吉時利2450或2460數字源表可充電電池的充電/放電電池循環

可充電電池或二次電池常用來取代電子設備，如筆記本 電腦、視頻游戲控制器、手機、數碼相機和遙控器中使用的 一次性電池。為了改進或取代現有電池技術，研究人員正在 研究延長電池壽命同時降低充電電池成本的方法。常見的可 充電電池種類包括鋰離子電池、鎳氫電池和鎳鎘電池。通常 利用放電和充電循環來對二次電池特征進行測試。循環測試 提供電池的有關信息，如內部化學物質、容量、可用周期數 及壽命。在生產測試中，往往通過充電/放電循環來驗證電 池的性能指標，并確保其沒有缺陷。

典型的電池充電/放電測試設置通常包括可編程電源、 電子負載、電壓表和電流表。這些系統需要眾多軟件和硬件 配置，以實現工作測試臺中所有儀器的同步。

另一個方案是使用恒電位儀或恒電流儀，這些都是電化 學研究中常用的儀器。恒電位儀是一種用于控制兩個電極之 間電壓差的電子儀器，通常是一個工作電極和一個輔助電極。 恒電流儀是一種控制和測量儀器，能夠使通過電化學電池的 電流保持恒定。對通過電池（如充電電池）的電流進行控制 比對電極電勢進行控制更容易。

遺憾的是，使用恒電位儀或恒電流儀存在著諸多不足。 許多這類儀器沒有顯示屏，或者許多控制旋鈕需與指定軟件 一起才能在用戶計算機上運行具體測試。如果用戶想改變測 試，或者將設備重新用于預先測試清單中不包括的應用時， 用戶通常無法進行控制的。如果不能利用源代碼或編程命令， 那么用戶就不能執行定制的測試，也不能將設備重新擁有實 驗室中的其他應用(如基本的I-V曲線)。

許多恒電位儀或恒電流儀的電流或電壓源輸出能力有限。恒電 流儀電流在灌電流（放電）或拉電流（充電）模式時，其電流往往 在數百毫安以內。大電流方案可能無法實施灌電流。

利用稱作“源測量單元”(SMU) 或“數字源表?儀器”的儀器， 可以簡化電池測試。數字源表是一種能夠源和測量電流和電壓的測 試儀器。吉時利2450和2460型數字源表源測量單元(SMU) 儀器具有 拉/灌電流以及測量電壓和電流的靈活性，使得它們非常適合電池的 電流循環方案。利用2450或2460型儀器，用戶只需設置一部儀器而 非整架設備。因此，2450或2460型儀器可以通過拉電流為電池充電， 通過消耗功率為電池放電，并對電壓和負載電流進行監控。

電池充電/放電

恒定電流充電和放電的速率定義為電池容量，即電池可以存儲 的電荷數量。電池容量由可用毫安小時(mAH)來說明，應當用放電 或負載、電流來表示。在1小時內對整個電池進行放電時的放電電流 稱為C速率。例如，額定1000mAH的電池，如果以1C速率放電，那 么它在1小時的輸出即為1000mA。如果500mAH電池在50mA時放 電，然后以C/10(0.1C)速率放電，那么它可以作為50mA源供電10 小時。

當電池放電時，數字源表作為阱，因為它消耗電能而不是提 供電源。將數字源表儀器電壓源設置為低于電池電壓，電流限幅 設置為放電速率。當輸出啟用時，電流從電池流入數字源表儀器 的高電平端口。因此，電流讀數將是負數。放電電流應當保持恒 定，直到電池電壓下降至數字源表儀器的電壓源設定值。

與電池連接

為了建立測試，需將2450或2460型觸摸屏數字源表與電池進 行連接，如圖3所示。將儀器端口與電池進行4線或程控檢測連接， 以可以消除引線電阻的影響。這樣，測得的電池電壓盡可能接近 其端口電壓。

自動放電循環

電池的充電和放電循環通常需要幾個小時，因此自動化測試 非常重要。利用儀器的任何通信接口(GPIB、USB或以太網)，都 可執行測試。程控通信接口的后面板連接位置如圖4所示。

為實現充電和放電，應當對數字源表 儀器進行設置，執行以下步驟： 1. 設置4線配置測量。 2. 設置數字源表儀器測量電流，使得用戶 可以監視負載電流。 3. 使用高阻抗輸出關閉。當Output（輸出） 關閉后，這個輸出關閉狀態將開啟輸出 繼電器。這將防止電池連接后輸出關閉 時電池出現泄漏。 4. 設置數字源表一起的輸出電壓。即使儀 器設置為輸出電壓，它仍將在恒流模式 運行，因為在達到期望電壓之前，它將 處于電流限幅之內。 對于電池充電，VS > VB。 對于電池放電，VS < VB。 5. 開啟電壓源回讀功能，使得電池充電或 放電時，數字源表電壓能夠測量電池電 壓。 6. 將電流限幅（或極限）設置為電池充電 或放電的電流水平。這是測試的負載電 流。 7. 回讀負載電流、源回讀電壓以及相應的 時間戳。 8. 監視電壓，直到電池電壓達到期望的電 壓電平，并停止測試。

除了通過總線監視讀數，在測試過程 中，數字源表還能同時通過用戶界面，顯 示負載電流、電池電壓以及經歷的測試時 間。請看在2460型儀器顯示屏上呈現的大 字體、易讀測量結果

2450或2460型觸摸屏數字源表是對可充電電池的充電和放電循環 進行測試的理想工具，因為它具有精確地4象限、高功率輸出，能夠精 確地測量電流和電壓。利用單一儀器進行電池測試，不僅簡化測試設置， 縮短編程時間，而且節省機架空間。