LXI總線的高效鋰離子電池測試系統(tǒng)設計方案

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 LXI總線的高效鋰離子電池測試系統(tǒng)設計方案 手機鋰電池測試主要針對經(jīng)過封裝后的電池保護電路開展功能檢測，利用電源、電子負載、多路開關和數(shù)字萬用表等儀器仿真各種充放電時的極限過壓、過流情況，檢測電池保護電路是否有效。從源頭上杜絕質(zhì)量不合格的電池產(chǎn)品流入市場。 鋰離子電池的測試要求 為測試電池保護電路的各項保護功能是否有效，電池測試系統(tǒng)的主要測試步驟包括以下部分： 1） 常規(guī)開路電壓測試 電池功能測試，需要對電池開展短時間充電，并測量開路電壓，判斷電池的基本充電功能是否有效。 2） 過流保護及恢復測試 用電子負載對手機電池開展大電流放電，并測試其保護電路的內(nèi)部電流切

2、斷功能。當切斷放電回路后，測試電池能否恢復正常工作。 3） 工作溫度測試 通過萬用表讀取溫度傳感器上電阻值，測試電池工作溫度。 4） 過充電及恢復測試 用電源對手機電池開展過壓充電，測試電池保護電路能否切斷充電回路。 5） 過放電及恢復測試 用電子負載對手機電池開展過放電，測試電池保護電路能否切斷放電回路。 6） 交流內(nèi)阻測試 通過交流內(nèi)阻儀測試電池交流內(nèi)阻。 鋰離子電池測試系統(tǒng) 典型的鋰離子電池測試系統(tǒng)應包括以下測試儀器： 多通道開關用于給待測件加載不同激勵，并切換不同測試設備 高數(shù)字萬用表，完成對電池的直流電壓、電流和電阻測試 兩路以上的多路電源，用于給待測件開展充電測試，以及給測試夾具供

3、電 電子負載，用于給待測件開展放電測試 交流內(nèi)阻測試儀，用于測量1kHz交流情況下鋰電池的交流內(nèi)阻 工控機及測試軟件，用于控制設備完成測試 以鋰電池測試中過流保護及恢復測試為例，我們描述一下具體的測試過程： 測試系統(tǒng)中的計算機，通過GPIB接口向各臺儀器依次發(fā)出指令，控制測試流程。首先通過切換多路復用開關，將電子負載與待測件連接。設置電子負載工作在恒流模式，使待測件輸出一個比較大的恒定電流（例如5A），接通20ms后，將數(shù)字萬用表也通過多路復用開關與電池輸出端接通，測試電池的輸出電壓。如果電池輸出電壓為0，說明電池保護電路啟動，已經(jīng)切斷電池輸出回路，此項目測試通過。如果測試結(jié)果不為零，此項目標

4、定為測試失敗。測試結(jié)束后，迅速打開開關，切斷電子負載與電池之間的連接，因為長時間大電流放電可能對電池造成損壞。 基于以上的測試方案，20*年安捷倫推出新一代鋰離子電池測試解決方案。新方案大量使用近幾年內(nèi)推出的LXI（LAN Extensions for Instrumentation）系統(tǒng)測試儀器，這些LXI儀器與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，通過網(wǎng)線組建系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)集成的難度，提高了測試速度，而且大幅度減低了系統(tǒng)體積和組建成本。系統(tǒng)中各臺儀器通過網(wǎng)線或GPIB電纜與計算機連接，組建成為基于LXI平臺的混合測試系統(tǒng)，整個系統(tǒng)高度僅14U。在一些手機電池生產(chǎn)廠商的實際應用中，客戶告訴我們，與他們原有的測試系

5、統(tǒng)配置相比，新的解決方案使系統(tǒng)體積縮小超過1/3，成本縮減1/4以上，而測試速度也有10%左右的提高。另外更小的機箱體積，更簡潔的系統(tǒng)連接以及開關電源帶來的更小的電源功耗，也帶來了許多的額外好處。 在測試軟件的開發(fā)上，LXI儀器同樣支持各種主流軟件開發(fā)環(huán)境，可以在VB， VC， C/C+， Labview等各種開發(fā)環(huán)境下編寫測試程序，與傳統(tǒng)的儀器控制方式完全相同。 在電池測試過程中，客戶關心的問題除了保證電池質(zhì)量，還包括如何提高電池產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本。另外，由于不同型號電池的電特性指標不同，測試系統(tǒng)在軟件和硬件方面必須具有一定的靈活性，方便客戶開展系統(tǒng)上的二次開發(fā)。，在面臨生產(chǎn)線每天24小時連

6、續(xù)開機的條件下，系統(tǒng)儀器的質(zhì)量，維護成本，也是衡量電池測試系統(tǒng)解決方案的一個重要因素。 測試系統(tǒng)儀器的選擇 電池測試系統(tǒng)中多路開關的選擇： 在單片電池測試中，多路開關主要用來向電池連接不同的負載或電源開展反復的充放電測試，也可使用多路開關開展測量儀表的切換。在普通電池測試流程中，單片電池完成全部測試大約需要數(shù)十次開關切換步驟，生產(chǎn)線每天的生產(chǎn)量通常在8000片以上，一天內(nèi)單個開關的開啟閉合次數(shù)多可以到達15萬次以上。所以良好的開關質(zhì)量，以及快速的開關切換速率，是選擇開關產(chǎn)品的關鍵所在。 安捷倫34980A中提供多種高品質(zhì)開關插卡。這些開關提供了同種類產(chǎn)品中，快的開啟閉合時間，以及長的開關壽命，

7、并通過開關次數(shù)統(tǒng)計功能能及時每一個開關的工作狀態(tài)，以便提前對即將失效的開關開展更換。另外，其內(nèi)置數(shù)字萬用表可以直接完成各種直流信號的高測量。能節(jié)省投資，提高系統(tǒng)集成度和測試速度。 電池測試系統(tǒng)中多路電源的選擇 在電池測試中，加載在待測件上的電源將多于兩路，除去為待測件的夾具供電，這些電源還用于為電池充電，并仿真各種過壓、過充現(xiàn)象，并檢測電池保護電路的響應情況。在開展此類測試時，電源的響應速度非常關鍵，通常對電池開展過充，時間不能超過1秒，否則可能引發(fā)電池燃燒爆炸，而為了保證測試速度，這個時間一般限制在幾百毫秒。 N6700模塊化直流電源，每臺電源機箱在1U高度內(nèi)可置入多達4個電源模塊，組成相互

8、獨立的多路電源。另外，這些電源模塊均內(nèi)置電壓電流測量功能，可以監(jiān)測輸出狀態(tài)，無須切換到其他測量儀器。在自動測試系統(tǒng)中，模塊化電源系統(tǒng)可以大幅度縮小多路電源體積，減低系統(tǒng)成本，成為當今搭建測試系統(tǒng)的電源。 電池測試系統(tǒng)中電子負載的選擇 電子負載用于測試電池的放電情況，以及仿真電池在短路情況下，輸出大電流時，內(nèi)部保護電路能否及時切斷電池輸出。在電池測試環(huán)節(jié)中，大電流放電時間不能超過30ms，不然會引起意外的電池燃燒或爆炸，所以為保證測試安全，此類測試對電子負載的響應速度以及電流變化速度的要求非常高。 安捷倫提供多種電子負載產(chǎn)品，其中快速的電流變化速度，可以到達107A/S。內(nèi)置16bit電壓電流回

9、讀功能，可以實時測量工作狀態(tài)下的電壓電流值，而無須切換到其他設備。 交流內(nèi)阻測試儀的選擇 電池的內(nèi)阻值直接與電池電芯質(zhì)量和電池包裝質(zhì)量相關，如果測量到的電池內(nèi)阻值高于預期值，將說明電池質(zhì)量很可能有問題。由于鋰離子電池經(jīng)常伴隨動態(tài)負載，工作中常伴隨產(chǎn)生大量的電流脈沖，測量1kHz下的電池交流內(nèi)阻已經(jīng)成為電池內(nèi)阻測量的行業(yè)標準。電池內(nèi)阻越低，說明電池輸出的電壓值越穩(wěn)定。因此測量1kHz下的電池內(nèi)阻將可以非常有力的說明電池在動態(tài)負載體條件下，對自身輸出電壓的調(diào)節(jié)能力。安捷倫動態(tài)內(nèi)阻測試儀4338B可以幫助解決交流內(nèi)阻測試上的問題，提供高速準確的測量結(jié)果。 通過以上這些儀器，可以非?？焖俚慕M建起一個高效的電池測試系統(tǒng)。其中大部分儀器