使用吉時利DMM7510數字萬用表測量電池單體開路電壓

電動汽車是不久的未來交通方式，許多**和企業將在2020年代全面轉向電動車隊。所有這些車輛都依賴電池組提供動力。這些電池組必須安全、可靠且效率極高，制造商有責任確保其生產的每一節電池都符合嚴格的標準。制造商在生產過程中會進行各種機械和電氣測試，以確保電池的制造質量符合標準。用于這些測試的測量解決方案應具備極高的精度，以便能夠最佳地表征電池的行為，并在電池裝入汽車之前發現任何潛在的故障風險。對電池進行的一項常見測量是開路電壓（OCV）。吉時利的DMM7510 7?位圖形采樣數字萬用表是一款用于精確測量電池單體開路電壓的解決方案。

電池單體結構

電動汽車內部所使用的電池組由模塊組成，這些模塊包括單體電芯，并通過焊接方式連接到導電匯流排，如圖1.

圖1：電池組結構。

每個電池單元都包含兩個電極：陽極和陰極。這兩個電極之間由一種名為隔膜的特殊絕緣膜隔開，隨后電池中會注入電解液。所有這些材料的化學成分都有助于電子在電極之間流動。<b電子的流動構成了電流，可供連接的設備使用。當電極上未連接任何設備時，電極之間會存在電壓電位。這就是開路電壓電位。

為何要測量開路單體電壓？

OCV測量貫穿整個電池制造過程。電芯制造過程中最重要的環節之一是化成與老化工藝。在此階段，電芯會經歷循環充放電過程。在循環過程中，會定期進行測量以監測電芯狀態。測量電池的開路電壓可為制造商提供多項信息。隨著時間推移，電池開路電壓的變化可指示電池是否存在缺陷。電池內部短路會導致其開路電壓逐漸下降，直至最終電池失效。在電池組失效之前，于制造過程中檢測出這些故障至關重要。

電池的開路電壓（OCV）對于推導其他有關電池運行的有用參數也至關重要，例如荷電狀態（SOC）和健康狀態（SOH）。SOC和SOH通常用于向最終用戶報告電池的“電量”水平。確保這些計算結果準確無誤對最終用戶而言非常重要，而這又依賴于一套性能良好的電池組OCV-SOC模型。在老化過程中，必須對每個電池進行準確表征，以便將性質相似的電池置于同一電池組中。這有助于提高模型精度和電池組性能。開路電壓可在充電/放電過程中的特定時刻或長時間間隔的循環之間進行測量。電池的性能也高度依賴于溫度，因此，根據制造要求，開路電壓可能需要在多種不同的測試環境中進行表征。

圖2：電池單體的開路電壓。

單個充滿電的電池的開路電壓通常較小，低于10伏。而充滿電的電池組的開路電壓則要高得多，可達數百伏。切勿將任何負載連接到該電池上，否則電池會開始放電，從而改變測量結果。理想的電壓表相當于一個開路，實際上，電壓表的輸入電阻應足夠高，以確保沒有顯著電流流過，從而避免電池放電。電壓表的數據手冊應列出輸入電阻的規格。 在測量之前，應按照制造商的測試標準對電池進行充電或放電，并使其靜置。

電池單體的老化過程可能需要數小時到數周的時間，因此配備一臺精度高的電壓表至關重要。一款7?位圖形采樣數字萬用表（DMM）能夠測量極小的電壓變化，從而更早發現故障，縮短關鍵測試時間。這還有助于確保電池的特性描述達到盡可能高的精度，從而打造更優質的電池組。

吉時利解決方案

吉時利DMM7510是測量開路電壓的絕佳解決方案。DMM7510具備7?位分辨率，可在10 V量程上實現微伏級的測量精度。這使您能夠靈敏地檢測開路電壓的微小變化，并更快地做出判斷，而無需等待電壓出現顯著變化。DMM7510配備USB、GPIB、LAN和TSP-Link接口，可快速便捷地實現測試自動化。DMM7510具備15種測量功能，包括電流和溫度，讓您用更少的設備完成更多測量。

對于需要測試多個電池單元的應用，吉時利3706A系統開關與萬用表可能是理想的解決方案。3706A主機配備六個插槽，可搭配種類豐富的開關卡進行定制。例如，配備六塊3720雙1x30多路復用器卡的3706A，可用于切換并測量多達360個電池單元。

結論

電池單體的開路電壓是制造過程中對單體進行測量的最重要參數之一。高質量、可靠且安全的電池生產，始于高水準的檢測。Keithley DMM7510 提供了測量開路電壓所需的精準度，可快速、可靠地評估單體性能。

圖3：用于開路電壓測試的Keithley解決方案。