使用吉时利DMM7510数字万用表测量电池单体开路电压

电动汽车是不久的未来交通方式，许多政府和企业将在2020年代全面转向电动车队。所有这些车辆都依赖电池组提供动力。这些电池组必须安全、可靠且效率极高，制造商有责任确保其生产的每一节电池都符合严格的标准。制造商在生产过程中会进行各种机械和电气测试，以确保电池的制造质量符合标准。用于这些测试的测量解决方案应具备极高的精度，以便能够**地表征电池的行为，并在电池装入汽车之前发现任何潜在的故障风险。对电池进行的一项常见测量是开路电压（OCV）。吉时利的DMM7510 7½位图形采样数字万用表是一款用于精确测量电池单体开路电压的解决方案。

电池单体结构

电动汽车内部所使用的电池组由模块组成，这些模块包括单体电芯，并通过焊接方式连接到导电汇流排，如图1.

图1：电池组结构。

每个电池单元都包含两个电极：阳极和阴极。这两个电极之间由一种名为隔膜的特殊绝缘膜隔开，随后电池中会注入电解液。所有这些材料的化学成分都有助于电子在电极之间流动。<b电子的流动构成了电流，可供连接的设备使用。当电极上未连接任何设备时，电极之间会存在电压电位。这就是开路电压电位。

为何要测量开路单体电压？

OCV测量贯穿整个电池制造过程。电芯制造过程中最重要的环节之一是化成与老化工艺。在此阶段，电芯会经历循环充放电过程。在循环过程中，会定期进行测量以监测电芯状态。测量电池的开路电压可为制造商提供多项信息。随着时间推移，电池开路电压的变化可指示电池是否存在缺陷。电池内部短路会导致其开路电压逐渐下降，直至最终电池失效。在电池组失效之前，于制造过程中检测出这些故障至关重要。

电池的开路电压（OCV）对于推导其他有关电池运行的有用参数也至关重要，例如荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）。SOC和SOH通常用于向最终用户报告电池的“电量”水平。确保这些计算结果准确无误对最终用户而言非常重要，而这又依赖于一套性能良好的电池组OCV-SOC模型。在老化过程中，必须对每个电池进行准确表征，以便将性质相似的电池置于同一电池组中。这有助于提高模型精度和电池组性能。开路电压可在充电/放电过程中的特定时刻或长时间间隔的循环之间进行测量。电池的性能也高度依赖于温度，因此，根据制造要求，开路电压可能需要在多种不同的测试环境中进行表征。

图2：电池单体的开路电压。

单个充满电的电池的开路电压通常较小，低于10伏。而充满电的电池组的开路电压则要高得多，可达数百伏。切勿将任何负载连接到该电池上，否则电池会开始放电，从而改变测量结果。理想的电压表相当于一个开路，实际上，电压表的输入电阻应足够高，以确保没有显著电流流过，从而避免电池放电。电压表的数据手册应列出输入电阻的规格。 在测量之前，应按照制造商的测试标准对电池进行充电或放电，并使其静置。

电池单体的老化过程可能需要数小时到数周的时间，因此配备一台精度高的电压表至关重要。一款7½位图形采样数字万用表（DMM）能够测量极小的电压变化，从而更早发现故障，缩短关键测试时间。这还有助于确保电池的特性描述达到尽可能高的精度，从而打造更优质的电池组。

吉时利解决方案

吉时利DMM7510是测量开路电压的绝佳解决方案。DMM7510具备7½位分辨率，可在10 V量程上实现微伏级的测量精度。这使您能够灵敏地检测开路电压的微小变化，并更快地做出判断，而无需等待电压出现显著变化。DMM7510配备USB、GPIB、LAN和TSP-Link接口，可快速便捷地实现测试自动化。DMM7510具备15种测量功能，包括电流和温度，让您用更少的设备完成更多测量。

对于需要测试多个电池单元的应用，吉时利3706A系统开关与万用表可能是理想的解决方案。3706A主机配备六个插槽，可搭配种类丰富的开关卡进行定制。例如，配备六块3720双1x30多路复用器卡的3706A，可用于切换并测量多达360个电池单元。

结论

电池单体的开路电压是制造过程中对单体进行测量的最重要参数之一。高质量、可靠且安全的电池生产，始于高水准的检测。Keithley DMM7510 提供了测量开路电压所需的精准度，可快速、可靠地评估单体性能。

图3：用于开路电压测试的Keithley解决方案。