CN103091640A - 一种电池测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池测试方法，所述电池为一次性电池，包括：通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值；通过对Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式；针对待测试电池，根据获取到的待测试电池的实际工作情况以及确定出的Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出待测试电池在断续放电状态下的容量。本发明同时公开了一种电池测试装置。应用本发明所述方案，能够提高测试结果的准确性。

Description

一种电池测试方法和装置

技术领域

本发明涉及测试技术，特别设计一种电池测试方法和装置。

背景技术

对于一次性电池来说，可对其进行恒电流测试或恒电阻测试，以得到电池的容量等。

但是，测试得到的容量往往与实际工作过程中电池实际释放出来的容量有着较大的差别，这是由于在实际工作时，电池多处于断续放电状态，如果有足够的时间，电能可以得到一定的恢复，从而使得电池的容量会有较大的增加，而测试时电池处于连续放电状态。比如，与恒电流测试得到的容量相比，断续放电状态下的电池可释放出的容量可能为测试得到的容量的三至五倍，多时甚至可以达到十倍。

也就是说，采用现有的测试方式得到的电池容量与实际情况并不相符，即得到的测试结果不够准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电池测试方法和装置，能够提高测试结果的准确性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电池测试方法，所述电池为一次性电池，包括：

通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值；

通过对所述Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式；

针对待测试电池，根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述待测试电池在断续放电状态下的容量。

一种电池测试装置，所述电池为一次性电池，包括：确定模块和测试模块；

所述确定模块，用于通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值；并通过对所述Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式；

所述测试模块，用于针对待测试电池，根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述待测试电池在断续放电状态下的容量。

可见，采用本发明所述方案，可结合工程测量的方式，利用Huber经验公式、电池在断续放电状态下的容量计算公式以及待测试电池的实际工作情况等计算出待测试电池在断续放电状态下的容量，从而相比于现有技术提高了测试结果的准确性；而且，本发明所述方案实现起来简单方便，便于普及和推广。

附图说明

图1为本发明电池测试方法第一实施例的流程图。

图2为本发明电池测试方法第二实施例的流程图。

图3为本发明电池测试装置实施例的组成结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中存在的问题，本发明中提出一种改进后的电池测试方案，能够提高测试结果的准确性。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。

需要说明的是，以下各实施例中的电池均为一次性电池。

图1为本发明电池测试方法第一实施例的流程图。如图1所示，包括：

步骤11：通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值。

本步骤中，可针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电阻测试，从而得到N条恒电阻放电曲线，N为大于1的正整数，具体取值可根据实际需要而定；并可根据N条恒电阻放电曲线，采用消元法，求解出Huber经验公式中的各常数因子的取值。N个样本电池属于同一类型，且与待测试电池属于同一类型。

Huber经验公式如下所示：

C_h＝C₀(1-exp(-K₁R^1/2)-exp(- K₂R^-n))；     （1）

其中，C_h表示测试得到的电池容量，C₀表示电池的理论容量，K₁表示电极物理化学性质的特征常数，反映了电池的几何形状对电池性能的影响，R表示负荷电阻，K₂和n用于对C_h进行修正。

以N取值为2为例，在实际应用中，可针对每个样本电池，分别对其进行恒电阻测试，并在测试过程中，随着时间的变化，周期性地采集电池的电压变化情况，即得到2组随着时间变化的电压变化序列E＝{E₁,E₂,E₃,…,E_n}，R＝R_c,T＝ΔT，并可根据2个序列生成2条恒电阻放电曲线；之后，可根据2条恒电阻放电曲线，采用消元法，求解出Huber经验公式中的各常数因子即K₁、K₂和n的取值，具体实现为现有技术。

由于一次性电池在放电时，放电电流通常较小，放电时间通常在10小时以上，因此在进行恒电阻测试时，采用带散热片的功率电阻就可以了，通过简单并联，即可实现相应的电路功能。

步骤12：通过对Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式。

本步骤中，可利用连续放电与断续放电之间的关系，对Huber经验公式进行修正，从而得到电池在断续放电状态下的容量计算公式如下：

C_h′＝C₀(1-exp(-K₁(R/C)^1/2)-exp(-K₂(1/C)^-1/2(R/C)^-n))；          （2）

其中，C表示放电周率因子，C_h'表示电池在断续放电状态下的容量；

步骤13：针对待测试电池，根据获取到的待测试电池的实际工作情况以及确定出的Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出待测试电池在断续放电状态下的容量。

本步骤中，可根据获取到的待测试电池对应的R和C的取值，以及确定出的Huber经验公式中的K₁、K₂和n的取值，利用公式（2）计算出C_h′，得到待测试电池在断续放电状态下的容量。

待测试电池对应的R和C的取值即为待测试电池实际工作时对应的R和C的取值。

在实际应用中，对于采用一次性电池作为长期供电的设备，除了需要获知电池在断续放电状态下的容量外，较佳地，如果能够预先获知电池在断续放电状态下的工作时长，将对于设备的使用等具有重要的意义。

为此，本发明所述方案中还提出一种获取待测试电池在断续放电状态下的工作时长的方法。

图2为本发明电池测试方法第二实施例的流程图。如图2所示，包括：

步骤21：通过工程测量的方式确定出Shepherd方程中的各常数因子的取值。

本步骤中，可针对与第一实施例中不同的另外N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电流测试，从而得到N条恒电流放电曲线，N为大于1的正整数，具体取值可根据实际需要而定；并可根据N条恒电流放电曲线，采用消元法，求解出Shepherd方程中的各常数因子的取值。N个样本电池属于同一类型，且与待测试电池属于同一类型。

Shepherd方程描述了电池的电压和放电时长之间的定量关系，这一函数关系对电池极为重要，一旦确定了此方程，某种类型的电池，在任意给定的电流下放电，都可以计算出电池在该电流下某时的电压。

Shepherd方程如下所示：

$E=E_s-K\left(\frac{Q}{Q-\mathrm{it}}\right)i-\mathrm{Ni}+\mathrm{Aexp}(-B{Q}^{-1}\mathrm{it});---\left(3\right)$

其中，E表示工作过程中的电池电压，E_s表示电池的截距电压，K表示直线区段斜率，含有与活化极化有关的阻抗的线性系数，Q表示最先失效的控制电极上单位面积活性特质的有效容量，i表示电流，t表示放电时长，N表示电解质阻抗部分单位面积上的内阻，A和B表示曲线前端拟合常数。

以N取值为2为例，在实际应用中，可针对每个样本电池，分别对其进行恒电流测试，并在测试过程中，随着时间的变化，周期性地采集电池的电压变化情况，即得到2组随着时间变化的电压变化序列E＝{E₁,E₂,E₃,…,E_n}，I＝I_c,T＝ΔT，并可根据2个序列生成2条恒电流放电曲线；之后，可根据2条恒电流放电曲线，采用消元法，求解出Shepherd方程中的各常数因子即Q、K、N、Es、A、B的取值，具体实现为现有技术。

在进行恒电流测试时，可采用恒流源电路，恒流源是电路中一个广泛使用的组件，分为流出和流入两种形式，由于本发明所述方案中需要测试电池的放电特性，因此只能选流入形式。最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管，但由于恒流二极管的恒流特性并不是很好，电流规格又比较少，价格也比较昂贵，因此在实际应用中可使用一个运放作为反馈，同时选用NPN型三极管来控制末端的电流，电流的大小等于运放正极输入的参考电压除以三极管发射极所接电阻的阻值。

在恒电流测试和恒电阻测试过程中，虽然所需的只是电池的电压，但在实际应用中，为避免其它原因对测试造成影响，如电阻散热有问题导致电阻的阻值升高过多等，可以在采集电压的同时，对电流进行采集，并根据实际采集到的电流确定各常数因子的取值。

另外，在进行恒电流测试和恒电阻测试时，可针对每个样本电池，分别设置一个蜂鸣器或指示灯，当每个样本电池的电压下降到终止电压时，启动对应的蜂鸣器或指示灯，以告知测试人员完成了相应的恒电流测试或恒电阻测试。

再有，在进行恒电流测试和恒电阻测试时，以N的取值为2为例，通常一个测试对应较大电流，而另一个测试对应较小电流，较大电流和较小电流的具体取值可根据实际需要而定。

步骤11中的Huber经验公式和步骤21中的Shepherd方程为半理论、半经验的，其中的各常数因子均具有明确的物理意义，但很难采用电化学方式来确定其取值，如果采用纯数学方式计算，由于多为指数形式，也很困难，而本发明所述方案中采用工程测量的方式，对一些取值较小的项数可以忽略不计，从而可大大简化计算过程。

步骤22：针对待测试电池，根据获取到的待测试电池的实际工作情况以及确定出的Shepherd方程中的各常数因子的取值，利用Shepherd方程计算出待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

本步骤中，可根据获取到的待测试电池对应的i的取值，以及确定出的Shepherd方程中的Q、K、N、Es、A、B的取值，利用Shepherd方程计算出待测试电池在断续放电状态下的工作时长，即待测试电池的使用寿命。

具体地，当待测试电池分时段进行工作时，针对第一时段，根据该时段对应的i的取值，利用Shepherd方程计算出E的取值，并在当该时段结束时，针对下一时段，将最新计算出的E的取值作为E_s的取值，利用Shepherd方程计算出新的E的取值，依次类推；当计算出的E的取值小于或等于预先设定的终止电压时，将之前各时段对应的时长进行相加，得到待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

对于图1和图2所示实施例，在实际应用中，还可将生成的曲线以及确定出的各常数因子的取值等显示给测试人员，以便测试人员更为直观地了解到相关的处理结果等。

至此，即完成了关于本发明方法实施例的介绍。

基于上述介绍，图3为本发明电池测试装置实施例的组成结构示意图。如图3所示，包括：确定模块和测试模块；

确定模块，用于通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值；并通过对Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式；

测试模块，用于针对待测试电池，根据获取到的待测试电池的实际工作情况以及确定出的Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出待测试电池在断续放电状态下的容量。

具体地，

确定模块针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电阻测试，得到N条恒电阻放电曲线，N为大于1的正整数；根据N条恒电阻放电曲线，采用消元法，求解出Huber经验公式中的各常数因子的取值。

Huber经验公式为：C_h＝C₀(1-exp(-K₁R^1/2)-exp(-K₂R^-n))；       （1）

其中，C_h表示测试得到的电池容量，C₀表示电池的理论容量，K₁表示电极物理化学性质的特征常数，R表示负荷电阻，K₂和n用于对C_h进行修正；

电池在断续放电状态下的容量计算公式为：

C_h′＝C₀(1-exp(-K₁(R/C)^1/2)-exp(-K₂(1/C)^-1/2(R/C)^-n))；       （2）

其中，C表示放电周率因子，C_h'表示电池在断续放电状态下的容量；

测试模块根据获取到的待测试电池对应的R和C的取值，以及确定出的Huber经验公式中的K₁、K₂和n的取值，利用电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出C_h'，得到待测试电池在断续放电状态下的容量。

另外，

确定模块还可进一步用于，通过工程测量的方式确定出Shepherd方程中的各常数因子的取值；

测试模块还可进一步用于，针对待测试电池，根据获取到的待测试电池的实际工作情况以及确定出的Shepherd方程中的各常数因子的取值，利用Shepherd方程计算出待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

具体地，

确定模块针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电流测试，得到N条恒电流放电曲线，N为大于1的正整数；根据N条恒电流放电曲线，采用消元法，求解出Shepherd方程中的各常数因子的取值。

Shepherd方程为： $E=E_s-K\left(\frac{Q}{Q-\mathrm{it}}\right)i-\mathrm{Ni}+\mathrm{Aexp}(-B{Q}^{-1}\mathrm{it});---\left(3\right)$

其中，E表示工作过程中的电池电压，E_s表示电池的截距电压，K表示直线区段斜率，Q表示最先失效的控制电极上单位面积活性特质的有效容量，i表示电流，t表示放电时长，N表示电解质阻抗部分单位面积上的内阻，A和B表示曲线前端拟合常数；

测试模块根据获取到的待测试电池对应的i的取值，以及确定出的Shepherd方程中的Q、K、N、Es、A、B的取值，利用Shepherd方程计算出待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

具体地，

当待测试电池分时段进行工作时，测试模块针对第一时段，根据该时段对应的i的取值，利用Shepherd方程计算出E的取值，并在当该时段结束时，针对下一时段，将最新计算出的E的取值作为E_s的取值，利用Shepherd方程计算出新的E的取值，依次类推；当计算出的E的取值小于或等于预先设定的终止电压时，将之前各时段对应的时长进行相加，得到待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

图3所示装置实施例的具体工作流程请参照前述方法实施例中的相应说明，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种电池测试方法，所述电池为一次性电池，其特征在于，包括：

通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值；

通过对所述Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式；

针对待测试电池，根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述待测试电池在断续放电状态下的容量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值包括：

针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电阻测试，得到N条恒电阻放电曲线，所述N为大于1的正整数；

根据所述N条恒电阻放电曲线，采用消元法，求解出所述Huber经验公式中的各常数因子的取值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述Huber经验公式为：C_h＝C₀(1-exp(-K₁R^1/2)-exp(-K₂R^-n))；

其中，所述C_h表示测试得到的电池容量，所述C₀表示电池的理论容量，所述K₁表示电极物理化学性质的特征常数，所述R表示负荷电阻，所述K₂和n用于对所述C_h进行修正；

所述电池在断续放电状态下的容量计算公式为：C_h′＝C₀(1-exp(-K₁(R/C)^1/2)-exp(-K₂(1/C)^-1/2(R/C)^-n))；其中，所述C表示放电周率因子，所述C_h'表示电池在断续放电状态下的容量；

所述根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述待测试电池在断续放电状态下的容量包括：

根据获取到的所述待测试电池对应的R和C的取值，以及确定出的所述Huber经验公式中的K₁、K₂和n的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述C_h'，得到所述待测试电池在断续放电状态下的容量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

通过工程测量的方式确定出Shepherd方程中的各常数因子的取值；

针对所述待测试电池，根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Shepherd方程中的各常数因子的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过工程测量的方式确定出Shepherd方程中的各常数因子的取值包括：

针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电流测试，得到N条恒电流放电曲线，所述N为大于1的正整数；

根据所述N条恒电流放电曲线，采用消元法，求解出所述Shepherd方程中的各常数因子的取值。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，

所述Shepherd方程为： $E=E_s-K\left(\frac{Q}{Q-\mathrm{it}}\right)i-\mathrm{Ni}+\mathrm{Aexp}(-{\mathrm{BQ}}^{-1}\mathrm{it});$

其中，所述E表示工作过程中的电池电压，所述E_s表示电池的截距电压，所述K表示直线区段斜率，所述Q表示最先失效的控制电极上单位面积活性特质的有效容量，所述i表示电流，所述t表示放电时长，所述N表示电解质阻抗部分单位面积上的内阻，所述A和B表示曲线前端拟合常数；

所述根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Shepherd方程中的各常数因子的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长包括：

根据获取到的所述待测试电池对应的i的取值，以及确定出的Shepherd方程中的Q、K、N、Es、A、B的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用所述Shepherd方程计算出所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长包括：

当所述待测试电池分时段进行工作时，针对第一时段，根据该时段对应的i的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述E的取值，并在当该时段结束时，针对下一时段，将最新计算出的E的取值作为E_s的取值，利用所述Shepherd方程计算出新的E的取值，依次类推；当计算出的E的取值小于或等于预先设定的终止电压时，将之前各时段对应的时长进行相加，得到所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

8.一种电池测试装置，所述电池为一次性电池，其特征在于，包括：确定模块和测试模块；

所述确定模块，用于通过工程测量的方式确定出Huber经验公式中的各常数因子的取值；并通过对所述Huber经验公式进行修正，得到电池在断续放电状态下的容量计算公式；

所述测试模块，用于针对待测试电池，根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Huber经验公式中的各常数因子的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述待测试电池在断续放电状态下的容量。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述确定模块针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电阻测试，得到N条恒电阻放电曲线，所述N为大于1的正整数；根据所述N条恒电阻放电曲线，采用消元法，求解出所述Huber经验公式中的各常数因子的取值。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，

所述Huber经验公式为：C_h＝C₀(1-exp(-K₁R^1/2)-exp(-K₂R^-n))；

其中，所述C_h表示测试得到的电池容量，所述C₀表示电池的理论容量，所述K₁表示电极物理化学性质的特征常数，所述R表示负荷电阻，所述K₂和n用于对所述C_h进行修正；

所述电池在断续放电状态下的容量计算公式为：C_h′＝C₀(1-exp(-K₁(R/C)^1/2)-exp(-K₂(1/C)^-1/2(R/C)^-n))；其中，所述C表示放电周率因子，所述C_h'表示电池在断续放电状态下的容量；

所述测试模块根据获取到的所述待测试电池对应的R和C的取值，以及确定出的所述Huber经验公式中的K₁、K₂和n的取值，利用所述电池在断续放电状态下的容量计算公式计算出所述C_h'，得到所述待测试电池在断续放电状态下的容量。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述确定模块进一步用于，通过工程测量的方式确定出Shepherd方程中的各常数因子的取值；

所述测试模块进一步用于，针对所述待测试电池，根据获取到的所述待测试电池的实际工作情况以及确定出的所述Shepherd方程中的各常数因子的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述确定模块针对N个样本电池中的每个样本电池，分别进行一次恒电流测试，得到N条恒电流放电曲线，所述N为大于1的正整数；根据所述N条恒电流放电曲线，采用消元法，求解出所述Shepherd方程中的各常数因子的取值。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，

所述Shepherd方程为： $E=E_s-K\left(\frac{Q}{Q-\mathrm{it}}\right)i-\mathrm{Ni}+\mathrm{Aexp}(-{\mathrm{BQ}}^{-1}\mathrm{it});$

其中，所述E表示工作过程中的电池电压，所述E_s表示电池的截距电压，所述K表示直线区段斜率，所述Q表示最先失效的控制电极上单位面积活性特质的有效容量，所述i表示电流，所述t表示放电时长，所述N表示电解质阻抗部分单位面积上的内阻，所述A和B表示曲线前端拟合常数；

所述测试模块根据获取到的所述待测试电池对应的i的取值，以及确定出的Shepherd方程中的Q、K、N、Es、A、B的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，

当所述待测试电池分时段进行工作时，所述测试模块针对第一时段，根据该时段对应的i的取值，利用所述Shepherd方程计算出所述E的取值，并在当该时段结束时，针对下一时段，将最新计算出的E的取值作为E_s的取值，利用所述Shepherd方程计算出新的E的取值，依次类推；当计算出的E的取值小于或等于预先设定的终止电压时，将之前各时段对应的时长进行相加，得到所述待测试电池在断续放电状态下的工作时长。

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