【導讀】用過MOS管的小夥伴都知道
，其內部有一個寄生二極管
，有的也叫做體二極管。PMOS管做開關用
，S極作電源輸入，D極作輸出，當Vsg大於閾值電壓
，MOS管導通，一般MOS管的導通內阻都很小，毫歐級別，過幾安培的電流
，壓降也才毫伏級別，此時體二極管是截至狀態的。

使用可充電電池運行的現代產品應用程序通常具有內置傳感器和電池管理係統 (BMS) 電路。BMS 監控可充電電池係統的電壓、電流和溫度
，無論是單個電池、模塊（一組電池）還是電池組（一組模塊）。監測電池的電壓和電流通常不足以確定電池的健康狀況。

監測電池溫度可以警告您潛在的缺陷並快速隔離故障位置。BMS jiankongdianchizuyijianggongzuowendubaochizaifanweinei。tairededianchihuituihuahuofashengguzhang。tailengdedianchihuiyinneibudianhuaxuefanyingbianmaneryunxinghuanman，congerjiangdiqixingneng。

本白皮書重點介紹了常見的與溫度相關的電池問題，並向您展示了測試儀器如何幫助構建更好的電池供電應用。

監測電池溫度時發現的常見問題

熱不平衡
、電池組熱點以及低性能和容量是監測電池溫度時需要注意的領域。

使用引起的熱失衡

daguimoyingyongtongchangshiyongdaiyouchuanlianhebinglianlianjiedemokuaidedianchizu。zhanlvexingdifangzhizaidianchizuzhongderechuanganqikejiancewendubianhua。daxingdianchizureshihengtongchangshiyuyingxiangqichongdianhefangdiandianyadedianchidanyuandebujunyunxing。suizheshijiandetuiyi，bujunyunxingbianhuahuijiasu，yixiedianchihuiguoduchongdianhuoguodufangdian

，congerdaozhidianchibuchengbilidiguore。

電池平衡使用 BMS 來均衡充滿電時電池之間的電壓和充電狀態 (SOC)
，可以限度地減少熱不平衡。電池製造商還可以選擇開路電壓非常接近的電池組來構建電池組，從而限度地減少 SOC 變化。

產品應用設計也會導致熱失衡。例如
，電池組的冷卻係統對於某些外部環境來說不夠有效。

電池組熱點

監jian控kong電dian池chi溫wen度du可ke幫bang助zhu您nin檢jian測ce熱re點dian。根gen據ju電dian池chi應ying用yong的de重zhong要yao性xing，有you時shi戰zhan略lve性xing地di跨kua電dian池chi組zu放fang置zhi幾ji個ge傳chuan感gan器qi就jiu足zu夠gou了le。然ran而er，在zai需xu要yao關guan鍵jian性xing能neng的de應ying用yong中zhong，溫wen度du傳chuan感gan器qi放fang置zhi在zai每mei個ge電dian池chi組zu模mo塊kuai上shang。

redianwangwangfashengzaidianchizuzhongderuodianchishang。ruodianchirongyishoudaoguoyabingzhujiantuihua。yinci，tamenzaiyunxingqijianbizhengchangdehaodianchigengre

，yinweitamennanyigenshanghaodianchidexingneng。

redianhaikeyijinggaonindianchihuomokuaideqianzaisunhuai。duidianchizudewulichongjikenenghuicichuandianchidanyuandeneibujiegouhuoshiqibianxing
，lirudianjihuojuhewugemo。ruguofashengzhezhongqingkuangbingqiemeiyoujinxingganyu，zedianchisunhuaikenenghuijiangdibingkenengdaozhireshikong。kenenghuidaozhihuozaihebaozha。yinci
，jianceredian、定位故障電池並快速更換它們非常重要。

熱點的其他原因包括端子連接不良、散熱組件缺陷和外部電纜短路。

電池性能和使用容量低

監測電池溫度也可以是一個主動的閉環過程
，以保持電池組在充電和放電溫度範圍內運行。

由於電化學反應較慢，寒冷的溫度會導致電池性能低下。因此，電池的使用容量會大幅下降，甚至會停止工作。

gengdadedanyoushidangdianchixitongzaigaoyuzhizaoshangguigedewenduxiayunxingshi。dianchishouminghuijiangdi
，jiaoruodedianchikenengyuyouzhidianchidepianchagengda。yinci，reshihengherediankaishichuxian。

監測電池溫度的基本獨立測試設備

許多商業化的電池管理係統可用於各種應用
，從物聯網設備到高壓汽車應用。基本功能包括過流保護、過壓保護、過充電保護
、過熱保護

、欠壓保護、電池平衡、SOC 和健康狀態。

但是，有很多充分的理由需要購買獨立的測試設備來監控應用中的電池溫度。

獨立測試驗證係統

擁有獨立的測試驗證係統，例如模塊化數據采集 (DAQ) 係統

，有助於驗證您的 BMS 是否正常運行。它還有助於驗證應用程序的整體集成係統。一個獨立的數據采集係統可以做以下事情：

使用熱電偶、熱敏電阻和電阻溫度檢測器 (RTD) 等多種類型的溫度傳感器進行更準確的測量。使用熱敏電阻或 RTD
，您可以獲得 ≤ 1 °C 的溫度精度。

測量溫度範圍從 -150 °C 到 1,820 °

在您的應用程序中測量比 BMS 實施更多的點。您驗證您的 BMS 沒有遺漏任何關鍵位置。

以更短的時間間隔進行測量，而不會對您的 BMS 和應用程序的硬件資源造成負擔。這有助於您找到 BMS 監控係統的間隔設置。

關鍵任務應用程序的外部冗餘

擁yong有you獨du立li測ce試shi係xi統tong的de另ling一yi個ge關guan鍵jian原yuan因yin是shi為wei關guan鍵jian任ren務wu應ying用yong程cheng序xu提ti供gong冗rong餘yu。監jian測ce和he控kong製zhi重zhong要yao器qi官guan功gong能neng的de醫yi療liao設she備bei無wu法fa承cheng受shou操cao作zuo期qi間jian的de計ji劃hua外wai電dian源yuan中zhong斷duan。另ling一yi個ge例li子zi是shi為wei IT、電信和醫療設備等基本建築功能供電的大型儲能係統。

一個獨立的數據采集係統可以做以下事情：

它可以提供獨立的報警和緊急二次關閉

，以防止電池係統熔毀或起火。

如果主係統發生故障或失去通信，它可以提供備用監控係統。

在大型項目中擴展的多功能性和靈活性

DAQ 係統是監控溫度的獨立測試設備的選擇，因為它具有高度通用性。許多現代 DAQ 係統都內置高分辨率 6.5 位萬用表儀器。它們還配備各種固態、電樞和簧片開關多路複用器模塊，以監控 100 多個通道的溫度點。此外
，由於DAQ內置了數字萬用表，因此可以測量除溫度以外的其他信號，如AC/DC電壓和電流、電阻、電容等。

DAQ 係統是模塊化的
，如圖 1 所示，允許擴展用於溫度監測的通道。DAQ 係統允許您添加模塊以在項目增長時相應地擴展。因此，您不必投資新係統，從而節省寶貴的開發時間。

有助於構建更好的電池供電應用的測試設備

了解電池故障的根源後，您可以使用電池仿真軟件來預測電池容量的下降。

電池故障機製和問題

您可以通過對電池進行物理剖切來分析電池故障的根本原因。然而，電氣測量提供的跡象可以幫助在故障發生之前預測故障（圖 2）。

圖 2. 隨時間變化的內部電池故障機製。（：是德科技）

故障的一個是陽極電極上的鋰電鍍或枝晶生長。 [1] 這zhe種zhong增zeng長chang通tong常chang是shi由you於yu多duo次ci循xun環huan對dui電dian池chi過guo度du充chong電dian而er導dao致zhi的de
，導dao致zhi鋰li沉chen積ji在zai陽yang極ji上shang。隨sui著zhe時shi間jian的de推tui移yi，這zhe可ke能neng會hui導dao致zhi兩liang個ge電dian池chi電dian極ji短duan路lu。很hen難nan監jian控kong這zhe種zhong電dian氣qi短duan路lu，因yin為wei它ta發fa生sheng得de很hen快kuai——以毫秒為單位的電壓降。

另一個是電極的退化，表現為充放電循環疲勞和電解質的重複化學反應導致氧化物堆積或微裂紋。 [2]

導致電氣短路[3] deneibudianchigemoguzhangshilingyigeguzhangyuan。dianchidewulichongjihuocichuanhuobaoluzaifeichanggaodewenduxiakenenghuidaozhigemoshixiao。zhizaoguochengzhongdecailiaoquexianyekenengdaozhiguzhang。

laohuahedianchirongliangxiajiangbushixuyaolijiganyudeyanzhongguzhang。raner，zhexieyinsuyudianchiyingyongyonghuyouguan。kailudianyaceliangbenshenbingbushidianchirongliangdelianghaozhibiao。laohuadianchideneizuhuisuizheshijiandetuiyierzengjia，danninwufatongguokuaizhaoceliangdianzubinglijidechurongliangxiajiangdejielun。wendu、SOC 和放電率會影響電池內阻。

由you於yu電dian化hua學xue反fan應ying和he電dian池chi暴bao露lu於yu溫wen度du和he機ji械xie應ying力li等deng物wu理li變bian量liang，電dian池chi故gu障zhang非fei常chang複fu雜za。充chong電dian方fang式shi是shi另ling一yi個ge因yin素su。因yin此ci
，沒mei有you任ren何he單dan一yi的de電dian池chi測ce試shi儀yi器qi可ke以yi為wei電dian池chi故gu障zhang提ti供gong明ming確que的de診zhen斷duan解jie決jue方fang案an。

但是
，根據您的應用、電源使用要求、容量和生產周期（研發、合規性測試或生產），可以使用測試設備解決方案來滿足您的需求。

讓我們探索測試設備工具，以幫助您更好地證實電池壽命和溫度對其的影響。

電池仿真以驗證電池性能
，包括溫度的影響

您可以使用電池仿真軟件更好地了解和預測電池容量隨時間的下降。此外，電池仿真軟件可以預測溫度對電池壽命的影響。

在模擬電池之前
，您必須先對其進行分析。您需要了解電池隨時間放電時可以存儲和供應的能量。開路電壓和內阻隨電池放電而變化。

因此，將這些映射出來至關重要，這樣電池配置文件才能準確反映電池的實際性能。圖 3 shiyigedianxingtudeshili。gongchengshikeyitongguoshiyongdianchijianmoruanjianhuocongdianchigongyingshangchujieshoupeizhiwenjianlaihuoqudianchipeizhiwenjian。jianmoruanjianchuangjiandepeizhiwenjianfanyingletedingshebeidedianliuxiaohao，bidianchigongyingshangdetongyongpeizhiwenjiangengzhunque。dianchipeizhiwenjianshiruanjianmonidianchidejichu。

  
圖 3. 使用 Keysight BV9210B / 11B PathWave BenchVue 電池測試和仿真軟件創建的電池配置文件。（：是德科技）

考慮溫度對電池壽命的影響至關重要。圖 4 顯示了溫度如何影響電池的容量曲線。在不同溫度值下生成的配置文件使您能夠更好地預測溫度對電池壽命的影響。

  
圖 4. 1,000 mAh 鋰離子電池，3 V 截止電壓 - 溫度變化。（：是德科技）

開(kai)發(fa)電(dian)池(chi)配(pei)置(zhi)文(wen)件(jian)後(hou)，您(nin)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)電(dian)池(chi)仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件(jian)循(xun)環(huan)電(dian)池(chi)以(yi)確(que)定(ding)容(rong)量(liang)損(sun)失(shi)和(he)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)縮(suo)短(duan)情(qing)況(kuang)。在(zai)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)的(de)整(zheng)個(ge)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)內(nei)，電(dian)池(chi)性(xing)能(neng)會(hui)顯(xian)著(zhe)下(xia)降(jiang)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)模(mo)擬(ni)電(dian)池(chi)循(xun)環(huan)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。電(dian)池(chi)測(ce)試(shi)和(he)仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件(jian)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)來(lai)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)點(dian)。該(gai)軟(ruan)件(jian)必(bi)須(xu)支(zhi)持(chi)任(ren)意(yi)波(bo)形(xing)生(sheng)成(cheng)和(he)數(shu)據(ju)記(ji)錄(lu)。此(ci)外(wai)

，為(wei)電(dian)池(chi)創(chuang)建(jian)不(bu)同(tong)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)波(bo)形(xing)的(de)能(neng)力(li)也(ye)很(hen)有(you)價(jia)值(zhi)。

工gong程cheng師shi可ke以yi組zu合he多duo個ge不bu同tong的de充chong電dian和he放fang電dian序xu列lie來lai模mo擬ni複fu雜za的de循xun環huan曲qu線xian。然ran後hou他ta們men可ke以yi確que認ren電dian池chi的de性xing能neng如ru何he隨sui著zhe時shi間jian的de推tui移yi而er降jiang低di。例li如ru，仿fang真zhen軟ruan件jian解jie決jue方fang案an使shi工gong程cheng師shi能neng夠gou進jin行xing多duo達da 1,000 次循環操作，以確定電池在序列測試條件下的老化效應和可靠性（見圖 5）。

Keysight 的 BV9210B / 11B PathWave BenchVue 電池測試和仿真軟件以及 N6705C 直流電源分析儀和 N6781A 或 N6785A SMU 模塊可以執行電池分析
、電池仿真、電流消耗分析和電池循環測試。

概括

擁(yong)有(you)一(yi)個(ge)獨(du)立(li)的(de)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)來(lai)監(jian)控(kong)電(dian)池(chi)的(de)健(jian)康(kang)狀(zhuang)況(kuang)和(he)溫(wen)度(du)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)。它(ta)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)您(nin)檢(jian)測(ce)可(ke)能(neng)影(ying)響(xiang)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)的(de)潛(qian)在(zai)問(wen)題(ti)，例(li)如(ru)熱(re)不(bu)平(ping)衡(heng)、熱點和環境溫度變化，即使您已經擁有 BMS 也是如此。

這zhe個ge獨du立li的de電dian池chi測ce試shi係xi統tong可ke以yi作zuo為wei測ce試shi驗yan證zheng係xi統tong和he外wai部bu冗rong餘yu安an全quan係xi統tong。它ta可ke以yi擴kuo展zhan以yi滿man足zu您nin對dui電dian池chi測ce試shi係xi統tong的de所suo有you需xu求qiu。此ci外wai，這zhe個ge獨du立li的de係xi統tong有you助zhu於yu解jie決jue電dian池chi故gu障zhang和he問wen題ti。通tong過guo一yi些xie額e外wai的de設she置zhi和he電dian池chi軟ruan件jian應ying用yong程cheng序xu，您nin可ke以yi將jiang其qi用yong作zuo電dian池chi模mo擬ni器qi，以yi幫bang助zhu構gou建jian更geng好hao的de電dian池chi供gong電dian應ying用yong程cheng序xu。

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