钜大LARGE | 点击量：613次 | 2021年08月26日
基于LXI总线的高效锂离子电池探测系统的组建方法
手机锂离子电池探测紧要针对经过封装后的电池保护电路进行功能测试，利用电源、电子负载、多路开关和数字万用表等仪器仿真各种充放电时的极限过压、过流情况，测试电池保护电路是不是有效。从源头上杜绝质量不合格的电池产品流入市场。
锂离子电池的探测要求
为探测电池保护电路的各项保护功能是不是有效，电池探测系统的紧要探测步骤包括以下部分：
1）常规开路电压探测
电池功能探测，要对电池进行短时间充电，并测量开路电压，判断电池的基本充电功能是不是有效。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
2）过流保护及恢复探测
用电子负载对手机电池进行大电流放电，并探测其保护电路的内部电流切断功能。当切断放电回路后，探测电池能否恢复正常工作。
3）工作温度探测
通过万用表读取温度传感器上电阻值，探测电池工作温度。
4）过充电及恢复探测
用电源对手机电池进行过压充电，探测电池保护电路能否切断充电回路。
5）过放电及恢复探测
用电子负载对手机电池进行过放电，探测电池保护电路能否切断放电回路。
6）交流内阻探测
通过交流内阻仪探测电池交流内阻。
锂离子电池探测系统
典型的锂离子电池探测系统应包括以下探测仪器：
●多通道开关用于给待测件加载不同激励，并切换不同探测设备
●高精度数字万用表，完成对电池的直流电压、电流和电阻探测
●两路以上的多路电源，用于给待测件进行充电探测，以及给探测夹具供电
●电子负载，用于给待测件进行放电探测
●交流内阻探测仪，用于测量1kHz交流情况下锂离子电池的交流内阻
●工控机及探测软件，用于控制设备完成探测
以锂离子电池探测中过流保护及恢复探测为例，我们描述一下详尽的探测过程：
探测系统中的计算机，通过GpIb接口向各台仪器依次发出指令，控制探测流程。首先通过切换多路复用开关，将电子负载与待测件连接。设置电子负载工作在恒流模式，使待测件输出一个比较大的恒定电流（例如5A），接通20ms后，将数字万用表也通过多路复用开关与电池输出端接通，探测电池的输出电压。倘若电池输出电压为0，说明电池保护电路启动，已经切断电池输出回路，此项目探测通过。倘若探测结果不为零，此项目标定为探测失败。探测结束后，迅速打开开关，切断电子负载与电池之间的连接，因为长时间大电流放电可能对电池造成永久损坏。
基于以上的探测办法，2007年安捷伦推出新一代锂离子电池探测处理办法。新办法大量使用最近几年内推出的LXI（LANExtensionsforInstrumentation）系统探测仪器，这些LXI仪器与传统产品相比，通过网线组建系统，简化了系统集成的难度，提高了探测速度，而且大幅度减低了系统体积和组建成本。系统中各台仪器通过网线或GpIb电缆与计算机连接，组建成为基于LXI平台的混合探测系统，整个系统高度仅14U。在一些手机电池加厂商的实际使用中，客户告诉我们，与他们原有的探测系统配置相比，新的处理办法使系统体积缩小超过1/3，成本缩减1/4以上，而探测速度也有10%左右的提高。另外更小的机箱体积，更简洁的系统连接以及开关电源带来的更小的电源功耗，也带来了许多的额外好处。
在探测软件的开发上，LXI仪器同样支持各种主流软件开发环境，可以在Vb，VC，C/C++，Labview等各种开发环境下编写探测程序，与传统的仪器控制方式完全相同。
在电池探测过程中，客户最关心的问题除了保证电池质量，还包括要怎么样提高电池产量，降低加工成本。另外，由于不同型号电池的电特性指标不同，探测系统在软件和硬件方面非得具有一定的灵活性，方便客户进行系统上的二次开发。最后，在面对加工线每天24小时继续开机的条件下，系统仪器的质量，维护成本，也是掂量电池探测系统处理办法的一个紧要因素。
探测系统仪器的选择
电池探测系统中多路开关的选择：
在单片电池探测中，多路开关紧要用来向电池连接不同的负载或电源进行反复的充放电探测，也可使用多路开关进行测量仪表的切换。在一般电池探测流程中，单片电池完成全部探测约莫要数十次开关爱换步骤，加工线每天的加工量通常在8000片以上，一天内单个开关的开启闭合次数最多可以达到15万次以上。所以良好的开关质量，以及快速的开关爱换速率，是选择开关产品的关键所在。
安捷伦34980A中供应多种高品质开关插卡。这些开关供应了同种类产品中，最快的开启闭合时间，以及最长的开关寿命，并通过开关次数统计功能能及时报告每一个开关的工作状态，以便提前对即将失效的开关进行更换。另外，其内置数字万用表可以笔直完成各种直流信号的高精度测量。能节省投资，提高系统集成度和探测速度。
电池探测系统中多路电源的选择
在电池探测中，加载在待测件上的电源将多于两路，除去为待测件的夹具供电，这些电源还用于为电池充电，并仿真各种过压、过充现象，并测试电池保护电路的应和情况。在进行此类探测时，电源的应和速度非常关键，通常对电池进行过充，时间不能超过1秒，否则可能引发电池燃烧爆炸，而为了保证探测速度，这个时间一般限制在几百毫秒。
N6700模块化直流电源，每台电源机箱在1U高度内可置入多达4个电源模块，组成相互独立的多路电源。另外，这些电源模块均内置电压电流测量功能，可以监测输出状态，无须切换到其他测量仪器。在自动探测系统中，模块化电源系统可以大幅度缩小多路电源体积，减低系统成本，成为当今搭建探测系统的电源首选。
电池探测系统中电子负载的选择
电子负载用于探测电池的放电情况，以及仿真电池在短路情况下，输出大电流时，内部保护电路能否及时切断电池输出。在电池探测环节中，大电流放电时间不能超过30ms，不然会引起意外的电池燃烧或爆炸，所以为保证探测安全，此类探测对电子负载的应和速度以及电流变化速度的要求非常高。
安捷伦供应多种电子负载产品，其中快速的电流变化速度，最高可以达到107A/S。内置16bit电压电流回读功能，可以实时测量工作状态下的电压电流值，而无须切换到其他设备。
交流内阻探测仪的选择
电池的内阻值笔直与电池电芯质量和电池组装质量相关，倘若测量到的电池内阻值高于预期值，将说明电池质量很可能有问题。由于锂离子电池常常伴随动态负载，工作中常伴随出现大量的电流脉冲，测量1kHz下的电池交流内阻已经成为电池内阻测量的行业标准。电池内阻越低，声明电池输出的电压值越稳定。因此测量1kHz下的电池内阻将可以非常有力的说明电池在动态负载体条件下，对自身输出电压的调节能力。安捷伦动态内阻探测仪4338b可以帮助处理交流内阻探测上的问题，供应高速准确的测量结果。
通过以上这些仪器，可以非常快速的组建起一个高效的电池探测系统。其中大部分仪器具有良好的扩展能力，比如34980A开关系统，可以通过插卡扩展更多的测量通道，N6700可以通过插入电源模块新增系统中电源的数目或提高电源输出功率等。这套系统还具有很好的扩充功能，经过非常简单的修改后，可以使用在其他大容量电池的探测中，如pDA，笔记本电脑以及数码摄像机等的电池探测。
