吉时利2450或2460数字源表可充电电池的充电/放电电池循环

可充电电池或二次电池常用来取代电子设备，如笔记本 电脑、视频游戏控制器、手机、数码相机和遥控器中使用的 一次性电池。为了改进或取代现有电池技术，研究人员正在 研究延长电池寿命同时降低充电电池成本的方法。常见的可 充电电池种类包括锂离子电池、镍氢电池和镍镉电池。通常 利用放电和充电循环来对二次电池特征进行测试。循环测试 提供电池的有关信息，如内部化学物质、容量、可用周期数 及寿命。在生产测试中，往往通过充电/放电循环来验证电 池的性能指标，并确保其没有缺陷。

典型的电池充电/放电测试设置通常包括可编程电源、 电子负载、电压表和电流表。这些系统需要众多软件和硬件 配置，以实现工作测试台中所有仪器的同步。

另一个方案是使用恒电位仪或恒电流仪，这些都是电化 学研究中常用的仪器。恒电位仪是一种用于控制两个电极之 间电压差的电子仪器，通常是一个工作电极和一个辅助电极。 恒电流仪是一种控制和测量仪器，能够使通过电化学电池的 电流保持恒定。对通过电池（如充电电池）的电流进行控制 比对电极电势进行控制更容易。

遗憾的是，使用恒电位仪或恒电流仪存在着诸多不足。 许多这类仪器没有显示屏，或者许多控制旋钮需与指定软件 一起才能在用户计算机上运行具体测试。如果用户想改变测 试，或者将设备重新用于预先测试清单中不包括的应用时， 用户通常无法进行控制的。如果不能利用源代码或编程命令， 那么用户就不能执行定制的测试，也不能将设备重新拥有实 验室中的其他应用(如基本的I-V曲线)。

许多恒电位仪或恒电流仪的电流或电压源输出能力有限。恒电 流仪电流在灌电流（放电）或拉电流（充电）模式时，其电流往往 在数百毫安以内。大电流方案可能无法实施灌电流。

利用称作“源测量单元”(SMU) 或“数字源表®仪器”的仪器， 可以简化电池测试。数字源表是一种能够源和测量电流和电压的测 试仪器。吉时利2450和2460型数字源表源测量单元(SMU) 仪器具有 拉/灌电流以及测量电压和电流的灵活性，使得它们非常适合电池的 电流循环方案。利用2450或2460型仪器，用户只需设置一部仪器而 非整架设备。因此，2450或2460型仪器可以通过拉电流为电池充电， 通过消耗功率为电池放电，并对电压和负载电流进行监控。

电池充电/放电

恒定电流充电和放电的速率定义为电池容量，即电池可以存储 的电荷数量。电池容量由可用毫安小时(mAH)来说明，应当用放电 或负载、电流来表示。在1小时内对整个电池进行放电时的放电电流 称为C速率。例如，额定1000mAH的电池，如果以1C速率放电，那 么它在1小时的输出即为1000mA。如果500mAH电池在50mA时放 电，然后以C/10(0.1C)速率放电，那么它可以作为50mA源供电10 小时。

当电池放电时，数字源表作为阱，因为它消耗电能而不是提 供电源。将数字源表仪器电压源设置为低于电池电压，电流限幅 设置为放电速率。当输出启用时，电流从电池流入数字源表仪器 的高电平端口。因此，电流读数将是负数。放电电流应当保持恒 定，直到电池电压下降至数字源表仪器的电压源设定值。

与电池连接

为了建立测试，需将2450或2460型触摸屏数字源表与电池进 行连接，如图3所示。将仪器端口与电池进行4线或程控检测连接， 以可以消除引线电阻的影响。这样，测得的电池电压尽可能接近 其端口电压。

自动放电循环

电池的充电和放电循环通常需要几个小时，因此自动化测试 非常重要。利用仪器的任何通信接口(GPIB、USB或以太网)，都 可执行测试。程控通信接口的后面板连接位置如图4所示。

为实现充电和放电，应当对数字源表 仪器进行设置，执行以下步骤： 1. 设置4线配置测量。 2. 设置数字源表仪器测量电流，使得用户 可以监视负载电流。 3. 使用高阻抗输出关闭。当Output（输出） 关闭后，这个输出关闭状态将开启输出 继电器。这将防止电池连接后输出关闭 时电池出现泄漏。 4. 设置数字源表一起的输出电压。即使仪 器设置为输出电压，它仍将在恒流模式 运行，因为在达到期望电压之前，它将 处于电流限幅之内。 对于电池充电，VS > VB。 对于电池放电，VS < VB。 5. 开启电压源回读功能，使得电池充电或 放电时，数字源表电压能够测量电池电 压。 6. 将电流限幅（或极限）设置为电池充电 或放电的电流水平。这是测试的负载电 流。 7. 回读负载电流、源回读电压以及相应的 时间戳。 8. 监视电压，直到电池电压达到期望的电 压电平，并停止测试。

除了通过总线监视读数，在测试过程 中，数字源表还能同时通过用户界面，显 示负载电流、电池电压以及经历的测试时 间。请看在2460型仪器显示屏上呈现的大 字体、易读测量结果

2450或2460型触摸屏数字源表是对可充电电池的充电和放电循环 进行测试的理想工具，因为它具有精确地4象限、高功率输出，能够精 确地测量电流和电压。利用单一仪器进行电池测试，不仅简化测试设置， 缩短编程时间，而且节省机架空间。