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锂电池自放电是什么鬼?如何测量?(漫画讲解,有趣,有抽奖!)

EETOP  · 公众号  · 硬件  · 2017-07-04 18:49

正文


你们的小K带着故事」「礼物」又回来啦!

上次和大家聊完锂电池的发展简史

就收到了擎天柱的紧急来电

受着情怀和职业精神的感召

我二话没说,拍示波器而起,就去救场了

然后一直耽搁到它安全上映才回来和大家见面


那么问题来啦!

“火种源”的能量究竟为什么会外泄?

我们又该怎样守护人类能量的“火种源”呢?

待我为大家一一道来





哲学方面关于认识自己有三个伟大的问题:

我是谁?从哪里来?到哪里去?

而作为测试工程师中哲学学的最好的男人

关于认识自放电特性,我也常常会问——



1

自放电特性



自放电特性是什么?

右图片是典型的电池内部模型。简单说电池内部可以被看做电容与电阻的串并联模型,而Rp电阻模型的存在就是自放电的根本原因。


2

自放电是怎么造成的?


自放电与电池的电化学特性、温度、制成、材料等都有关系……说多了都是工程师的血泪史



3

自放电该怎么监控?

监控的意义在哪里?


在了解如何监控自放电之前

我们非常有必要谈谈监控的意义




❶ 验证设计缺陷


监控自放电可以在设计开发时验证产品是否存在设计缺陷。简单说,自放电一分钟就把存储的能量耗光了,那还有必要谈更多么?



❷ 验证一致性。


监控自放电可以验证量产产品的一致性。工厂生产出10k个电池芯,获取自放电数据后做统计验证,结果 Sigma 大到天上去了,那我甚至怀疑这电池芯是手卷出来的?别笑,多年前的确有公司这样做。



❸ 配对


学霸和学霸一个班级,学渣和学渣一个宿舍,这样社会才能和谐。同样,将自放电特性相近的电池进行配组,组成电池系统,对未来长期使用来说,才更容易控制也更安全。



❹ 定标


电池的标称值、容量、电压等都要参考自放电的特性来做微调。




讲清楚了电池自放电测量的意义

下面就轮到今天的重头戏登场啦!

这个答案在 Keysight SDM(Self-Discharge Measurement) 测试系统出现之前,非常容易回答,就是用时间和空间去测。

举个例子:电池充好电-->静置2周-->测一下电压-->再静置一周-->再测电压-->再静置-->再测电压……如此循环基本要要等4到12周


而这仅仅只是测量一块电池而已,电池厂商一批次要测量N多个电池。除了时间成本外,还需要一个大库房去存放如此多的电池。所以通常情况下,测试人员的状态是这样的——

看到这里,你肯定会问:难道不能通过一定的技术手段,让整个测试进程更简捷高效吗?事实上,当时除了对电池加热加速自放电之外,的确没有更好的方法来加速这个测试进程。为此 Keysight 研发了 SDM (Self-discharge Measurement)测试系统,直接让电池自放电测试效率有了革命性的提升,2~3周即可完成测试。

请看下图,如果我们能够在外部对电池施加一个极其纯净且与电池端电压 Vcell 相等的一个电压,那么我们就可以极其近似的旁路掉电池内部 Ceff 电容(模型推定),这是高精度的源模块会输出一个极低的电流值(uA级别),那么这个时候所得到的电流值就是内部自放电的电流。


纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。了解了自放电的特性和高阶测量方案后,还需要我们付诸实践,掌握方法攻克难题,才能真正守护好人类能量的“火种源”——锂电池。


而上述方案的最大难点在于:

  • 如果输出极其精准的电压,使其与电池端电压一致;

  • 如何控制输出纹波,使其对电池不产生微小的充放电效应;

  • 如何量测极低的uA级别电流,并且由于温度的波动,这个电流极可能是变化的;


想要解决以上问题,大家可以参考 Keysight N6705C 与 N6781A 模块的相关介绍,这两者配合可以让上述的疑虑迎刃而解。


考虑到研发和生产的不同需求,SDM 自放电测试系统发布了两个版本:



研发适用款






工厂适用款



篇幅所限,更多细节无法一一说明

还请大家点击下方图片,查阅完整文档,继续学习

《是德科技 BT2191A 自放电测量系统》

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