這類(lèi)在研發(fā)實(shí)驗室中常見(jiàn)的標準電源構成的測試方案比專(zhuān)用電池測試設備更加靈活。這是因為可以對標準電源和電子負載進(jìn)行編程控制，使其能夠提供多種充放電配置，從而滿(mǎn)足特定的不同應用需求。

首先來(lái)看將標準程控電源用于鋰離子電池充、放電循環(huán)過(guò)程的充電階段典型步驟（圖 1 ）。電源按照電池的規格設定充電電流大小，以恒定電流（CC）的工作方式開(kāi)始充電。電池開(kāi)始充電后，其內部電壓會(huì )升高。隨著(zhù)充電過(guò)程持續，電池電壓逐漸達到其開(kāi)路電壓。

圖1：鋰離子電池的典型充放電循環(huán)。

圖中文字中英對照

在該點(diǎn)，電源將達到其程序設定的電壓上限（可通過(guò)編程將上限值設為電池開(kāi)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，電源對電池的輸出電流開(kāi)始下降，對電池的電壓則保持恒定。

一般會(huì )希望充電電流低于設定的截止值時(shí)終止充電。比如說(shuō)，在對汽車(chē)電池等大型電池充電時(shí)，可設最大充電電流為 20 A，截止電流為 50 mA。達到截止電流值后，電池可視為已充滿(mǎn)，應停止充電，電池充放電循環(huán)進(jìn)入下一階段，通常會(huì )靜置一段時(shí)間。

首先，要考慮使用何種設備測量電池充電電流。由于討論的是大電流充電，使用電流計測量并不現實(shí)，因為最大電流值可能超過(guò)常見(jiàn)數字萬(wàn)用表（DMM）的電流量程。因此假設使用電源內置的電流測量功能來(lái)測量充電電流。稍后再來(lái)談這個(gè)問(wèn)題。

如上所述，要終止充電，需要測量電流值并將測量值與截止值進(jìn)行對比。如果電流測量時(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(zhù)需要在較大的動(dòng)態(tài)范圍內測量電流。因此，在較低電流環(huán)境下，噪聲是個(gè)大問(wèn)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 20 A，截止電流值為 50 mA。如果充電電流為 20 A 時(shí)噪聲為 100 mA，則噪聲會(huì )導致 0.5% 的測量誤差，這也許可以容忍。但是，100 mA 的噪聲會(huì )導致 50 mA 的截止電流難以測量，使得測試人員難以確定何時(shí)終止充電。

電流測量噪聲源的分析

來(lái)看看測試環(huán)境（圖 2）。這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的測試環(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)內阻的理想電池�？墒褂脤�(zhuān)用電池測試設備或LCR 表通過(guò)交流電阻（ACR）測量獲得內部電阻值。

圖2： 充電電源對低內阻電池充電。

圖中文字中英對照

大型電池的內阻多為數十毫歐姆，小型電池的內阻多為數百毫歐姆，而像紐扣電池這樣更小的電池，內阻可能達到幾個(gè)歐姆。但在本例中討論的對象為大電流電池，因此設電池內阻為數十毫歐姆。

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

圖3： 連接好這個(gè)更復雜的充電電源模型，對低內阻電池進(jìn)行充電。

電流測量結果中的噪聲并非測量噪聲。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換為電池內阻電流造成的。因為電池內阻很低，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

如上述分析，電源測量充電截止電流的噪聲來(lái)源于電源電壓輸出噪聲，最簡(jiǎn)單的方法就是對測量結果求平均。通過(guò)幾秒甚至一分鐘的長(cháng)積分時(shí)間電流測量，可以將交流分量過(guò)濾，通過(guò)這種方法可以獲得穩定的直流電流值，然后再與截止閾值對比。

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

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

圖中文字中英對照

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。根據歐姆定律，得到 INOISE = VNOISE/（ZPS_OUT + ZINDUCTOR + ZCELL），隨著(zhù)頻率提高，ZINDUCTOR 逐漸增大，成為分母中的最大值。因此，隨著(zhù)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10 Hz左右，大幅降低近直流電流的感應噪聲電流。設充電電流為 20 A，電池串聯(lián)電阻 10 mΩ，需要使用數百微亨的電感。

需要注意的是，這個(gè)電感需要能承受 20 A 的充電電流，因此不能采用小型表面貼裝元件，可利用環(huán)形鐵芯上纏繞線(xiàn)圈來(lái)制作合適的電感。