一个简单的串联电池组充放电实验

一、电池包测试的必要性

近些年电动汽车有了长足的发展，消费者购置纯电动汽车的意向也越来越强。相比于传统汽车的三大件，纯电动汽车的新三大件变为：动力电池、电控系统与电机系统。

其中动力电池被称为新能源汽车的心脏，也是各汽车品牌形成差异化的关键因素。这颗“心脏”要驱动汽车这样的庞然大物，其能量是如何得到的呢？

以85D版ModelS电池包为例，该电池包有16个模组，每组有444节圆柱形电芯。

将这些电芯串联起来，就可以得到一个高电压、大容量的强力“心脏”了。当然这只是一种很简单的说法，真正的电池系统要复杂很多。

现在我们知道了电芯是动力电池的基础单元，那么对它的实时监控就显得非常必要。但在监测过程中我们会遇到一个问题，那就是串联电池组会产生较大的共模电压。所谓共模电压就是每一导体和所规定的参照点之间出现的向量电压的平均值。

以实验中的十节串联电池组为例，假设每节电池的电压均为3.6V，那么第十节电池的最高节点处的电压就是36V，十节与九节电池之间的电压值为32.4V，这样两节电池间就产生了34.2V（（36+32.4）/2=34.2）的共模电压。

这么大的共模电压输入到设备中很可能会影响它的运行，甚至损坏元器件。如何解决这种负面影响呢？最好的办法就是隔离。而本次实验所采用的PS2024V采集卡，它的每个通道都是隔离型的，可以很好的防止共模电压的影响。

二、电池包测试实验

2.1、实验准备

接下来我们将使用PS2024V完成一个关于串联电池组充放电测试的实验。

电池组是由10节锂电池串联在一起组成的，每节锂电池的平均电压在4.1V左右。而且我们会从整个电池组的正负极引出两根导线，用来测量它们在充放电时的电压变化情况。同时将电流传感器串联到回路上，以观察电池组在充放电时的电流变化。PS2024V型采集卡共有24组差分通道，按照每节电池的正负极将引线连接到采集卡上。最后通过USB线缆将电脑与采集卡相连。

2.2、放电实验

当电池组放电时，将水泥电阻串联至整个回路中，电阻的参数是30Ω100W。这里要注意的是，锂电池不能过度放电，也就是电压不能低于最低放电电压2.5V-2.75V。

打开趋势图，我们可以看到电池组的放电曲线，放电电流没有明显的变化。

但在放电过程中，有三节电池发生过放现象，它们的电压大小快速下降。

停止放电后，我们来计算一下电池组的放电量，打开数据记录表格，其有效数据是从第4行到第1312行，每次循环测量所用的时间是6s，所以用电流值乘以每次循环的测量时间，就可以计算出本次循环的放电量。但电流是随时间不断变化的，那么就要以电流对时间的积分计算出真实的放电量。而电流与时间的对应函数我们并不知道，所以本次实验使用“梯形估算法”来计算具体的放电量。由于接线问题，起始时刻的电流值大小无法得知，首次循环的放电量只能以恒定电流值乘以时间来计算，而其余循环则使用梯形估计法。在Excel表格中输入相应公式。要注意，此时的放电量单位是As，需要对这些值求和并转换为mAh。最终计算出总的放电量是2609.41mAh。

2.3、充电实验

接下来开始电池组的充电实验，使用的充电电源是恒流恒压电源，因为每节电池电压均在截止电压（2.5V～2.75V）之上，所以采用较大电流（1A）充电。在实际使用过程中，应该选用适配的充电器对电池充电。

打开趋势图，可以明显看到电池组的充电曲线，当到达指定电压后，充电电流明显减弱。

还是以同样的方法，我们计算出电池组的充电量为2641.28mAh。

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再见。

审核编辑 黄宇