鋰離子電池的測試要求
為測試電池保護(hù)電路的各項(xiàng)保護(hù)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，需要對電池進(jìn)行短時間充電，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(hù)及恢復(fù)測試
用電子負(fù)載對手機(jī)電池進(jìn)行大電流放電，并測試其保護(hù)電路的內(nèi)部電流切斷功能。當(dāng)切斷放電回路后，測試電池能否恢復(fù)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(fù)測試
用電源對手機(jī)電池進(jìn)行過壓充電，測試電池保護(hù)電路能否切斷充電回路。
5） 過放電及恢復(fù)測試
用電子負(fù)載對手機(jī)電池進(jìn)行過放電，測試電池保護(hù)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(yīng)包括以下測試儀器：
● 多通道開關(guān)用于給待測件加載不同激勵，并切換不同測試設(shè)備
● 高精度數(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，用于給待測件進(jìn)行充電測試，以及給測試夾具供電
● 電子負(fù)載，用于給待測件進(jìn)行放電測試
● 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(jī)及測試軟件，用于控制設(shè)備完成測試
以鋰電池測試中過流保護(hù)及恢復(fù)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(jī)，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(fù)用開關(guān)，將電子負(fù)載與待測件連接。設(shè)置電子負(fù)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(fù)用開關(guān)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(hù)電路啟動，已經(jīng)切斷電池輸出回路，此項(xiàng)目測試通過。如果測試結(jié)果不為零，此項(xiàng)目標(biāo)定為測試失敗。測試結(jié)束后，迅速打開開關(guān)，切斷電子負(fù)載與電池之間的連接，因?yàn)殚L時間大電流放電可能對電池造成永久損壞。
基于以上的測試方案，2007年安捷倫推出新一代鋰離子電池測試解決方案。新方案大量使用最近幾年內(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(jī)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(jī)電池生產(chǎn)廠商的實(shí)際應(yīng)用中，客戶告訴我們，與他們原有的測試系統(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(jī)箱體積，更簡潔的系統(tǒng)連接以及開關(guān)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，客戶最關(guān)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(biāo)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，方便客戶進(jìn)行系統(tǒng)上的二次開發(fā)。最后，在面臨生產(chǎn)線每天24小時連續(xù)開機(jī)的條件下，系統(tǒng)儀器的質(zhì)量，維護(hù)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(guān)的選擇：
在單片電池測試中，多路開關(guān)主要用來向電池連接不同的負(fù)載或電源進(jìn)行反復(fù)的充放電測試，也可使用多路開關(guān)進(jìn)行測量儀表的切換。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(guān)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(guān)的開啟閉合次數(shù)最多可以達(dá)到15萬次以上。所以良好的開關(guān)質(zhì)量，以及快速的開關(guān)切換速率，是選擇開關(guān)產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。
安捷倫34980A中提供多種高品質(zhì)開關(guān)插卡。這些開關(guān)提供了同種類產(chǎn)品中，最快的開啟閉合時間，以及最長的開關(guān)壽命，并通過開關(guān)次數(shù)統(tǒng)計功能能及時報告每一個開關(guān)的工作狀態(tài)，以便提前對即將失效的開關(guān)進(jìn)行更換。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精度測量。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(hù)電路的響應(yīng)情況。在進(jìn)行此類測試時，電源的響應(yīng)速度非常關(guān)鍵，通常對電池進(jìn)行過充，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(jī)箱在1U高度內(nèi)可置入多達(dá)4個電源模塊，組成相互獨(dú)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(dāng)今搭建測試系統(tǒng)的電源首選。
電池測試系統(tǒng)中電子負(fù)載的選擇
電子負(fù)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(hù)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(fù)載的響應(yīng)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(fù)載產(chǎn)品，其中快速的電流變化速度，最高可以達(dá)到107A/S。內(nèi)置16bit電壓電流回讀功能，可以實(shí)時測量工作狀態(tài)下的電壓電流值，而無須切換到其他設(shè)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(guān)，如果測量到的電池內(nèi)阻值高于預(yù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)。電池內(nèi)阻越低，表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(fù)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(zhǔn)確的測量結(jié)果。
通過以上這些儀器，可以非常快速的組建起一個高效的電池測試系統(tǒng)。其中大部分儀器具有良好的擴(kuò)展能力，比如34980A開關(guān)系統(tǒng)，可以通過插卡擴(kuò)展更多的測量通道，N6700可以通過插入電源模塊增加系統(tǒng)中電源的數(shù)目或提高電源輸出功率等。這套系統(tǒng)還具有很好的擴(kuò)充功能，經(jīng)過非常簡單的修改后，可以應(yīng)用在其他大容量電池的測試中，如PDA，筆記本電腦以及數(shù)碼攝像機(jī)等的電池測試。
