這類在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中常見的標(biāo)準(zhǔn)電源構(gòu)成的測(cè)試方案比專用電池測(cè)試設(shè)備更加靈活。這是因?yàn)榭梢詫?duì)標(biāo)準(zhǔn)電源和電子負(fù)載進(jìn)行編程控制，使其能夠提供多種充放電配置，從而滿足特定的不同應(yīng)用需求。

首先來看將標(biāo)準(zhǔn)程控電源用于鋰離子電池充、放電循環(huán)過程的充電階段典型步驟(圖1)。電源按照電池的規(guī)格設(shè)定充電電流大小，以恒定電流(CC)的工作方式開始充電。電池開始充電后，其內(nèi)部電壓會(huì)升高。隨著充電過程持續(xù)，電池電壓逐漸達(dá)到其開路電壓。

圖中文字中英對(duì)照

在該點(diǎn)，電源將達(dá)到其程序設(shè)定的電壓上限(可通過編程將上限值設(shè)為電池開路電壓)，然后其將進(jìn)入恒定電壓(CV)工作模式。進(jìn)入CV模式后，電源對(duì)電池的輸出電流開始下降，對(duì)電池的電壓則保持恒定。

首先，要考慮使用何種設(shè)備測(cè)量電池充電電流。由于討論的是大電流充電，使用電流計(jì)測(cè)量并不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樽畲箅娏髦悼赡艹^常見數(shù)字萬用表(DMM)的電流量程。因此假設(shè)使用電源內(nèi)置的電流測(cè)量功能來測(cè)量充電電流。稍后再來談這個(gè)問題。

如上所述，要終止充電，需要測(cè)量電流值并將測(cè)量值與截止值進(jìn)行對(duì)比。如果電流測(cè)量時(shí)有噪聲干擾，將很難確定何時(shí)終止充電。與最大充電電流相比，截止電流閾值很低，這意味著需要在較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)測(cè)量電流。因此，在較低電流環(huán)境下，噪聲是個(gè)大問題。

回想一下剛才提到的大型電池充電的例子，該電池的充電電流值為20A，截止電流值為50mA。如果充電電流為20A時(shí)噪聲為100mA，則噪聲會(huì)導(dǎo)致0.5%的測(cè)量誤差，這也許可以容忍。但是，100mA的噪聲會(huì)導(dǎo)致50mA的截止電流難以測(cè)量，使得測(cè)試人員難以確定何時(shí)終止充電。

電流測(cè)量噪聲源的分析

來看看測(cè)試環(huán)境(圖2)。這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的測(cè)試環(huán)境，電源與需要充電的電池相連。常將電池視作含有串聯(lián)內(nèi)阻的理想電池。可使用專用電池測(cè)試設(shè)備或LCR表通過交流電阻(ACR)測(cè)量獲得內(nèi)部電阻值。

圖中文字中英對(duì)照

電池充電電源輸出端存在電壓噪聲。量程10V的電源輸出噪聲為10mV峰峰值是很普遍的。圖3描繪了電池和電源的簡(jiǎn)單模型，標(biāo)明了阻抗和噪聲源。頻率低于100Hz時(shí)，RPS_OUT趨近0Ω。電源的輸出電壓噪聲表現(xiàn)為與直流輸出串聯(lián)的交流電壓源。該交流電壓(即噪聲)又表現(xiàn)為通過電池內(nèi)部較低阻值的串聯(lián)電阻的交流電流，根據(jù)歐姆定律：INOISE=VNOISE/(RPS_OUT+RCELL)。

圖3：連接好這個(gè)更復(fù)雜的充電電源模型，對(duì)低內(nèi)阻電池進(jìn)行充電。

電流測(cè)量結(jié)果中的噪聲并非測(cè)量噪聲。這種噪聲實(shí)際上是真正的電流噪聲，這是由電源輸出電壓噪聲轉(zhuǎn)換為電池內(nèi)阻電流造成的。因?yàn)殡姵貎?nèi)阻很低，使用低噪聲電源也會(huì)在電池中造成電流噪聲。

改善截止電流的方法

但如果電源本身不可設(shè)定電流測(cè)量積分時(shí)間怎么辦?在這種情況下，可以進(jìn)行多次測(cè)量，將測(cè)量值輸入電腦求其平均值，并用平均值與截止電流對(duì)比。

圖4：電源對(duì)低內(nèi)阻電池充電時(shí)，可添加電感器來降低噪聲。

圖中文字中英對(duì)照

另一種方法是將電感器與電池串聯(lián)(圖4)。電感在低頻下阻抗較低，高頻下阻抗較高。根據(jù)歐姆定律，得到INOISE=VNOISE/(ZPS_OUT+ZINDUCTOR+ZCELL)，隨著頻率提高，ZINDUCTOR逐漸增大，成為分母中的最大值。因此，隨著頻率升高，電流噪聲(INOISE)逐漸降低。

因此，在高頻下，電感將成為噪聲的低通濾波器和衰減器。這種方法可以清除噪聲，可以更好地確定是否達(dá)到直流截止電流。理想情況下，電感濾波器的截至頻率可以做到10Hz左右，大幅降低近直流電流的感應(yīng)噪聲電流。設(shè)充電電流為20A，電池串聯(lián)電阻10mΩ，需要使用數(shù)百微亨的電感。