電動(dòng)汽車是不久的未來交通方式，許多政府和企業(yè)將在2020年代全面轉(zhuǎn)向電動(dòng)車隊(duì)。所有這些車輛都依賴電池組提供動(dòng)力。這些電池組必須安全、可靠且效率極高，制造商有責(zé)任確保其生產(chǎn)的每一節(jié)電池都符合嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。制造商在生產(chǎn)過程中會(huì)進(jìn)行各種機(jī)械和電氣測(cè)試，以確保電池的制造質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。用于這些測(cè)試的測(cè)量解決方案應(yīng)具備極高的精度，以便能夠最佳地表征電池的行為，并在電池裝入汽車之前發(fā)現(xiàn)任何潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)電池進(jìn)行的一項(xiàng)常見測(cè)量是開路電壓（OCV）。吉時(shí)利的DMM7510 7?位圖形采樣數(shù)字萬用表是一款用于精確測(cè)量電池單體開路電壓的解決方案。
電池單體結(jié)構(gòu)
電動(dòng)汽車內(nèi)部所使用的電池組由模塊組成，這些模塊包括單體電芯，并通過焊接方式連接到導(dǎo)電匯流排，如圖1.

圖1：電池組結(jié)構(gòu)。
每個(gè)電池單元都包含兩個(gè)電極：陽極和陰極。這兩個(gè)電極之間由一種名為隔膜的特殊絕緣膜隔開，隨后電池中會(huì)注入電解液。所有這些材料的化學(xué)成分都有助于電子在電極之間流動(dòng)。為何要測(cè)量開路單體電壓？
OCV測(cè)量貫穿整個(gè)電池制造過程。電芯制造過程中最重要的環(huán)節(jié)之一是化成與老化工藝。在此階段，電芯會(huì)經(jīng)歷循環(huán)充放電過程。在循環(huán)過程中，會(huì)定期進(jìn)行測(cè)量以監(jiān)測(cè)電芯狀態(tài)。測(cè)量電池的開路電壓可為制造商提供多項(xiàng)信息。隨著時(shí)間推移，電池開路電壓的變化可指示電池是否存在缺陷。電池內(nèi)部短路會(huì)導(dǎo)致其開路電壓逐漸下降，直至最終電池失效。在電池組失效之前，于制造過程中檢測(cè)出這些故障至關(guān)重要。
電池的開路電壓（OCV）對(duì)于推導(dǎo)其他有關(guān)電池運(yùn)行的有用參數(shù)也至關(guān)重要，例如荷電狀態(tài)（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）。SOC和SOH通常用于向最終用戶報(bào)告電池的“電量”水平。確保這些計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確無誤對(duì)最終用戶而言非常重要，而這又依賴于一套性能良好的電池組OCV-SOC模型。在老化過程中，必須對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行準(zhǔn)確表征，以便將性質(zhì)相似的電池置于同一電池組中。這有助于提高模型精度和電池組性能。開路電壓可在充電/放電過程中的特定時(shí)刻或長(zhǎng)時(shí)間間隔的循環(huán)之間進(jìn)行測(cè)量。電池的性能也高度依賴于溫度，因此，根據(jù)制造要求，開路電壓可能需要在多種不同的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行表征。電子的流動(dòng)構(gòu)成了電流，可供連接的設(shè)備使用。當(dāng)電極上未連接任何設(shè)備時(shí)，電極之間會(huì)存在電壓電位。這就是開路電壓電位。

圖2：電池單體的開路電壓。
單個(gè)充滿電的電池的開路電壓通常較小，低于10伏。而充滿電的電池組的開路電壓則要高得多，可達(dá)數(shù)百伏。切勿將任何負(fù)載連接到該電池上，否則電池會(huì)開始放電，從而改變測(cè)量結(jié)果。理想的電壓表相當(dāng)于一個(gè)開路，實(shí)際上，電壓表的輸入電阻應(yīng)足夠高，以確保沒有顯著電流流過，從而避免電池放電。電壓表的數(shù)據(jù)手冊(cè)應(yīng)列出輸入電阻的規(guī)格。 在測(cè)量之前，應(yīng)按照制造商的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池進(jìn)行充電或放電，并使其靜置。
電池單體的老化過程可能需要數(shù)小時(shí)到數(shù)周的時(shí)間，因此配備一臺(tái)精度高的電壓表至關(guān)重要。一款7?位圖形采樣數(shù)字萬用表（DMM）能夠測(cè)量極小的電壓變化，從而更早發(fā)現(xiàn)故障，縮短關(guān)鍵測(cè)試時(shí)間。這還有助于確保電池的特性描述達(dá)到盡可能高的精度，從而打造更優(yōu)質(zhì)的電池組。
吉時(shí)利解決方案
吉時(shí)利DMM7510是測(cè)量開路電壓的絕佳解決方案。DMM7510具備7?位分辨率，可在10 V量程上實(shí)現(xiàn)微伏級(jí)的測(cè)量精度。這使您能夠靈敏地檢測(cè)開路電壓的微小變化，并更快地做出判斷，而無需等待電壓出現(xiàn)顯著變化。DMM7510配備USB、GPIB、LAN和TSP-Link接口，可快速便捷地實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化。DMM7510具備15種測(cè)量功能，包括電流和溫度，讓您用更少的設(shè)備完成更多測(cè)量。
對(duì)于需要測(cè)試多個(gè)電池單元的應(yīng)用，吉時(shí)利3706A系統(tǒng)開關(guān)與萬用表可能是理想的解決方案。3706A主機(jī)配備六個(gè)插槽，可搭配種類豐富的開關(guān)卡進(jìn)行定制。例如，配備六塊3720雙1x30多路復(fù)用器卡的3706A，可用于切換并測(cè)量多達(dá)360個(gè)電池單元。
結(jié)論
電池單體的開路電壓是制造過程中對(duì)單體進(jìn)行測(cè)量的最重要參數(shù)之一。高質(zhì)量、可靠且安全的電池生產(chǎn)，始于高水準(zhǔn)的檢測(cè)。Keithley DMM7510 提供了測(cè)量開路電壓所需的精準(zhǔn)度，可快速、可靠地評(píng)估單體性能。

圖3：用于開路電壓測(cè)試的Keithley解決方案。