Keithley2400数字源表在电池充放电测试的应用

前言


随着电子技术的发展，电池被广泛用于移动电话、寻呼机、听力器、电子工具，甚至卫星上。根据电池所使用的不同行业，其测试也根据其化学特性、尺寸、特殊用途而有所区别。二次电池(可充电电池)一般需要进行放电－充电测试过程。二次电池的放电特性是其容量和寿命的重要指标，在产品测试过程中，进行充放电可用来确保其质量，同时应保证测试电池不被短路。

典型的电池充放电测试应包括程控电源、电子负载、电压表、电流表。而Keithley2400系列数字源表由于可激励并测试电流和电压，故仅一台仪器便可完成测试过程，从而节省了空间和编程时间。


测试原理


二次电池根据不同应用可采用不同方法进行充放电测试，本文采用恒压或恒流方法。

使用恒压方法，程控电压源提供一固定电压，该值与电池电压相等。电压源的电流可限定为一安全充电电流值。当电池充满时，电流会降低直至为零(或近似为零)。出于对电池安全考虑，不要过量充电。过量充电使电压低于一规定的限值，会增长充电时间或损坏电池。

采用恒流方法，程控电流源可提供一额定的电流。电流源将连续对电池进行充放电直至其到达一电压值。

可用恒流方法来定义电池容量(C)。该容量是电池流出电流对时间的积分，从t=0开始到规定的cut-off电压为止。表达式为：C=∫ tid t，其单位为安培小时，同时注明负载电流。如：500mA.hour的电池,在50mA下放电,并放电至0.1C(或C/10)，500mAh@50mA的电池，可给10mA的负载供电50小时。影响电池容量的因素包括电池尺寸、化学物质、温度、放电比率等。


测试过程


把源表作为恒压源进行充放电 使源表处于恒压方式，可同时测试电流或电压。电压源可根据电池要求设定到所要求的值，钳位电流值也可适当设定。当源表使电池充电或放电到达相应的电压值，该仪器便处于电流钳位状态，直到电池达到所要求的电压。

把源表作为恒流源进行充放电

当源表处于恒流时，可同时测量电压/电流。首先对该仪器进行电流输出的设定。当充电时，采用正电流；当放电时，使用负电流。其钳位电压也可进行适当设定。

在充电方式下，钳位电压设定成电池电压，源表作为恒电流输出，直到到达设定电压值。在该点时，仪器将处于钳位状态，而变成恒压源。在放电方式下，钳位电压应高于电池电压。如果其低于或等于电池电压，源表将钳位而使电流变大。

放电过程自动测试

由于充放电过程需持续几个小时，故用计算机程控源表自动完成测试。

使用脉冲电流进行充放电

在手机及寻呼机中，二次电池在使用中其负载电流为数字信号，故电池要求采用脉冲电流方式进行充放电。

用2400系列源表来产生脉冲电流

例1：产生脉冲电流并监控电压

该例中，电流峰值为-1A(6.7ms)，休眠电流为-0.2A(13.3ms)，间隔为20ms。在该例中，对电压进行监控，并与设定值进行比较，一旦电压到达规定值，输出电流便关掉。

例2：按GSM标准对手机电池的测试

根据GSM协议，电池发生的脉冲电流为几微秒或几百毫秒。源表可输出该脉冲电流波形，同时需另一块源表进行电压测试。


多个电池测试


由于电池充放电过程需几个小时，故需要对若干电池进行同时测试。在图1中，可对40个电池进行测试。

用一独立的电压表来对各个电池进行监测，源表输出为10mA,同时给40个电池供电。Keithley2000表(6{1}\over{2}DMM)对每个电池电压进行监测,并可将测量值与设定值进行比较，同时可用计算机实现自动测试。


  来源:零八我的爱