咱们的电池安全、经用、牢靠吗？从手机电池安全事情到波音787电池事情，人们史无前例地在重视电池问题。确实，巨大的移动数码和通讯设备的需求、电动工具的快速开展，电动轿车和节能环保对大容量电池的需求，使整个电池职业蒸蒸日上。但锂电池的容量越大，风险就越大。怎样经过严厉牢靠的测验，操控并保证锂电池的安全运转并进步其作业寿数，不仅是从事锂电池开发和出产的工程师面临的应战，也相同是对产品规划工程师在选用电池和规划产品用电特性时，需求充沛考虑的问题。
图1 锂离子电池的作业原理图
锂电池的操控和监测是经过电池的维护和操控电路（BMS）来完结的。在实践BMS的研制和测验时，需求模仿可控的电芯来仿真电池的不同作业状况，点评BMS的维护和操控功用。可是，现在惯例的手法难以仿真其实在的作业状况并进行准确测验，也无法完结电池维护呼应时刻的准确测验。安捷伦科技新的先进电源体系（APS）和直流电源剖析仪，一起具有电源、负载、电压电流数字化仪，大功率恣意波形产生器等等许多功用。依据这些新产品开宣布的测验计划，可快捷地完结电池仿真、内阻测验，还有充放电容量，比方过充、过放、过流、短路等全面功用的点评。
电池运用需求
运用电池供电的设备及产品有许多，比方、手机、平板电脑、笔记本、数码相机等等，这些都是运用可充电的电池进行供电，这也是现在可充电电池范畴最大的商场之一，这些电池的容量和体积都比较小。
跟着全球绿色动力和节能环保概念的提出，大功率、大容量的电池运用也逐渐地变得越来越多，包含电动轿车、电动自行车等，所以，大功率、大容量的电池运用成为电池运用的首要范畴之一。
UPS不间断电源也是大容量、大功率电池的一个首要范畴。
别的，绿色动力，比方光伏发电、风力发电，也在催生着更大功率电池的运用，首要是因为不管风力仍是太阳能都不是全天候的动力，比方，太阳能在白日光照强的时分能输出比较大功率，可是在晚上没有直接的光照却不能供给大功率的供电。所以，就需求在太阳能充沛的时分把转化过来的电能进行贮存，而在光照不充沛的晚上把它释放出来，风力发电也是相同。在这样的状况下，大功率电池就显得十分重要。
锂电池特性及充放电办理
电池首要由电芯、操控维护电路、外壳引线等组成。干流的电芯由以下企业供给，包含三洋、松下、索尼、比克等。
PTC是positive temperature coefficient的缩写。正温度系数电阻，温度越高，阻值越大，能够防止电池高温放电和不安全的大电流的产生，即过流维护效果。
NTC是negative temperature coefficient的缩写。负温度系数电阻，在环境温度升高时，其阻值下降，运用电设备或充电设备及时反响、操控内部中止而中止充放电。
锂离子电池的作业原理如图1所示。充电时，锂离子从正极层状物的晶格脱出，经过电解液迁移到层状物负极外表后嵌入到石墨资料晶格中，一起剩下电子从外电路抵达负极。放电则相反，锂离子从石墨晶格中脱出，回到正极氧化物的晶格中。因为LixCx十分活泼，能够和水产生反响。故电解质选用可溶于有机溶剂的锂盐。但使得锂电池比较镍铬、镍氢电池的内阻要大许多。
在充电的进程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场效果下向负极移动，顺次进入石墨或焦炭C组成的负极，在那儿构成LiC化合物。假如充电速度过快，会使得Li+来不及进入负极栅格，在负极邻近的电解液中就会集合Li+，这些挨近碳C负极的Li+很可能从负极抓获一个电子成为金属Li。继续的金属锂生成会在负极邻近堆积、长大成树枝状的晶体，俗称枝晶。跟着负极的充溢程度越高，LiC晶格留下的空格越少，从正极移动过来的Li+找到空格的时机就困难，时刻就越长。假如充电速度不变的话，相同可能在负极外表构成部分的Li+堆积。因而，在充电的后半段有必要逐渐缩小充电电流。枝晶的长大会刺破正负级之间的隔阂，构成短路。能够幻想：充电的速度越快越风险；充电停止的电压越高也就越风险；充电的时刻越长也越风险。因而，充电操控和办理对锂电池尤为重要。
锂离子电池的电压过高或许过低都会影响锂电池的正常运用，乃至产生焚烧、爆破等形成严峻的结果。依据锂电池的特性，一般将锂离子电池电压划分为以下几个区域，不同的电芯制作商虽有差异，但差异不大。高压风险区：维护线路过充维护电压(4.275V~4.35V)；高压戒备区：锂离子电池充电约束电压4.20V；正常运用区锂离子电池放电停止电压(2.75V~3.00V)；低压戒备区：维护线路过放维护电压(2.3V~2.5V)；低压风险区。
锂电池的操控维护电路如图2所示。正常充电时，P+，P-端接充电器。MOS开关T2翻开，T1封闭。充电电流回路为：P+>>B+>>B->>D2>>T1>>P-。正常放电时，P+，P-端接用电设备，如手机。T1翻开，T2封闭。放电回路为： B+>>P+>>P->>D1>>T2>>B-。
跟着充电的进行，电池电量及电压不断上升，假如不及时操控就可能进入高压戒备区，乃至风险区。维护电路就需求准确的监测电池的电压，当进入戒备区时及时翻开充电回路开关T1，堵截充电回路。反之，跟着放电的进行，电池电量及电压不断下降，假如不及时操控就可能进入低压戒备区和风险区。维护电路就需求准确的监测电池的电压，当进入戒备区时及时翻开充电回路开关T2，堵截放电回路。
图2 锂电池的操控维护电路
锂离子电池充电的几个基本准则：
电流有必要
-瞬时值5C，平均值1.2C
-以上值和电极外表积、电解质、温
度有关，不同制作商略有不同
充电电压都不能超越4.275，考虑到
制作差错和温度漂移，一般充电电压
设定不超越4.2V
充电停止后不能承受涓流充电
电压抵达4.2V后充电有必要在几个小
时内完结，不能恣意延伸
违反上述准则都将产生“枝晶效应”，长时刻重复地违反这些规矩，将会对电池的寿数产生极大的影响，乃至有安全问题，据不彻底统计，美国每年有70起手机锂离子电池的爆破事端。
电芯和制品电池的测验要求：
开路电压
沟通内阻
充电容量
放电容量
充、放电循环寿数
电池维护电路的测验要求：
维护功用及功用验证
-充电过充维护电压精度及呼应时刻
-过充维护吊销康复及呼应时刻
-放电过放维护电压精度及呼应时刻
-过放维护吊销康复及呼应时刻
-充电过流维护及呼应时刻
-放电过电流维护及呼应时刻
-短路维护测验
维护电路对电池功用的影响
-待机空耗电流
-维护电路的电阻
N6705B直流剖析仪
安捷伦科技的处理计划之一是N6705B直流剖析仪，计划在单台仪器中整合多种测验仪器的功用，为研制工程师大起伏进步作业功率。表1为安捷伦科技产品技能参数。
表1 安捷伦科技产品技能参数
N6705B直流剖析仪首要特性：
1~4路高功用电源/负载
数字电压表和电流表
带功率输出的恣意波形产生器
示波器
数据收集
一切的丈量和功用都能经过前面板实
现
榜首种用N6705B进行电芯/制品电池容量测验，即用作电源或负载直接给电池充、放电、测验容量，如图3所示。PC装置14585A软件进行电压、电流随时刻改变，并直接显现容量值。软件支撑最大999小时长时刻记载，且可进行恣意区域扩大、缩小和剖析功用。
图3 用作电源或负载
第二种用N6705B进行电芯/制品电池容量测验，即用实在的充电器、手机给电池充电，作为电压、电流表测验充电容量，如图4所示。手机充电与直接用电源充电的充电模型彻底不同，最实在的反映电池容量。与任何其他方法不同，N6705B的电流表做到0V压降，不对电池电压产生任何影响。
图4 N6705B作为电压、电流表测验充电容量
第三种用N6705B进行电芯/制品电池容量测验，即用实在手机对电池放电，作为电压、电流表测验放电容量，如图5所示。
图5 作为电压、电流表测验放%&&&&&%量
电池的内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部所遭到的阻力，它包含欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包含电化学极化内阻和浓差极化内阻。沟通内阻测验方法为：运用电池等效于一个有源电阻的特色，给电池一个1000Hz，起伏50mA的交变电流，对其电压采样整流滤波等一系列处理然后准确地丈量其阻值。
N6705B/N6700B具有恣意波形功用，能够完结1000Hz的50mA的交变电流。N6705B/N6700B内置高精度高带宽的电压、电流收集仪，即可完结电池内阻的准确丈量。除了电池内阻，电池的开路电压也能够一起测验。可支撑4个通道一起运转，完结4个电池沟通内阻的并行测验。
电池维护电路板测验也具有许多应战，维护电路测验项目许多，并且不管B+、B-端，仍是P+、P-端都具有“双向性”，即输出电流和吸收电流。一般都需求多台电源、电子负载、示波器、程控开关等组合完结，测验体系联接框图如图6所示。对测验设备的精度要求极高，如过充电压维护测验，需求模仿电芯的电压精度抵达几mV。因而，在4V电压时，1mV相当于0.025%。相同，维护电路板的空耗电流也仅有几μA，一般需求用万用表测验。维护电路板的电阻也只要几mΩ或几十mΩ，对测验设备也提出很高的要求
图6 测验体系联接框图
仅需一台N67xx电源即可完结电池维护电路板测验，项目有：充电过充维护电压精度及呼应时刻、过充维护吊销康复及呼应时刻、放电过放维护电压精度及呼应时刻、过放维护吊销康复及呼应时刻、充电过流维护及呼应时刻、放电过电流维护及呼应时刻、待机空耗电流、维护电路的电阻。
运用N6705B的恣意波产生器功用，通道1模仿电池电压的上升和下降序列，检测电流改变，运用示波器功用一起记载电压电流改变，可测验充电过压维护电压及呼应时刻、维护吊销电池电压及呼应时刻。
通道1模仿电池电压的下降和上升序列，检测电流改变，运用示波器功用一起记载电压电流改变，即可测验放电欠压维护电压及呼应时刻，维护吊销电池电压及呼应时刻。
设置通道2的最大电流为6A，并运用N6705B的示波器功用，记载电流波形，即可测验出过流维护呼应时刻。
设置通道1的最大电流为4A，并运用N6705B的示波器功用，记载电流波形，即可测验出过流维护呼应时刻。
短路测验需求电源供给极大的峰值电流，N6700渠道高功率模块供给最大50A电流，短路呼应时刻十分短，一般都在百微秒等级。
N678x SMU或装置2μA选件的N6762 模块都具有nA等级电流测验才能，能够轻松完结维护电路板μA等级电流的丈量。
充电宝作业原理框图如图7所示。
图7 充电宝作业原理框图
两通道电源+负载完结DC/DC一体化测验如图8所示。在源端注入特定起伏频率的纹波噪声，一起在输出端丈量纹波的起伏值，并核算纹波按捺比。
图8 两通道电源+负载完结DC/DC一体化测验图
测验DC/DC电源的各项目标：
完好的两象限作业状况，能够作为电
子负载运用
100kHz恣意波形带宽，能够生成所
需求的恣意波形电压、电流波形、脉
冲、噪声等信号
200kHz采样率，作为电子负载，直
接调查输入电压、电流波形
低电压状况下作业正常，无导通电压
要求
APS是商场上功用较为强壮的直流电源设备，具有许多特性：
体积小，速度快，输出/丈量精度高
低输出噪声，以80V电压型号为例，纹波噪声峰峰值13mV，有效值1.5mV。
两象限作业才能，可作为电源或电子
负载运用
无缝量程切换功用，一起丈量mA到
几十A电流
电压电流的长时刻数据记载功用
电压电流短时刻波形收集功用
电压电流的输出波形修改功用
电压电流波形的捕捉和回放
多种触发/维护功用，灵敏的功率装备
N69xx与N79xx APS电源首要功用比照方表2所示。N6900A首要针对高功用的供电运用，N7900A除了高功用供电之外，供给高功用的丈量。
表2 N69xx与N79xx APS电源首要功用
APS电源的双象限作业方式是经过外接功率耗散器，完结电源与电子负载功用的无缝联接。功率耗散其单元直接与电源联接，完结电流的全量程吸收，一切操控由电源端完结，不需求额定的编程操控接口。2kW电源能够联接两个功率扩散器，完结电源与电子负载功率匹配。还能够完结电源与电子负载功用的无缝联接，与实在电池功用共同，充放电可自在转化。一体化的电源与电子负载集成计划，能够对正负电流进行直接丈量，能够累积核算冲电量和放电量。运用APS模仿蓄电池进行PCU测验，丈量点评PCU硬件对电池充电/放电办理功用。当时，大部分客户选用的电源是以负载和开关切换的方法模仿电池，无法完结充放电无缝切换。APS电流源能够完结双象限作业，供给愈加实在的模仿电池充放电特性。
问答选编
问：比较传统的锂电维护测验计划，立异在于哪里？
答：惯例的电池维护测验，有必要合作直流电源、电子负载、示波器、电流探头、大电流开关、万用表等许多类型设备完结。现在这个计划经过内置电源和负载，电压、电流数值化仪，以及自身十分高的输出精度和测验精度，能够极大的简化测验体系的复杂度，测验功率和测验重复性等。
问：测验的性价比怎样？轿车电池能测吗？
答：N6705首要是小功率电池测验，会集在手机电池和其他移动通讯产品电池的充电。这首要是受电源模块输出功率的约束。假如需求对大功率电池进行测验，能够运用咱们更大功率的电源产品，如N6700/N7900系列APS电源，功率规模在1000W~2000W，能够支撑串并联扩大输出规模，相同具有两象限作业才能，能够对电池进行充放电测验。
问：在测验设备终端启动时对电源输出的影响有哪些？
答：这是N6705的一项功用，因为带有示波器功用和触发功用，能够丈量待测件启动时浪涌电流的起伏和继续时刻。别的也能够作为电源，产生不同供电波形，例如直流供电上叠加沟通搅扰，或许瞬间掉电，测验被供电设备关于电源搅扰的反抗才能。
问：请问锂电池的安全度怎样？
答：想用这种电源进行电池或电芯仿真，若运用APS进行电芯的仿真，模仿能够进行充电、放电无缝切换的电芯特性，完结电池维护操控电路的功用验证。并且仿真电池或电芯时，能够供给呼应速度十分快的过压，过流等维护，一般在μs等级，到达维护十分贵重的电池供电器材的维护，防止呈现损坏的状况。
问：N6705能够作为一台示波器运用吗？
答：N6705 首要用于测验电源自身输出的电压、电流和功率值，也便是待测件从电源中获取的电压电流值。作为对外输出功率的电源，不能直接丈量外部的信号。可是的SMU电源模块N6781A能够作为0压降的电流表，串联在其他供电回路中丈量电流值。
问：怎样判别维护板是否已损坏？
答：判别维护电路是否现已损坏就需求对电池进行充、放电维护的验证，如施加较大充电电流，测验是否有维护及维护时刻呼应是否正常。
问：关于手机电池的待机时刻很短，充电宝易爆等问题，有没有一些新的计划和产品来处理问题？
答：是的，现在的充电宝容量也越来越大，网上乃至有卖超越10000mA的产品，容量越大，风险也越大。怎样防止各种灾祸呈现，首要有几个方面：榜首，出产厂家需求保证产品的质量，运用好的电芯，维护操控电路和封装等；第二，用户运用习气要尽量遵从电池的特性，例如，不要长时刻给电池充电，运用正规的充电器等。
问：安捷伦科技的电池首要用在哪些设备上呢？
答：安捷伦科技自身不出产电池， 首要供给测验丈量设备，针对电池测验，首要包含直流电源、电子负载、示波器、万用表、数据收集仪等用于电池的功用测验和点评。当然，安捷伦科技新的双象限电源，具有吸收和输出电流的功用，能够用于模仿电池，进行设备在模仿电池条件下各种功用的测验。
问：APS电源在合作N7909A之后是怎样处理现在的车载电源体系普遍存在无法完结正负电流的无缝装换这个问题的？
答：APS电源自身不是简略的电源与电子负载相加。电源与电子负载完结的正负电流切换，中心会存在时刻短的跳变和不连贯现象。这款电源自身是一个双象限电源，自身的功率吸收才能是输出才能的10%，例如1000W的APS电源，自身能够吸收100W的功率。假如联接N7909A功率耗散器后，当需求吸收的功率超越10%，则将剩余功率传输到N7909A上，完结两象限之间的无缝联接。
问：示波器和记载仪的精度有多高？
答：电源剖析仪或APS电源集成示波器或数据记载仪，具有十分高的分辨率和精度。比较示波器的8bits或12bits，能够供给18bits乃至28bits的测验动态。
问：APS两象限作业针对电池测验的优势是什么？
答：APS电源针对电池测验，具有的电源和负载二合一，电压和电流示波器，电流源方式和恣意波形功用，单台外表就能够完结电池的全目标测验，包含：充电过流维护；放电过流维护；电池沟通内阻；短路维护。
问：请问怎样丈量锂电池的低温放电功用？
答：电池在低温环境下特性的改变首要取决于电芯的化学成分。就测验方法而言，低温功用测验和常温没有太大不同，不同点便是把电池放置在低温环境下。
问：大功率电池的测验比较照较风险，APS电源都供给了哪些维护功用保证测验进程的安全？
答：APS电源输出端带有输出继电器，能够从物理上中止电源与电池之间的联接，防止电池经过电源端漏电。别的供给的过压维护，过流维护的呼应时刻都是50μs，能够在较短时刻内堵截电源输出，维护电池。咱们还供给看门狗功用，监测电源与上位机的通讯是否中止。别的还有电源自带的黑盒子功用，能够记载保存电源长时刻作业时的状况，在产生毛病后，能够用来回溯数据，查找毛病原因。
问：请问N6705能否用来点评干电池的运用状况？
答：有两种方法，榜首是用N6705替代电池给您的遥控板供电。一起记载下遥控板耗费的电流值，能够进行长时刻的电流记载，并将原始数据保存下来供后续剖析运用。第二是能够运用实在干电池供电，并将电源串联在电池环路中，作为电流表记载实在电流值，优点是此刻电源的输出两头的电压降为0，相当于一个0内阻的电流表，测到的电流与实在电流十分挨近。
问：请问电池过放或许过充能够修正吗？
答：电池过放或过充电一般都是对电芯的化学成分有较大影响，一般都不可康复。因而，需求维护操控电流防止呈现这种状况。
问：请问怎样经过测验点评电池的好坏呢？
答：关于电池的好坏，最重要的两个目标应该是：电池的沟通内阻；电池的容量与电压散布，最好电池的能量散布在中心区域。
问：怎样检测串联电池每节电池的容量？
答：串联的电池组，一般都要监测每个电池的电压或容量等参数。首要，需求预先知道每个电池单元的电压与容量散布特性，如每0.1V电压差（4.2V~4.1V，4.1V~4.0V)规模内的容量，然后经过检测当时电压就能够了解其电量状况。
问：请问充电器对电池安全有影响大么？
答：充电器的功用确实对电池来说十分重要，如充电的电流输出才能缺乏，就会影响电池的充电时刻和速度，再如，充电器纹波电压过大，会导致充电电流的动摇等。
问：APS电源都带有哪些丈量功用？
答：APS电源除了惯例的电压电流测验外，还能够进行电量的测验，直接对输出电流进行时刻轴积分，核算出安时或瓦特时目标，电流收集速率高达200k/s。
在线座谈（Online Seminar）是中电网于2000年推出的立异服务，经过“视频演示＋专家说明＋在线问答”三位一体相结合的方式，充沛发挥网络渠道的快捷性，完结了先进半导体技能供给商与体系规划工程师的实时互动沟通，其方式和内容都广受电子职业工程师的好评。本刊每期将选择一些精华内容收拾成文，以飨读者。欲了解更多、更具体的内容，敬请登录http://seminar.eccn.com。
