在新能源行业中,一件非常令人匪夷所思的事情,就是电池的测试分析。电池的测试为什么那么难?其中非常不容易测试的是电芯的放电。那为什么现在要把电芯的放电放到如此高的位置来看?有几个原因。第一是对于动力电池,如果它每个电芯自放电不平衡的话,就会给整个电池管理系统带来很大的问题。第二是对于NB-IoT的产品,应用可能要3年、5年,甚至要10年。在这个过程中,电池的性能可能受到多方面的影响,比如反复的高低温,自放电,真正可用的电量可能只占到实际电量的一半……在考虑到NB-IoT产品的长期工作要求后,我们就面临着巨大的挑战。因此,现在把电池的自放电放到了非常高的位置。

这是EDN China日前在慕尼黑上海电子展上,从是德科技(Keysight)中国区分销市场经理饶骞口中听到的一个非常有趣的状况。是德科技也是针对这个问题,给出了一个独特的电池测试解决方案——将原本需要耗费一两个月的电池自放电测试,缩减到了只需要2个小时即可完成!你一定很想知道他们是怎么实现的吧?!

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“以前你要判断一个电池自放电(漏电很小,越低越好)的话,最简单的方法是把它搁置在库房里,搁一个月、两个月,然后再测量电压,但是问题是时间耗不起。所以这次我们花了很大的力气,带来了两套做电池自放电测试的系统,它可以在两个小时之内,甚至在更短的时间中(比如在产线定制当中,可能在几分钟之内),就可以完成过去一两个月甚至半年的测试。这是我们花了很大力气做出来的一个创新的思路。”饶经理神秘地说。

“做电芯的生产厂,比如比克电池、力神它们做电芯,必须要满足电芯的自放电均衡,放电越低是越好的。它的电芯交给别的厂家做动力电池,要求严格一致。另外,当我们用在NB-IoT的产品里,工程师要选一个型号的电池。如果他要用十年,但结果没到五年,电量已经跑掉一半,就说明他选的电池不对。而且电池自放电的情况非常复杂,在不同的温度下都不一样。比如我在北京就有非常深刻的体会,一到北京单车就不好开了,说明电池受温度的影响非常大。”

“关键是物联网应用,要求电池要用十年的时间。而且它更换的成本又很高。比如智能水表一般都被封起来了,更换不太容易,更不用说有的水表还装在地下室,周围环境对电池的性能又有不同的影响。所以这些都对电池提出了更高的要求。因此,物联网的发展,反而带动了电池的发展。”他补充说。

“电池厂商在做测试时非常痛。比如电池大厂LG为了测试电池自放电,用了几个足球场的厂房。它放一个月两个月后再测电压不均衡,电压放低了就踢出去。”饶经理接着说,“那这个时间成本就太高了。这就意味着它可能有数亿的资产就多压两个月,因此大家都在寻找一个新的方法。”

那缩减到两个小时,这个方法是怎么样实现的?当EDN问到这个问题时,饶经理解释说,一说这个原理,大家都能明白。这就好比瓶子里装有水,现在没有漏。电池自放电就好比瓶子上扎了个小针孔,水在慢慢漏。往外漏的话,水的液面会下降。过去的测试是让它漏上一两个月(因为漏的时间短,下降多少看不出来),再去测试看它漏多少。但这需要花时间。

“那现在是怎么做的呢?我用一个非常非常高精度的仪器来监测它的液面高度是多少。然后它漏的时候,我用很小的电流‘一滴一滴地’给它补,补到它液面正好保持平衡,那给它补的这个量就等于它出来的量(电流比电压好测)。”饶经理透露说,“原理很简单,但为什么那么多人没有实现?就是因为精度问题,这个精度太高了。我们用的是我们七位半的万用表(精度80nA)去监测,旁边还有一台电源补电流,然后在补的过程中严格保持两者平衡(10μV以内)。如果一端电压高于另一端电压,就等于充电了,所以这两个液面也需要绝对是平的。所以我要监测这两个电压,控制这个电压,然后控制这个电流跟它又是一致的,实现起来就不容易。”

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“目前我们的手段,如果说对于电流、电压测量的精度,对谁来说都不是很困难。问题在哪?因为这需要一整套闭环控制,也就是说,在测量的过程中要保证一致性和精度问题。”他补充说,“另外就是在整个过程控制的过程中,我们做了无数次的实验,最后得到了用户的认可。我们测过的所有的18250的电池,最好的大概是在9μA。有的测出来是200μA,用户都不信,我这怎么可能有200μA?但就是这样,200μA的话,没多长时间就漏差不多了,好的只有几个μA。”

那这个电池测试结果,能不能给生产厂家有一些建议?饶经理答道,“这个牵扯到几部分。第一部分,如果说做电芯的厂家,因为不同厂家的生产工艺千差万别,每个厂家肯定要掺一些杂质或者合成物,或者他选的模可能材质不一样,这些都会造成自放电的结果不一样。然后它还要在不同的温度环境下工作,有的可能需要在零下二三十度、零上五六十度工作,这个时候它就可以迅速获得自放电的值,从而帮助它来判定工艺的改进对性能的改进有多大帮助,是好还是不好。

“第二是对电池使用厂家。手机不要紧,因为手机是一天一充,不会有这个问题。我们上次去了一个水表厂,它对这个非常关心,因为它电池要用10年。它可能从市面上选一些标准电池(十个二十个),但适不适合使用需要验证。如果用过去那种方法测自放电,几个月就过去了。而用这个的话,它很快就能模拟出结果。所以重点我们可以看到这两方面的应用,给用户一个更好的判别。”

那市场上是否有竞争对手?饶经理最后回答说:“我们做电池的用户,以前也试过,但没有试成,因为他的精度没达到——他们不是做测量的。因为你到了那个程度,包括你的线怎么连接,怎么加屏蔽,而它的精度很高,一点干扰就会有很大影响,甚至温度的变化会非常明显地体现出来。我们有一次测量用户电池,发现自放电是一个正弦波的样子,一分钟变一次。后来发现它的空调一分钟启动一次。这里面说白了,就是精度的实现的确很有挑战。”

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