TWh时代锂电装备先行 开路电压与内阻测试痛点与改进分析

随着新能源汽车渗透率不断提升以及新型储能行业的加速发展，锂离子电池需求持续攀升。研究机构EVTank预测，2030年之前全球锂离子电池出货量的复合增长率将达到25.6%，到2030年总体出货量或将接近5TWh。

锂电池前景向好下，设备端充分受益。近日，EVTank、伊维经济研究院联合中国电池产业研究院共同发布的《中国锂离子电池设备行业发展白皮书（2022年）》数据显示，2021年，全球锂离子电池设备市场规模为952.0亿元，其中中国锂离子电池设备市场规模占比66.6%，达到634.3亿元。EVTank在白皮书中预计，随着全球电池企业规划的新增加产能逐步释放，考虑到单位GWh电池设备投资额的逐步降低以及老旧设备的更新改造等需求，到2026年全球锂离子电池设备市场规模将达到2104.6亿元，且锂电设备的自动化率将进一步提升。

按照锂离子电池的生产流程，锂电设备主要分为前端设备、中端设备和后端设备。其中，在锂电池生产后段中，测试开路电压OCV可以计算出电池的自然放电率K值，结合交流内阻ACR可将电池进行分选。最终得到性能及稳定性高度一致的电芯，对保证模组与电池包的可靠性具有重要作用。

化成段，可谓讲究慢工出细活的工艺流程，不仅决定了成品标准，还要求不断精益求精。但是通过走访国内数个知名锂电池企业，不难发现目前在其中的关键测试——开路电压（OCV）与内阻（IR）测试仍存在着让电池企业不适的痛点。

 

痛点1：测试稳定性差

电池产线要求的是高集成化高速度的工业水准，在自动化生产环境下，“干扰”实际充斥着整个产线。

开路电压OCV为例，当今动力电池测试精度的要求，一般称之为“7位半/6位半”——分辨率在0.000001V，工艺要求末尾数值跳动达到10~20个字以内。在实际生产时，OCV末尾数值跳动在20~40个字甚至更高，产线干扰所造成的测试影响可见一斑。

同样，内阻IR数值非常小，在mΩ级别，分辨率0.0001mΩ，所受产线干扰会更加严重，初始误差会在生产过程中被放大2~4倍。



除了自动化引入的干扰，测试仪器及设备之间也会互相影响。

来看看当前的测试方式，化成段的OCV测试台承担了OCV+IR的测试工作，其测试核心除了自动化设备及PC电脑，还包含了一台数字万用表、一台电池内阻测试仪，以及切换开关电路板。三者在工作时产生的电磁干扰以及对于地放出的电信号都会使得“左右互搏”，很多企业或集成商尝试了很多屏蔽手段，但依旧收效有限……

 

痛点2：成本高

电池企业在扩产的同时，自然对成本有控制，除了真金白银，也有人力、时间等其他成本。

由于着急交付产线，采用传统测试方式是简单迅速的，但是会出现一窝蜂抢购设备的情况，结果就成了“加价购车”，付出了更多的代价、精力及等待时间才等到了货。后期在调试时，又因为涉及多台设备，所以往往是“一家动手，其余围观”。

扩产的成本也并非一次投入，若后期工艺变化，则会要求添置新的仪表。而所有的仪表每年定期的校准维护，以及备品备件又都是一笔不小的开销。

再加上之前的芯片供应危机以及疫情的肆虐，当各方都被挤压到极端时，电池企业与集成商也不得不去思考进行方案上的优化。

为了解决以上种种，福禄克仪器提出了新的解决方案——Fluke BT5300系列高精度电池测试仪。

 

福禄克的名字其实对于工业制造业领域并不陌生，下至万用表，上至计量院使用的台式表及校准源都有涉及。

这次福禄克通过对电池企业及集成商的走访，将传统需要叠加的测试方案，改进成为三合一的全新方案。

 

通过三位一体的方案，福禄克的BT5300系列较传统测试方式有7大特性的提升。

1.精度更高

交流内阻读数精度达 0.2%，较同类产品提升50% ； 直流电压精度最高 18 ppm，比肩七位半台式数字万用表，满足严苛的电池分选要求。

在初始的参数上领先于现有测试方式，有助于细化电池分选，尤其是动力电池领域。
 

2.速度更快

BT5300系列特有的采集指令⸺ROUTe:SCAN，将传统采集转化为扫描模式。可实现 30秒内完成256个电芯的OCV+IR测试，较传统方式测试时间从600ms~1s，缩短到100ms。

释放产线更多产能，提高生产效率。

 

 

         
三维一体的集成方案，较传统测试手段，不仅缩小体积，更抗外界干扰。

         
可适配的多通道模块SW9010，不仅将SENSE与SOURCE电路分开，还将SENSE与SOURCE端口分离，最大限度降低涡电流干扰，提升抗干扰能力。

         
BT5300系列支持最高300mA的测试电流，是传统测试仪的3倍，改善了测试的信噪比，确保了测量过程中稳定性的要求。

         
OCV+IR的测试不需要退而求其次，去选择加权平均或选择慢速挡位。

 

       
带载能力代表仪器支持的最大回路电阻。若阻值很小，则需要限制导线长度及粗细，将导致结果波动，无法正常完成测试。

         
BT5300系列可支持的最大回路电阻是同类产品的5倍，能支持更长更细的测试线，减少了仪器对于测试台的限制，并避免大量程测试小电芯导致的精度损失。

 

         
边电压测试，又称壳体电压测试，是电池生产中的一个重要测试项目，测试的是电池负极与外壳之间的电压，仪表输入阻抗需要设置为高阻才能够得到稳定的读数。

         
BT5300系列支持高阻的阻抗输入。配合多通道扫描模块SW9010，通过指令可以实现边电压测量功能。
 

         
BT5300系列支持LAN口和RS232接口，指令与同类产品兼容，方便客户快速升级现有电池测试方案，直接提升测试台的测试精度，轻松提高产线性能。

7.界面更友好

4.3寸LCD屏，直观的用户界面，清晰的数字单位，操作更简单，读数更快捷。