电池产线自动化趋势涌现 聚焦化成段OCV与ACIR测试稳定性改善

摘要：福禄克BT5300针对1ｍΩ以内的电芯，支持最大300mA的测试电流，是传统仪表的3倍，改善了测试中的信号比。单次的测量就可以达到传统仪表开启平均后数据的稳定性，减少了测试时间。并且，它的抗干扰性更强，极大减少了现场的线路调试时间。

图片来源：福禄克

锂电设备高速发展过程中，产线自动化趋势逐渐涌现。然而在庞大且精密的电池产线，环境中“看不见”的干扰实则错综复杂。以化成段OCV测试为例，后端产线的分选工作需要测试台结合电脑控制、联动机械结构、测试仪器共同完成。动力电池的分选工艺精度所要求现有测试仪器可实现的测试精度——OCV在ppm级别（百万分之X），ACIR在0.X%（千分之X），可在实际产品集成过程中，误差将被放大数十倍，有甚者严重失真，或是误报。如此误差产生的不确定性，让锂电工艺及设备工程师都为之苦恼。

电芯分选的工艺水平一定程度上决定了后续模组及pack整体的性能，那是否有解决干扰，或者提升抗扰能力的解决方案呢？我们以福禄克电池测试仪BT5300为例，介绍如何通过合理规划系统走线，设置仪器参数，设计切换电路等来提升OCV及ACIR测试稳定性。

系统走线

1.1 仪表接口处将SOURCE和SENSE连接线分开

OCV与ACIR测试核心是测试仪器，由于被集成的原因，从仪器端口接出的线一般较长且弯弯曲曲，之中的走线就有学问。

如下图左所示，需要将SOURCE HI，SOURCE LO的连接线，SENSE HI，SENSE LO的连接线分开，从而减少相互之间的干扰。推荐类似下右图所示是的连接方式，它会使系统更具备抗干扰能力。即使是小量程，比如3mΩ，都可以完成测试。

同理，如果使用开关板卡实现大量电芯快速扫描测试，则在连接开关矩阵之后，SOURCE与SENSE两端走线也应该进行分开，以保证互相之间的干扰。

福禄克 SW9010 32通道扫描板卡

1.2 采用双绞线，并减少环路面积——抵抗涡电流

从仪表端口出来的连接线，需要尽量采用双绞线。有条件的情况下，可以采用屏蔽+双绞的连接线。在双绞线区域，SOURCE线（即连接SOUCE HI与SOUCE LO接口的连接线）电流产生的磁场自身互相抵消，SENSE线（即连接SENSE HI与SENSE LO接口的连接线）在交变磁场中产生的感应电压也互相抵消， 最大程度的减轻了SOURCE到SENSE的电磁感应。

在靠近电池的位置，不可避免地，由SOURCE线和SENSE线各自围成一个环路区域，环路区域的交叠部分具有明显的电磁感应现象。若此区域附近存在导体，将容易产生涡流，引入误差。参考下面SOURCE与SENSE的环路区域走线方式，可以尽量避免交叠，可以减轻涡流的影响。

带载能力

衡量设备带载能力的参数，一般指仪器支持的回路电阻大小。

电池测试仪所支持的回路电阻表示的是在电池测试仪SOURCE+与SOURCE-接口间，SENSE+与SENSE-接口间整个测试回路的电阻，包括 开关电路（包括继电器），测试线，测试探针，待测件等的电阻。

以此，我们可以将带载能力比作成一架马车，回路电阻比作马车拉动的货物。如果货物过大或过重，可想而知，马车或将行驶缓慢或将无法拉动货物。

当系统中的连接线比较长（如超过2米）或电芯尺寸比较大的情况下，有时会发生仪表无法测试出电芯内阻的情况： 比如测试的方块电池内阻为0.5mΩ，圆柱电池为15mΩ，但是用3mΩ和30mΩ量程都无法测试出来，必须用300mΩ量程才可以。采用大量程，虽然可以测试出数值，但是会导致精度的损失，无法达到分选的目的。出现这种情况的原因，是由于仪表的带载能力不够导致的，即所使用的仪表能够支持测试线的电阻值小于实际系统电阻值。

福禄克电池测试仪的带载能力是传统仪表的数倍，可以确保即使在采用长测试线，测试大尺寸电芯的情况下，仍然可以用3mΩ和30mΩ量程来获得稳定的读数。

测试电流

内阻测试过程中，仪表会通过SOURCE端口生成激励电流，再通过SENSE端口来检测两端的电压，最后计算出内阻值。传统仪表采用100mA的测试电流，针对10ｍΩ及以上的电芯可以获得稳定的读数。近年来，随着电芯容量的增大，内阻从数年前的10ｍΩ以上，逐渐的降低为1ｍΩ以内，甚至仅0.1-0.2ｍΩ。针对这类电芯，仍然采用100mA测试电流，测试结果会很容易受到系统干扰，导致测试结果不稳定等情况发生。为了解决这类问题，测试系统的开发中需要通过多次测量取平均功能的方式，加大测试时间来减少测试值的波动。并且，现场调试人员需要花费几个小时来调整测试台中各个通道的线路，来尽量的减少系统的干扰。系统一旦调整好，后续任何线路的微小更改，都可能再次导致测试值的不稳定。

福禄克BT5300针对1ｍΩ以内的电芯，支持最大300mA的测试电流，是传统仪表的3倍，改善了测试中的信号比。单次的测量就可以达到传统仪表开启平均后数据的稳定性，减少了测试时间。并且，它的抗干扰性更强，极大减少了现场的线路调试时间。