前言

在電池電芯、電池模組和電池包的開發(fā)和評(píng)估階段的性能測試時(shí)，會(huì)對(duì)電池進(jìn)行充放電測試，旨在驗(yàn)證電池充放電能力和使用壽命。這些測試對(duì)研發(fā)安全可靠、性能出眾的電池以及產(chǎn)品性能的確認(rèn)至關(guān)重要。通過對(duì)電池包進(jìn)行充放電測試，可以發(fā)現(xiàn)其電壓和溫度是否存在異常，從而評(píng)估電池特性。由于電池電芯特性的變化可能導(dǎo)致整個(gè)電池組性能下降，了解每個(gè)電芯的電壓和溫度特性變得尤為關(guān)鍵。如今，電動(dòng)汽車的電池包越來越多地采用更高的電壓，以縮短充電時(shí)間并增加續(xù)航里程。

在本案例中，我們將詳細(xì)闡述在標(biāo)準(zhǔn) 400 V 電池包和已步入實(shí)際應(yīng)用的 800 V 電池包進(jìn)行充放電測試的理想工具—數(shù)據(jù)采集儀。

本次測試需要用到的數(shù)據(jù)采集儀性能

電池包的各電芯電壓約為 4 V，單個(gè)電芯電壓雖低，但如果要測量 800 V 的電池包內(nèi)各電芯的電壓，就需要一臺(tái)最大接地電壓在 DC 800 V以上的儀器。要構(gòu)成 800 V 的電池包，大約需要有200個(gè)電芯串聯(lián)連接。要測量所有電芯的電壓和溫度則需要大約400個(gè)通道。

電池包的充放電測試需要具備下述測量功能及性能。

需要特別注意的是，在絕緣性能測試時(shí)，測量模塊間的電壓和接地電壓的耐壓值是不同的。耐壓是指根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)，保證在耐壓測試中被施加電壓的設(shè)備在關(guān)閉電源后再持續(xù)被施加電壓一分鐘也不會(huì)發(fā)生故障的電壓。但這并不意味著在任何時(shí)候施加該電壓都沒有問題，因此，即使某產(chǎn)品聲稱耐壓 800 V，也并不意味著它可以在模塊之間或?qū)Φ爻掷m(xù)施加 800 V 電壓的情況下測量電池電壓。

解決方案

適合測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀

HIOKI 的數(shù)據(jù)采集儀LR8101 和 LR8102  是對(duì)高壓電池進(jìn)行充放電測試的理想選擇。根據(jù)所需的絕緣性能、采樣速度和通道數(shù)量，搭配使用相應(yīng)數(shù)量的測量模塊 M7100 和 M7102 進(jìn)行測量。

圖1：數(shù)據(jù)采集儀LR8101和LR8102

表1：數(shù)據(jù)采集儀LR8101和LR8102的簡要規(guī)格

圖2：M7100和M7102

表2：電壓·溫度模塊M7100和M7102的簡要規(guī)格

數(shù)據(jù)采集儀 LR8101 和 LR8102 可以安全、詳細(xì)地測量和記錄電池各電芯的溫度和電壓。通過將數(shù)據(jù)采集儀主機(jī)和測量模塊組合在一起，輸入通道數(shù)可輕松擴(kuò)展至3000 個(gè)。1500 V DC CAT II 的絕緣性能符合 EN IEC 61010 安全標(biāo)準(zhǔn)，可確保高壓系統(tǒng)的安全測量。高達(dá) 5 ms的采樣速度和高分辨率可詳細(xì)捕捉電壓的波動(dòng)。LR8102 可高速輸出每個(gè)測量數(shù)據(jù)，在充放電測試期間實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓和溫度。

LR8101 和 LR8102 是充放電測試的理想之選，主要有以下五個(gè)原因。

■ 1. 擴(kuò)展性強(qiáng)，可輕松增加通道數(shù)

提供兩種型號(hào)的數(shù)據(jù)采集儀和兩種型號(hào)的測量模塊選擇。通過增加連接的模塊數(shù)量，可以輕松擴(kuò)展通道數(shù)。此外，LR8102 最多可進(jìn)行10臺(tái)同步采樣。LR8102 和 M7102 組合起來最多可以擴(kuò)展到 3000ch。右圖是連接 10 個(gè) M7102 的狀態(tài)下的 LR8102，用光同步電纜同步10臺(tái)的系統(tǒng)示意圖（20ms采樣）。（采樣速度會(huì)受所用通道數(shù)的限制。）

■ 2. 符合 EN IEC 61010 安全標(biāo)準(zhǔn)，絕緣性能達(dá)到 1500 V DC CAT II，確保測量安全

在測量電池包中電芯的電壓或電極的溫度時(shí)，對(duì)地（輸入通道與大地之間）和測量模塊之間會(huì)被施加高電壓。HIOKI的 M7100 電壓·溫度模塊采用全新設(shè)計(jì)的隔離變壓器，在輸入通道和大地之間提供 1500 V 直流電壓隔離。HIOKI 的 M7100 電壓和溫度模塊在輸入通道和大地之間提供 1500 V 直流電壓隔離。這確保了安全性和可靠性，可承受瞬態(tài)電壓浪涌和穩(wěn)定的高電壓。

表3：電壓·溫度模塊M7100和M7102的簡要規(guī)格

■ 3. 快速采樣和高分辨率，捕捉電壓波動(dòng)細(xì)節(jié)

測量模塊 M7100 和 M7102 的最快采樣速度分別是 5ms 和 10ms（會(huì)因所用通道數(shù)受限）。為精確捕獲電芯電壓的波動(dòng)，各模塊均配置了 18bit 分辨率的 AD轉(zhuǎn)換器。因此，其最高采樣速度不受模塊數(shù)增多的影響。此外，為盡量減少從電池到數(shù)據(jù)采集儀的泄漏電流，在 2V 量程和 6 V 量程下，測量模塊的輸入電阻設(shè)計(jì)為 100 MΩ?？焖俨蓸蛹痈叻直媛蕼y量可精細(xì)捕捉電壓波動(dòng)。

［測量分辨率和精度］

在 2 V f.s. 量程內(nèi)測量時(shí)：分辨率為 20 μV，精度為± 1 mV。

在 6 V f.s. 量程內(nèi)測量時(shí)：分辨率為 60 μV，精度為± 3 mV。

■ 4. 改進(jìn)抗噪能力，實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)定的測量

處理高電壓和大電流的充放電測試儀容易產(chǎn)生噪聲，而充放電測試測量也容易受到噪聲的影響。數(shù)據(jù)采集儀LR8101 和 LR8102 的抗噪能力比以前的型號(hào)更強(qiáng)。即使在高電壓或高頻率噪聲環(huán)境中，測量值也能保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生偏移或大幅波動(dòng)。

圖3：溫度測量過程中的噪聲影響比較

■ 5. 測試期間實(shí)時(shí)輸出電壓和溫度數(shù)據(jù)

如果要將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入電池控制的模擬系統(tǒng)，則必須將數(shù)據(jù)高速輸出到系統(tǒng)中。通常使用通訊命令將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)采集儀導(dǎo)入系統(tǒng)。使用文本命令獲取數(shù)據(jù)的速度僅限于每幾十ms ~ 幾百ms 獲取一次數(shù)據(jù)。

圖 4 為一般的數(shù)據(jù)采集儀的測量和數(shù)據(jù)輸出時(shí)序示例。電壓值于t7超閾值，但需到t9才能獲取該數(shù)據(jù)。

圖 5 展示了使用 LR8102 數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行測量時(shí)的數(shù)據(jù)輸出時(shí)序，LR8102 使用 UDP 作為通訊協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)輸出。測量并立即輸出每個(gè)數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析；超過 t7 閾值的數(shù)據(jù)就可立即獲取。

圖4：常見數(shù)據(jù)采集儀的測量和數(shù)據(jù)輸出時(shí)序

圖5：數(shù)據(jù)采集儀 LR8102 的測量和數(shù)據(jù)輸出時(shí)序

結(jié)語

HIOKI 的數(shù)據(jù)采集儀 LR8101、LR8102 和測量模塊 M7100、M7102 是電池充放電測試的理想之選。其穩(wěn)定的絕緣性能提高了測試的安全性，可靠的測量滿足了精確的數(shù)據(jù)采集需求，支持電池包以及電池外圍系統(tǒng)的開發(fā)。如需了解本文介紹產(chǎn)品的更多信息，請?jiān)L問產(chǎn)品頁面?；蛑码娢宜?，預(yù)約產(chǎn)品演示或咨詢相關(guān)應(yīng)用。