鋰電池性能及安全性測試方案

圖8 兩通道電源+負(fù)載實(shí)現(xiàn)DC/DC一體化測試圖

測試DC/DC電源的各項(xiàng)指標(biāo)：

?完整的兩象限工作狀態(tài)，可以作為電

子負(fù)載使用

? 100kHz任意波形帶寬，可以生成所

需要的任意波形電壓、電流波形、脈

沖、噪聲等信號(hào)

? 200kHz采樣率，作為電子負(fù)載，直

接觀察輸入電壓、電流波形

?低電壓狀態(tài)下工作正常，無導(dǎo)通電壓

要求

APS是市場上功能較為強(qiáng)大的直流電源設(shè)備，具有眾多特性：

?體積小，速度快，輸出/測量精度高

?低輸出噪聲，以80V電壓型號(hào)為例，紋波噪聲峰峰值13mV，有效值1.5mV。

?兩象限工作能力，可作為電源或電子

負(fù)載使用

?無縫量程切換功能，同時(shí)測量mA到

幾十A電流

?電壓電流的長時(shí)間數(shù)據(jù)記錄功能

?電壓電流短時(shí)間波形采集功能

?電壓電流的輸出波形編輯功能

?電壓電流波形的捕捉和回放

?多種觸發(fā)/保護(hù)功能，靈活的功率配置

N69xx與N79xx APS電源主要性能對(duì)比如表2所示。N6900A主要針對(duì)高性能的供電應(yīng)用，N7900A除了高性能供電之外，提供高性能的測量。

表2 N69xx與N79xx APS電源主要性能

APS電源的雙象限工作模式是通過外接功率耗散器，實(shí)現(xiàn)電源與電子負(fù)載功能的無縫銜接。功率耗散其單元直接與電源連接，實(shí)現(xiàn)電流的全量程吸收，所有控制由電源端實(shí)現(xiàn)，不需要額外的編程控制接口。2kW電源可以連接兩個(gè)功率擴(kuò)散器，實(shí)現(xiàn)電源與電子負(fù)載功率匹配。還可以實(shí)現(xiàn)電源與電子負(fù)載功能的無縫銜接，與真實(shí)電池性能一致，充放電可自由轉(zhuǎn)換。一體化的電源與電子負(fù)載集成方案，可以對(duì)正負(fù)電流進(jìn)行直接測量，可以累積計(jì)算沖電量和放電量。使用APS模擬蓄電池進(jìn)行PCU測試，測量評(píng)估PCU硬件對(duì)電池充電/放電管理性能。當(dāng)前，大部分客戶采用的電源是以負(fù)載和開關(guān)切換的方式模擬電池，無法實(shí)現(xiàn)充放電無縫切換。APS電流源可以實(shí)現(xiàn)雙象限工作，提供更加真實(shí)的模擬電池充放電特性。

問答選編

問：相比傳統(tǒng)的鋰電保護(hù)測試方案，創(chuàng)新在于哪里？

答：常規(guī)的電池保護(hù)測試，必須配合直流電源、電子負(fù)載、示波器、電流探頭、大電流開關(guān)、萬用表等很多類型設(shè)備完成。現(xiàn)在這個(gè)方案通過內(nèi)置電源和負(fù)載，電壓、電流數(shù)值化儀，以及本身非常高的輸出精度和測試精度，可以極大的簡化測試系統(tǒng)的復(fù)雜度，測試效率和測試重復(fù)性等。

問：測試的性價(jià)比如何？汽車電池能測嗎？

答：N6705主要是小功率電池測試，集中在手機(jī)電池和其他移動(dòng)通信產(chǎn)品電池的充電。這主要是受電源模塊輸出功率的限制。如果需要對(duì)大功率電池進(jìn)行測試，可以使用我們更大功率的電源產(chǎn)品，如N6700/N7900系列APS電源，功率范圍在1000W~2000W，可以支持串并聯(lián)擴(kuò)充輸出范圍，同樣具備兩象限工作能力，可以對(duì)電池進(jìn)行充放電測試。

問：在測試設(shè)備終端啟動(dòng)時(shí)對(duì)電源輸出的影響有哪些？

答：這是N6705的一項(xiàng)功能，由于帶有示波器功能和觸發(fā)功能，可以測量待測件啟動(dòng)時(shí)浪涌電流的幅度和持續(xù)時(shí)間。另外也可以作為電源，產(chǎn)生不同供電波形，例如直流供電上疊加交流干擾，或者瞬間掉電，測試被供電設(shè)備對(duì)于電源干擾的抵抗能力。

問：請問鋰電池的安全度如何？

答：想用這種電源進(jìn)行電池或電芯仿真，若使用APS進(jìn)行電芯的仿真，模擬可以進(jìn)行充電、放電無縫切換的電芯特性，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)控制電路的性能驗(yàn)證。而且仿真電池或電芯時(shí)，可以提供響應(yīng)速度非常快的過壓，過流等保護(hù)，通常在μs級(jí)別，達(dá)到保護(hù)非常昂貴的電池供電器件的保護(hù)，避免出現(xiàn)損壞的情況。

問：N6705可以作為一臺(tái)示波器使用嗎？

答：N6705 主要用于測試電源本身輸出的電壓、電流和功率值，也就是待測件從電源中獲取的電壓電流值。作為對(duì)外輸出功率的電源，不能直接測量外部的信號(hào)。但是的SMU電源模塊N6781A可以作為0壓降的電流表，串聯(lián)在其他供電回路中測量電流值。

問：如何判斷保護(hù)板是否已損壞？

答：判斷保護(hù)電路是否已經(jīng)損壞就需要對(duì)電池進(jìn)行充、放電保護(hù)的驗(yàn)證，如施加較大充電電流，測試是否有保護(hù)及保護(hù)時(shí)間響應(yīng)是否正常。

問：對(duì)于手機(jī)電池的待機(jī)時(shí)間很短，充電寶易爆等問題，有沒有一些新的方案和產(chǎn)品來解決問題？

答：是的，現(xiàn)在的充電寶容量也越來越大，網(wǎng)上甚至有賣超過10000mA的產(chǎn)品，容量越大，危險(xiǎn)也越大。如何避免各種災(zāi)難出現(xiàn)，主要有幾個(gè)方面：第一，生產(chǎn)廠家需要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，使用好的電芯，保護(hù)控制電路和封裝等；第二，用戶使用習(xí)慣要盡量遵循電池的特性，例如，不要長時(shí)間給電池充電，使用正規(guī)的充電器等。

問：安捷倫科技的電池主要用在哪些設(shè)備上呢？

答：安捷倫科技本身不生產(chǎn)電池， 主要提供測試測量設(shè)備，針對(duì)電池測試，主要包括直流電源、電子負(fù)載、示波器、萬用表、數(shù)據(jù)采集儀等用于電池的性能測試和評(píng)估。當(dāng)然，安捷倫科技新的雙象限電源，具有吸收和輸出電流的功能，可以用于模擬電池，進(jìn)行設(shè)備在模擬電池條件下各種性能的測試。

問：APS電源在配合N7909A之后是如何解決現(xiàn)在的車載電源系統(tǒng)普遍存在無法實(shí)現(xiàn)正負(fù)電流的無縫裝換這個(gè)問題的？

答：APS電源本身不是簡單的電源與電子負(fù)載相加。電源與電子負(fù)載實(shí)現(xiàn)的正負(fù)電流切換，中間會(huì)存在短暫的跳變和不連貫現(xiàn)象。這款電源本身是一個(gè)雙象限電源，自身的功率吸收能力是輸出能力的10%，例如1000W的APS電源，本身可以吸收100W的功率。如果連接N7909A功率耗散器后，當(dāng)需要吸收的功率超過10%，則將多余功率傳輸?shù)絅7909A上，實(shí)現(xiàn)兩象限之間的無縫連接。

問：示波器和記錄儀的精度有多高？

答：電源分析儀或APS電源集成示波器或數(shù)據(jù)記錄儀，具有非常高的分辨率和精度。相比示波器的8bits或12bits，可以提供18bits甚至28bits的測試動(dòng)態(tài)。

問：APS兩象限工作針對(duì)電池測試的優(yōu)勢是什么？

答：APS電源針對(duì)電池測試，具有的電源和負(fù)載二合一，電壓和電流示波器，電流源模式和任意波形功能，單臺(tái)儀表就可以完成電池的全指標(biāo)測試，包括：充電過流保護(hù)；放電過流保護(hù)；電池交流內(nèi)阻；短路保護(hù)。

問：請問怎么測量鋰電池的低溫放電性能？

答：電池在低溫環(huán)境下特性的變化主要取決于電芯的化學(xué)成分。就測試方法而言，低溫性能測試和常溫沒有太大差別，不同點(diǎn)就是把電池放置在低溫環(huán)境下。

問：大功率電池的測試相對(duì)比較危險(xiǎn)，APS電源都提供了哪些保護(hù)功能確保測試過程的安全？

答：APS電源輸出端帶有輸出繼電器，可以從物理上中斷電源與電池之間的連接，防止電池通過電源端漏電。另外提供的過壓保護(hù)，過流保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間都是50μs，可以在較短時(shí)間內(nèi)切斷電源輸出，保護(hù)電池。我們還提供看門狗功能，監(jiān)測電源與上位機(jī)的通信是否中斷。另外還有電源自帶的黑盒子功能，可以記錄保存電源長時(shí)間工作時(shí)的狀態(tài)，在發(fā)生故障后，可以用來回溯數(shù)據(jù)，查找故障原因。

問：請問N6705能否用來評(píng)估干電池的使用情況？

答：有兩種辦法，第一是用N6705代替電池給您的遙控板供電。同時(shí)記錄下遙控板消耗的電流值，可以進(jìn)行長時(shí)間的電流記錄，并將原始數(shù)據(jù)保存下來供后續(xù)分析使用。第二是可以使用真實(shí)干電池供電，并將電源串聯(lián)在電池環(huán)路中，作為電流表記錄真實(shí)電流值，好處是此時(shí)電源的輸出兩端的電壓降為0，相當(dāng)于一個(gè)0內(nèi)阻的電流表，測到的電流與真實(shí)電流非常接近。

問：請問電池過放或者過充可以修復(fù)嗎？

答：電池過放或過充電通常都是對(duì)電芯的化學(xué)成分有較大影響，一般都不可恢復(fù)。因此，需要保護(hù)控制電流避免出現(xiàn)這種情況。

問：請問如何通過測試評(píng)價(jià)電池的優(yōu)劣呢？

答：對(duì)于電池的好壞，最重要的兩個(gè)指標(biāo)應(yīng)該是：電池的交流內(nèi)阻；電池的容量與電壓分布，最好電池的能量分布在中間區(qū)域。

問：如何檢測串聯(lián)電池每節(jié)電池的容量？

答：串聯(lián)的電池組，通常都要監(jiān)測每個(gè)電池的電壓或容量等參數(shù)。首先，需要預(yù)先知道每個(gè)電池單元的電壓與容量分布特性，如每0.1V電壓差（4.2V~4.1V，4.1V~4.0V)范圍內(nèi)的容量，然后通過檢測當(dāng)前電壓就可以了解其電量情況。

問：請問充電器對(duì)電池安全有影響大么？

答：充電器的性能的確對(duì)電池來說非常重要，如充電的電流輸出能力不足，就會(huì)影響電池的充電時(shí)間和速度，再如，充電器紋波電壓過大，會(huì)導(dǎo)致充電電流的波動(dòng)等。

問：APS電源都帶有哪些測量功能？

答：APS電源除了常規(guī)的電壓電流測試外，還可以進(jìn)行電量的測試，直接對(duì)輸出電流進(jìn)行時(shí)間軸積分，計(jì)算出安時(shí)或瓦特時(shí)指標(biāo)，電流采集速率高達(dá)200k/s。

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