組建基于LXI總線(xiàn)的高效鋰離子電池測試系統

　　以鋰電池測試中過(guò)流保護及恢復測試為例，我們描述一下具體的測試過(guò)程：

　　測試系統中的計算機，通過(guò)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(guò)切換多路復用開(kāi)關(guān)，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(gè)比較大的恒定電流（例如5A），接通20ms后，將數字萬(wàn)用表也通過(guò)多路復用開(kāi)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(shuō)明電池保護電路啟動(dòng)，已經(jīng)切斷電池輸出回路，此項目測試通過(guò)。如果測試結果不為零，此項目標定為測試失敗。測試結束后，迅速打開(kāi)開(kāi)關(guān)，切斷電子負載與電池之間的連接，因為長(cháng)時(shí)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推出的LXI（LAN Extensions for Instrumentation）系統測試儀器，這些LXI儀器與傳統產(chǎn)品相比，通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)組建系統，簡(jiǎn)化了系統集成的難度，提高了測試速度，而且大幅度減低了系統體積和組建成本。系統中各臺儀器通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)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，整個(gè)系統高度僅14U。在一些手機電池生產(chǎn)廠(chǎng)商的實(shí)際應用中，客戶(hù)告訴我們，與他們原有的測試系統配置相比，新的解決方案使系統體積縮小超過(guò)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(jiǎn)潔的系統連接以及開(kāi)關(guān)電源帶來(lái)的更小的電源功耗，也帶來(lái)了許多的額外好處。

　　在測試軟件的開(kāi)發(fā)上，LXI儀器同樣支持各種主流軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以在VB， VC， C/C++， Labview等各種開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)測試程序，與傳統的儀器控制方式完全相同。

　　在電池測試過(guò)程中，客戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)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，測試系統在軟件和硬件方面必須具有一定的靈活性，方便客戶(hù)進(jìn)行系統上的二次開(kāi)發(fā)。最后，在面臨生產(chǎn)線(xiàn)每天24小時(shí)連續開(kāi)機的條件下，系統儀器的質(zhì)量，維護成本，也是衡量電池測試系統解決方案的一個(gè)重要因素。

　　測試系統儀器的選擇

　　電池測試系統中多路開(kāi)關(guān)的選擇：

　　在單片電池測試中，多路開(kāi)關(guān)主要用來(lái)向電池連接不同的負載或電源進(jìn)行反復的充放電測試，也可使用多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行測量?jì)x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十次開(kāi)關(guān)切換步驟，生產(chǎn)線(xiàn)每天的生產(chǎn)量通常在8000片以上，一天內單個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟閉合次數最多可以達到15萬(wàn)次以上。所以良好的開(kāi)關(guān)質(zhì)量，以及快速的開(kāi)關(guān)切換速率，是選擇開(kāi)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(kāi)關(guān)插卡。這些開(kāi)關(guān)提供了同種類(lèi)產(chǎn)品中，最快的開(kāi)啟閉合時(shí)間，以及最長(cháng)的開(kāi)關(guān)壽命，并通過(guò)開(kāi)關(guān)次數統計功能能及時(shí)報告每一個(gè)開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，以便提前對即將失效的開(kāi)關(guān)進(jìn)行更換。另外，其內置數字萬(wàn)用表可以直接完成各種直流信號的高精度測量。能節省投資，提高系統集成度和測試速度。

　　電池測試系統中多路電源的選擇

　　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(guò)壓、過(guò)充現象，并檢測電池保護電路的響應情況。在進(jìn)行此類(lèi)測試時(shí)，電源的響應速度非常關(guān)鍵，通常對電池進(jìn)行過(guò)充，時(shí)間不能超過(guò)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(gè)時(shí)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高度內可置入多達4個(gè)電源模塊，組成相互獨立的多路電源。另外，這些電源模塊均內置電壓電流測量功能，可以監測輸出狀態(tài)，無(wú)須切換到其他測量?jì)x器。在自動(dòng)測試系統中，模塊化電源系統可以大幅度縮小多路電源體積，減低系統成本，成為當今搭建測試系統的電源首選。

　　電池測試系統中電子負載的選擇

　　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(shí)，內部保護電路能否及時(shí)切斷電池輸出。在電池測試環(huán)節中，大電流放電時(shí)間不能超過(guò)30ms，不然會(huì )引起意外的電池燃燒或爆炸，所以為保證測試安全，此類(lèi)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，最高可以達到107A/S。內置16bit電壓電流回讀功能，可以實(shí)時(shí)測量工作狀態(tài)下的電壓電流值，而無(wú)須切換到其他設備。

　　交流內阻測試儀的選擇

　　電池的內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阻值高于預期值，將說(shuō)明電池質(zhì)量很可能有問(wèn)題。由于鋰離子電池經(jīng)常伴隨動(dòng)態(tài)負載，工作中常伴隨產(chǎn)生大量的電流脈沖，測量1kHz下的電池交流內阻已經(jīng)成為電池內阻測量的行業(yè)標準。電池內阻越低，表明電池輸出的電壓值越穩定。因此測量1kHz下的電池內阻將可以非常有力的說(shuō)明電池在動(dòng)態(tài)負載體條件下，對自身輸出電壓的調節能力。安捷倫動(dòng)態(tài)內阻測試儀4338B可以幫助解決交流內阻測試上的問(wèn)題，提供高速準確的測量結果。

　　通過(guò)以上這些儀器，可以非?？焖俚慕M建起一個(gè)高效的電池測試系統。其中大部分儀器具有良好的擴展能力，比如34980A開(kāi)關(guān)系統，可以通過(guò)插卡擴展更多的測量通道，N6700可以通過(guò)插入電源模塊增加系統中電源的數目或提高電源輸出功率等。這套系統還具有很好的擴充功能，經(jīng)過(guò)非常簡(jiǎn)單的修改后，可以應用在其他大容量電池的測試中，如PDA，筆記本電腦以及數碼攝像機等的電池測試。