锂电池性能及安全性测试方案

锂电池的控制保护电路如图2所示。正常充电时，P+，P-端接充电器。MOS开关T2打开，T1关闭。充电电流回路为：P+>>B+>>B->>D2>>T1>>P-。正常放电时，P+，P-端接用电设备，如手机。T1打开，T2关闭。放电回路为： B+>>P+>>P->>D1>>T2>>

如图2所示。正常充电时，P+，P-端接充电器。MOS开关T2打开，T1关闭。充电电流回路为：P+>>B+>>B->>D2>>T1>>P-。正常放电时，P+，P-端接用电设备，如手机。T1打开，T2关闭。放电回路为： B+>>P+>>P->>D1>>T2>>B-。

随着充电的进行，电池电量及电压不断上升，如果不及时控制就可能进入高压警戒区，甚至危险区。保护电路就需要准确的监测电池的电压，当进入警戒区时及时打开充电回路开关T1，切断充电回路。反之，随着放电的进行，电池电量及电压不断下降，如果不及时控制就可能进入低压警戒区和危险区。保护电路就需要准确的监测电池的电压，当进入警戒区时及时打开充电回路开关T2，切断放电回路。

图2 锂电池的控制保护电路

锂离子电池充电的几个基本原则：

?电流必须

-瞬时值<5C，平均值<1.2C

-以上值和电极表面积、电解质、温

度有关，不同制造商略有不同

?充电电压都不能超过4.275，考虑到

制造误差和温度漂移，一般充电电压

设定不超过4.2V

?充电终止后不能接受涓流充电

?电压到达4.2V后充电必须在几个小

时内完成，不能任意延长

违背上述原则都将产生“枝晶效应”，长期反复地违背这些规则，将会对电池的寿命产生极大的影响，甚至有安全问题，据不完全统计，美国每年有70起手机锂离子电池的爆炸事故。

电芯和成品电池的测试要求：

?开路电压

?交流内阻

?充电容量

?放电容量

?充、放电循环寿命

电池保护电路的测试要求：

?保护功能及性能验证

-充电过充保护电压精度及响应时间

-过充保护撤销恢复及响应时间

-放电过放保护电压精度及响应时间

-过放保护撤销恢复及响应时间

-充电过流保护及响应时间

-放电过电流保护及响应时间

-短路保护测试

?保护电路对电池性能的影响

-待机空耗电流

-保护电路的电阻

N6705B直流分析仪

安捷伦科技的解决方案之一是N6705B直流分析仪，方案在单台仪器中整合多种测试仪器的功能，为研发工程师大幅度提高工作效率。表1为安捷伦科技产品技术参数。

表1 安捷伦科技产品技术参数

N6705B直流分析仪主要特性：

?1~4路高性能电源/负载

?数字电压表和电流表

?带功率输出的任意波形发生器

?示波器

?数据采集

?所有的测量和功能都能通过前面板实

现

第一种用N6705B进行电芯/成品电池容量测试，即用作电源或负载直接给电池充、放电、测试容量，如图3所示。PC安装14585A软件进行电压、电流随时间变化，并直接显示容量值。软件支持最大999小时长时间记录，且可进行任意区域放大、缩小和分析功能。

图3 用作电源或负载

第二种用N6705B进行电芯/成品电池容量测试，即用真实的充电器、手机给电池充电，作为电压、电流表测试充电容量，如图4所示。手机充电与直接用电源充电的充电模型完全不同，最真实的反映电池容量。与任何其他方式不同，N6705B的电流表做到0V压降，不对电池电压产生任何影响。

图4 N6705B作为电压、电流表测试充电容量

第三种用N6705B进行电芯/成品电池容量测试，即用真实手机对电池放电，作为电压、电流表测试放电容量，如图5所示。

图5 作为电压、电流表测试放电容量

电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。交流内阻测试方法为：利用电池等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1000Hz，幅度50mA的交变电流，对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值。

N6705B/N6700B具有任意波形功能，可以实现1000Hz的50mA的交变电流。N6705B/N6700B内置高精度高带宽的电压、电流采集仪，即可实现电池内阻的精确测量。除了电池内阻，电池的开路电压也可以同时测试。可支持4个通道同时运行，完成4个电池交流内阻的并行测试。

电池保护电路板测试也具有众多挑战，保护电路测试项目众多，而且无论B+、B-端，还是P+、P-端都具有“双向性”，即输出电流和吸收电流。通常都需要多台电源、电子负载、示波器、程控开关等组合完成，测试系统连接框图如图6所示。对测试设备的精度要求极高，如过充电压保护测试，需要模拟电芯的电压精度到达几mV。因此，在4V电压时，1mV相当于0.025%。同样，保护电路板的空耗电流也仅有几μA，通常需要用万用表测试。保护电路板的电阻也只有几mΩ或几十mΩ，对测试设备也提出很高的要求

图6 测试系统连接框图

仅需一台N67xx电源即可完成电池保护电路板测试，项目有：充电过充保护电压精度及响应时间、过充保护撤销恢复及响应时间、放电过放保护电压精度及响应时间、过放保护撤销恢复及响应时间、充电过流保护及响应时间、放电过电流保护及响应时间、待机空耗电流、保护电路的电阻。

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