如果對于測量電池性能，尤其放電過程中電池阻抗變化感興趣,，Gamry Reference™ 3000電化學(xué)工作站結(jié)合30k Booster電流放大器是不錯的選擇,，它可以快速施加單次或循環(huán)大電流脈沖，進(jìn)行電池循環(huán)測試,。
圖1： Reference™ 3000 (左) ,、 Reference™ 30k Booster (右)，以及校準(zhǔn)測試用標(biāo)準(zhǔn)電路板 (綠色),。
我們將30k校準(zhǔn)測試用標(biāo)準(zhǔn)電路板作為電池,，來進(jìn)行測試。該電路板經(jīng)過精心設(shè)計(jì)：
無論是校準(zhǔn)電路還是測試電路,，都采用真正的四端子傳感方式
保證電流測量回路極小的電感
保證電流和電壓測量回路之間極小的交互電感
Gamry儀器使用校準(zhǔn)電路,，進(jìn)行控制電流方式下的阻抗測試時(shí)，即使頻率達(dá)到300 kHz,，相位差仍小于2°,。
本應(yīng)用報(bào)告是我們對Gamry儀器深入研究的數(shù)據(jù)結(jié)果,。
測試在Reference 3000電化學(xué)工作站 和 Reference 30k Booster電流放大器上進(jìn)行。30k校準(zhǔn)測試用標(biāo)準(zhǔn)電路板始終與30k Booster連接,。電池的連接使用標(biāo)配的1米電流線和1.5米電壓傳感測試線,。
絕大多數(shù)的測試都是使用電路板的校準(zhǔn)電路。校準(zhǔn)電路對應(yīng)一個200 mΩ 的電阻,，以及對電極線纜一側(cè)的一根2.5A保險(xiǎn)絲,。保險(xiǎn)絲可以保護(hù)這個1 W的電阻，以免被過大的電流燒壞,，保險(xiǎn)絲的電阻為34 mΩ,。如果電流脈沖時(shí)間足夠短，大于保險(xiǎn)絲額定電流2.5A的快速電流脈沖,，并不會使保險(xiǎn)絲熔斷,。
電路板的測試電路對應(yīng)一個3 mΩ、四端子方式連接的電阻,。它不需要保險(xiǎn)絲,，因?yàn)榭梢猿惺?0A電流。
許多測試是在不同的控制放大器速度（CA Speed）下進(jìn)行的,，CA Speed越快,，時(shí)間分辨率越高，但同時(shí)會犧牲控制放大器的穩(wěn)定性,。
絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)是用Gamry Framework™軟件來記錄的,，部分測試需要使用Tektronix 2024C數(shù)字示波器。
結(jié)果與討論
使用Gamry Framework™軟件,，記錄在200 mΩ電池上施加2A脈沖的結(jié)果曲線：
下面圖2是使用Reference 30k Booster及Reference 3000（3A量程）施加的2A電流脈沖,，每次持續(xù)200µs。
圖2： 上方曲線代表電壓曲線,，下方曲線代表電流曲線,；不同顏色對應(yīng)不同的控制放大器速度CA Speed（綠色：Fastest；紅色：Fast,；藍(lán)色： Norm）,。
示波器通過E Monitor BNC端口采集的200 mΩ電池數(shù)據(jù)：
一根BNC線連接Reference 3000后面板的E Monitor輸出端口和示波器的輸入端口,。
圖3是200 µs內(nèi),，對校準(zhǔn)電路200 mΩ電池施加2A電流脈沖的電壓-時(shí)間曲線。CA Speed：Fast
圖3：通過 E Monitor 端口記錄的數(shù)據(jù)
圖4中示波器屏幕截圖顯示一個非常相似的波形,。
圖4：示波器記錄的數(shù)據(jù)（與圖5條件相同）,。
Reference 3000 Booster 在 200 mΩ電池上施加一系列電流脈沖：
圖5是Gamry儀器施加的一系列電流脈沖。小的2A脈沖不需要30k Booster就能實(shí)現(xiàn),。大一些的電流（4 A至12 A)需要用到30k Booster,。從曲線上看,，信號轉(zhuǎn)換速率對波形幾乎沒有影響。
圖5： 一系列電流脈沖曲線,。小電流2A的曲線不需使用30k Booster,；4A至12A的大電流使用了30k Booster。
圖6顯示的是控制放大器速度CA Speed對于8A脈沖的影響,。（藍(lán)色曲線：Fast,；紅色曲線：Fastest）紅色曲線波形為矩形，但上升和下降的瞬間,，信號有振蕩,。
圖6：8 A脈沖曲線。CA Speed：Fast (藍(lán)色),；Fastest (紅色)
下面圖7是4A和8A的脈沖曲線,，采用CA Speed Fastest，信號轉(zhuǎn)換速率對于波形仍然沒有影響,。
圖7：4A（藍(lán)色）和8A（紅色）的響應(yīng)曲線對比,。CA Speed ：Fastest
3 mΩ電池的測試結(jié)果
連接標(biāo)準(zhǔn)電路板的測試電路，該電路對應(yīng)一個3 mΩ,、 4 W的電阻,。30A時(shí)，功率消耗僅2.7W,，因此,，即使有連接錯誤或振蕩，也會比較安全,。
圖8是在該電池上施加2A脈沖得到的結(jié)果,，由Reference 3000即可進(jìn)行。上方的系列曲線代表電壓,；下方曲線代表電流,。不同的曲線顏色對應(yīng)不同的CA Speed（綠色：Fastest；紅色：Fast,；藍(lán)色：Norm）,。
圖8：對標(biāo)準(zhǔn)電路板的測試電路施加2A脈沖。CA Speed（綠色：Fastest,；紅色：Fast,；藍(lán)色：Norm）
CA Speed 選擇Fastest模式時(shí)，曲線有略微的振蕩,。
下面圖9是在不同CA Speed模式下,，對標(biāo)準(zhǔn)電路板的測試電路施加4A脈沖得到的結(jié)果，曲線的位置分布和顏色與上圖相同,。
圖9：對標(biāo)準(zhǔn)電路板的測試電路施加4A脈沖得到的結(jié)果,。CA Speed（綠色：Fastest,；紅色：Fast；藍(lán)色：Norm）,。上方曲線：電壓,；下方曲線：電流
圖9中，CA Speed選擇Fastest 和 Fast 模式時(shí),，曲線都有輕微的振蕩,。圖10是施加4A脈沖，CA Speed 選擇Fastest時(shí)的電壓波形,，示波器通過E Monitor監(jiān)測,，同樣顯示有振蕩。
圖10：對標(biāo)準(zhǔn)電路板測試電路施加4A脈沖,，示波器監(jiān)測到的電壓波形,。（CA Speed：Fastest）
50 µs電流脈沖
圖11是在50µs內(nèi)，對標(biāo)準(zhǔn)電路板校準(zhǔn)電路200 mΩ電阻施加2 A 和4 A電流脈沖得到的曲線,。綠色：4A,，CA Speed（Fastest）；紅色：4A,，CA Speed（Fast）,；藍(lán)色：2A，CA Speed（Fast）
圖11：標(biāo)準(zhǔn)電路板校準(zhǔn)電路的50µs脈沖數(shù)據(jù),。 2 A (藍(lán)色),； 4 A Fast (紅色) ； 4A Fastest (綠色).
邊緣部分信號上升瞬間損失的電量,，在下降階段得到了彌補(bǔ),。
30A脈沖
Gamry儀器甚至可以施加30A電流脈沖，施加在5mΩ的低電阻上,，如圖12所示,。
圖12：使用Reference 3000 以及 30k Booster，生成的30A電流脈沖信號,。紅色曲線代表電流,；藍(lán)色代表電壓。
Gamry Reference 3000電化學(xué)工作站結(jié)合Reference 30k Booster電流放大器,，能夠在幾十微秒內(nèi),，準(zhǔn)確、可靠地生成大電流脈沖信號,。信號上升時(shí)間τ如下表所示：
| 儀器 | 電池 | τ（CA Speed: Fastest） | τ （CA Speed: Fast） | τ CA Speed: Norm） |
| Reference 3000 | 200 mΩ | τ < 6 µs ringing | τ ≈ 10 µs | τ ≈ 29 µs |
| 3 mΩ | τ < 6 µs ringing | τ ≈ 7 µs | τ ≈ 23 µs | |
| 30k Booster | 200 mΩ | τ < 5 µs ringing | τ ≈ 7 µs | τ ≈ 17 µs |
| 3 mΩ | τ < 2 µs ringing | τ ≈ 6 µs | τ ≈ 22 µs |
連接待測電池,，測量上升時(shí)間,。
對于電容性電池,，恒電流儀模式更加穩(wěn)定,，本應(yīng)用報(bào)告沒有討論這方面的影響。
(空格分隔,最多3個,單個標(biāo)簽最多10個字符)
9
立即詢價(jià)
您提交后,，專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)