jù)：
充電電壓：14.2V（2小時(shí)充滿）
放電電壓：12V（持續(xù)放電至0V）
充電電流：5A（2小時(shí)充滿）
放電電流：5A（持續(xù)放電至0A）
充電時(shí)間：2小時(shí)
放電時(shí)間：持續(xù)放電至0V
庫侖效率：95%
內(nèi)阻保持率：80%
內(nèi)阻：0.1Ω（5A時(shí)）
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：該蓄電池的充電速度較快，2小時(shí)內(nèi)即可充滿。在5A電流下進(jìn)行充放電測試時(shí)，其庫侖效率為95%，內(nèi)阻保持率為80%，說明其具有較高的充放電效率。通過內(nèi)阻公式計(jì)算得到該蓄電池的內(nèi)阻為0.1Ω（5A時(shí)），說明其內(nèi)部導(dǎo)電性能良好。
電池充放電性能測試儀器
3.2.6.3 電池充放電性能測試的方法
3.2.6.4 電池充放電性能測試的優(yōu)勢
3.2.6.5 電池充放電性能測試的注意事項(xiàng)
3.2.7 電池循環(huán)次數(shù)的測試
3.2.7.1 電池循環(huán)次數(shù)測試的目的
3.2.7.2 電池循環(huán)次數(shù)測試的原理
3.2.7.3 電池循環(huán)次數(shù)測試的方法
3.2.7.4 電池循環(huán)次數(shù)測試的優(yōu)勢
3.2.7.5 電池循環(huán)次數(shù)測試的注意事項(xiàng)
3.2.8 電池過充電保護(hù)的測試
3.2.8.1 電池過充電保護(hù)測試的目的
3.2.8.2 電池過充電保護(hù)測試的原理
3.2.8.3 電池過充電保護(hù)測試的方法
3.2.8.4 電池過充電保護(hù)測試的優(yōu)勢
3.2.8.5 電池過充電保護(hù)測試的注意事項(xiàng)
3.2.9 電池開路電壓的測試
3.2.9.1 電池開路電壓測試的目的
3.2.9.2 電池開路電壓測試的原理
3.2.9.3 電池開路電壓測試的方法
蓄電池開路電壓測試方法主要包括以下步驟：
準(zhǔn)備測試設(shè)備：選擇一個(gè)合適的電壓表，精度要求較高，量程應(yīng)大于蓄電池的開路電壓。同時(shí)準(zhǔn)備好導(dǎo)線、開關(guān)和絕緣膠帶等工具。
連接測試設(shè)備：將電壓表的正極連接到蓄電池的正極，負(fù)極連接到蓄電池的負(fù)極。確保連接穩(wěn)定，避免接觸不良引起誤差。
進(jìn)行測試：打開電壓表，記錄蓄電池的開路電壓。為了獲得更準(zhǔn)確的測試結(jié)果，可以進(jìn)行多次測量并取平均值。
電池電壓測試
3.2.9.4 電池開路電壓測試的優(yōu)勢
3.2.9.5 電池開路電壓測試的注意事項(xiàng)
3.2.10 電池溫度的測試
3.2.10.1 電池溫度測試的目的
3.2.10.2 電池溫度測試的原理
3.2.10.3 電池溫度測試的方法
3.2.10.4 電池溫度測試的優(yōu)勢
3.2.10.5 電池溫度測試的注意事項(xiàng)
3.2.11 電池ESD的測試
3.2.11.1 電池ESD測試的目的
3.2.11.2 電池ESD測試的原理
3.2.11.3 電池ESD測試的方法
3.2.11.4 電池ESD測試的優(yōu)勢
3.2.11.5 電池ESD測試的注意事項(xiàng)
更多內(nèi)容請閱讀/下載請下列pdf文件：
《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（三）》
《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，下）》
《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，中）》
《鎢鉬稀土在新能源電池領(lǐng)域的應(yīng)用與市場研究（二，上）》
