CN107589376B - 模拟全海深压力电池性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟全海深压力电池性能测试装置及方法，包括：铸铁压力容器、加压机构以及设置于铸铁压力容器内部的待测软包磷酸铁锂电池、绝缘介质和传感机构。铸铁压力容器包括：带有压力表和泄压阀的压力罐，其中：耐压140Mpa的铸铁压力容器顶部设有电路接插口、压力表以及加压管路接插口。本发明能够模拟出100MPa压力和低温下的全海深环境，并能够将稳定性较差的磷酸铁锂电池最大加压到100MPa，测试深海潜水器电池电气参数随深度的变化情况。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电池测试领域的技术，具体是一种模拟全海深100Mpa压力下软包磷酸铁锂电池性能测试装置及方法。
背景技术
为了提高深潜器续航时，当前发展趋势是不再把锂离子电池组放在沉重的耐压容器中，而将锂离子电池组是布置在较轻的充油型压力补偿箱内。这就造成了电池组工作环境的温度、压力会随下潜深度改变发生剧烈变化，对电池电气特性具有较强的影响。电池电气特性研究为建立电池管理系统提供依据和必要条件，为保障深潜器的安全性和经济性具有重要意义。目前国内外的对深海环境下电池测试设备与测试方法的研究基本空白，磷酸铁锂电池在一万米水深环境下的相关测试也从未进行过。
发明内容
本发明提出一种模拟全海深压力电池性能测试装置及方法，能够模拟出100MPa压力和低温下的全海深环境，并能够将稳定性较差的磷酸铁锂电池最大加压到100MPa，测试深海潜水器电池电气参数随深度的变化情况。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种模拟全海深压力下电池性能测试装置，包括：铸铁压力容器、加压机构以及设置于铸铁压力容器内部的待测软包磷酸铁锂电池、绝缘介质和传感机构。
所述的铸铁压力容器包括：带有压力表和泄压阀的压力罐，其中：耐压140Mpa的铸铁压力容器顶部设有电路接插口、压力表以及加压管路接插口。
所述的加压机构包括：手动加压泵、高压管路、管路接插口，其中：手动加压泵的进一步技术细节：加压能力可达140MPa的加压泵为压杆活塞式加压泵且设有泄压阀。
所述的传感机构包括：热力学检测器和电学检测器，其中：热力学检测器设置于铸铁压力容器外壁并与测试模块相连并输出热力学检测信息，电学检测器的两端分别与待测软包磷酸铁锂电池和测试模块相连并输出电压电流模拟信号。
所述的热力学检测器包括若干热电偶和分别与之相连的辅助通道，其中：辅助通道采集来自热电偶两端的电压模拟信号并将模拟信号转成数字信号。
所述的电学检测器包括：设置于铸铁压力容器内部并分别与待测的正负极相连的电极以及位于铸铁压力容器外部并与电极相连的电池测试平台，其中：电池测试平台通过电极采集电池的电压与电流模拟信号。
所述的绝缘介质优选为绝缘油。
本发明涉及上述装置的压力测试方法，包括以下步骤：
步骤1)搭建模拟全海深压力下电池性能测试装置：将电池极耳和电极连接好后，用热熔胶将极耳处封住；用毫欧表测量导线电阻；在进行加压试验前将电池放空。
步骤2)对铸铁压力容器进行阶梯式加压的同时对待测软包磷酸铁锂电池进行充放电测试。
步骤3)在保持模拟深海压力的状态下对经阶梯式加压的待测软包磷酸铁锂电池进行电气测试，具体包括：
3.1)将电池充满后静置1.5h，每隔10％SOC进行HPPC测试，同时取SOC点之间的最后静置电压计算OCV-SOC曲线。
3.2)将电池充满后静置1.5h，进行DST工况测试。
3.3)将电池充满后静置1.5h，进行最大容量和放电倍率测试。
3.4)缓慢泄压至常压并检测电池外观。
技术效果
本发明首次有人提出的一种系统的、安全的、有效的全海深电池加压方法与实验装置，可以为深潜器电池系统设计人员提供实验方法参考；与现有测试技术只能测式常压下电池电气特性相比，本发明可用于研究电池电气特性随压力的变化规律；验证了软包磷酸铁锂电池具备在10000米水深环境下正常工作的能力。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图中：1上位机、2电池测试平台、3辅助通道、4热电偶、5密封电路接插口、6压力表、7加压罐、8阀门、9加压管路接口、10电路插头、11绝缘油、12电池极耳、13螺栓、14软包磷酸铁锂电池、15泄压阀、16手动加压泵。
具体实施方式
本实施例实验设备采用动力电池测试设备，毫欧表，100MPa压力试验桶、手动加压泵；测试对象为3AH磷酸铁锂软包电池；测试温度为20℃和3℃；测试压力为0.1MPa-100Mpa。
本装置结构如图1所示：铸铁压力容器7与加压机构16通过阀门8、加压管路接口9以高压管路相连接。测试电池极耳12通过螺栓13与铸铁压力容器顶部的电路插头10和密封插口5相连接，插头10通过导线与电池测试平台2相连。热电偶4布置在铸铁压力容器表面，与辅助通道3连接。电池测试平台，通过连接辅助通道与上位机实现通讯。
本实施例包括以下步骤：
步骤1.搭建模拟全海深压力下电池性能测试装置：将电池极耳和电极连接好后，用热熔胶将极耳处封住；用毫欧表测量导线电阻；在进行加压试验前将电池放空。
步骤2.电池阶梯式加压：
2.1)将铸铁压力容器内注满绝缘油。
2.2)用手动加压泵以规定加压速率将绝缘油压入铸铁压力容器内，观察压力表数值，压力到达设定的保压压力后，静置规定时间。然后在对电池做短时充放测试，并再次静置规定时间。
2.3)重复上述步骤直到压力到达100MPa。
2.4)电池加压到100MPa后延长静置时间，然后对电池做短时充放测试，再长时间静置，记录电池电压变化。
2.5)若电池没有发生内部短路，则进行电气特性测试，若出现问题，则泄压后取出电池进行检查。
步骤3.HPPC测试：
3.1)从100％SOC开始，每隔10％SOC进行以下测试：
①2C放电10s，静置40s。
②0.5C充电10s，静置10s。
③0.5C放电至下一个SOC点，静置1h30min。
④重复步骤1-3共9次，记录每个采样时刻的电压、电流值。
3.2)静置1min，用0.1C电流将电池放空。
步骤4.DST工况：
从100％SOC开始，按照以下电流顺序进行若干个DST循环后结束测试：
步骤5.最大容量和倍率测试：
从100％SOC开始进行循环放电测试，具体为：
①按照恒流1C，3.65V恒压至电流小于0.01C将电池充满，静置1min。
②1.5C放电1min，静置10s，重复该步骤至截止电压，否则进入步骤③。
③1C放电1min，静置10s，重复该步骤至截止电压，否则进入步骤④。
④0.5C放电1min，静置10s，重复该步骤至截止电压，否则进入步骤⑤。
⑤0.2C放电1min，静置10s，重复该步骤至截止电压，否则进入步骤⑥。
⑥0.1C放电1min，静置10s，重复该步骤至截止电压，否则进入步骤⑦。
⑦0.05C放电1min，静置10s，重复该步骤至截止电压，否则进入步骤⑧。
⑧0.02C放电5min，静置30s，重复该步骤将电池放空至截止电压。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (5)
1.一种基于模拟全海深压力下电池性能测试装置的压力测试方法，其特征在于，所述测试装置包括：铸铁压力容器、加压机构以及设置于铸铁压力容器内部的待测软包磷酸铁锂电池、绝缘油和传感机构；
所述的铸铁压力容器包括：带有压力表和泄压阀的压力罐，其中：耐压140Mpa的铸铁压力容器顶部设有电路接插口、压力表以及加压管路接插口；
所述的压力测试方法，包括以下步骤：
步骤1)搭建模拟全海深压力下电池性能测试装置：将电池极耳和电极连接好后，用热熔胶将极耳处封住；用毫欧表测量导线电阻；在进行加压试验前将电池放空；
步骤2)对铸铁压力容器进行阶梯式加压的同时对待测软包磷酸铁锂电池进行充放电测试，具体包括：
2.1)将铸铁压力容器内注满绝缘油；
2.2)用手动加压泵以规定加压速率将绝缘油压入铸铁压力容器内，观察压力表数值，压力到达设定的保压压力后，静置规定时间；然后在对电池做短时充放测试，并再次静置规定时间；
2.3)重复上述步骤直到压力到达100MPa；
2.4)电池加压到100MPa后延长静置时间，然后对电池做短时充放测试，再长时间静置，记录电池电压变化；
2.5)当电池没有发生内部短路，则进行电气特性测试，当出现问题，则泄压后取出电池进行检查；
步骤3)在保持模拟深海压力的状态下对经阶梯式加压的待测软包磷酸铁锂电池进行电气测试，具体包括：
3.1)将电池充满后静置1.5h，每隔10%SOC进行HPPC测试，同时取SOC点之间的最后静置电压计算OCV-SOC曲线；
3.2)将电池充满后静置1.5h，进行DST工况测试；
3.3)将电池充满后静置1.5h，进行最大容量和放电倍率测试；
3.4)缓慢泄压至常压并检测电池外观。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的加压机构包括：手动加压泵、高压管路、管路接插口，其中：加压能力达140Mpa的加压泵为压杆活塞式加压泵且设有泄压阀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的传感机构包括：热力学检测器和电学检测器，其中：热力学检测器设置于铸铁压力容器外壁并与测试模块相连并输出热力学检测信息，电学检测器的两端分别与待测软包磷酸铁锂电池和测试模块相连并输出电压电流模拟信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的热力学检测器包括若干热电偶和分别与之相连的辅助通道，其中：辅助通道采集来自热电偶两端的电压模拟信号并将模拟信号转成数字信号。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的电学检测器包括：设置于铸铁压力容器内部并分别与待测的正负极相连的电极以及位于铸铁压力容器外部并与电极相连的电池测试平台，其中：电池测试平台通过电极采集电池的电压与电流模拟信号。
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