电池隔离体定仪

随着信息、材料和能源技术的进步，锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。电池隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，在电池中起着防止正、负极短路，同时在充放电过程中提供离子运输通道的作用。其性能的优劣决定了电池的界面结构内阻，进而影响电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性。Labthink兰光接下来结合透气性测试仪、智能电子拉力试验机、测厚仪及热缩试验仪对电池隔膜的透气性能、耐穿刺性能、拉伸强度、厚度及热收缩性能检测进行简要的介绍。一、电池隔膜透气性能电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，其主要作用有：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；让电解质液中的离子在正负极间自由通过。隔膜的存在首先要满足它不能恶化电池的电化学性能，主要表现在内阻上。通常内阻的大小通过其透气率来表征，或者称之为Gurley数，即一定体积的气体，在一定压力条件下通过一定面积的隔膜所需要的时间。对于相同的电池隔膜，这个数值从一定意义上来讲，和用此隔膜装配的电池的内阻成正比，即该数值越大，则内阻越大。Labthink兰光的BTY-B1P透气性测试仪，采用计算机控制，三测试腔设计，压力差可调，人机交互友好，测试效率高，可满足各种客户对于电池隔膜透气性测试的要求。二、电池隔膜耐穿刺性能及拉伸强度锂电池在使用过程中电池内部会逐渐形成枝状晶体，有可能刺破隔膜，造成内部微短路。在制造过程中由于电极表面涂覆不够平整、电极边缘有毛刺等情况，以及装配过程中工艺水平有限等因素，都要求电池隔膜具有相当的穿刺强度。另外，电池隔膜的拉伸强度也是影响其应用的一个重要因素，如果隔膜在使用过程中破裂，就会发生短路，降低成品率。Labthink兰光的XLW(PC)智能电子拉力试验机，该机具备拉伸强度与变形率、剥离强度，热合强度，撕裂等7项测试功能，并且这些功能均采用菜单式界面，选择相应检测功能，即可执行标准规定的检测。配合专用的测试夹具，还可以对电池隔膜进行刺破性能测试，是目前行业中最为专业的仪器。三、电池隔膜厚度电池隔膜的厚度是否均匀是检测其各项性能的基础。厚度不均匀，会影响到透气率、拉伸强度等性能，对厚度实施高精度控制也是确保质量与控制成本的重要手段。Labthink兰光的CHY-CA测厚仪，采用目前世界测量领域最先进的技术成果，确保测量结果的高精确性，多次测量结果的高度一致性；并且操作调试极其方便，几近于自动化操作，最大限度地减少了人为因素对测量结果带来的影响。该仪器具有手动、自动两种测量模式，对于手动模式测量，可打印输出测量结果；对于自动模式测量，可按照预先设置好的次数自动测试，并对测量结果进行统计、分析、打印输出；接触面积、测量压力、移动速度等严格遵循相关标准的规定。四、电池隔膜热收缩性在电池生产过程中由于电解液对水分非常敏感，大多数厂家会在注液前进行85℃左右的烘烤，要求在这个温度下电池隔膜的尺寸也应该稳定，否则会造成电池在烘烤时，隔膜收缩过大，极片外露造成短路。Labthink兰光的RSY-R2热缩试验仪，采用微电脑控制，PID温度控制，液体加热介质，温度控制精确，受热均匀，用于电池隔膜、热缩管、背板等材料在多种温度下进行热收缩性能及尺寸稳定性的精准测试。当然确保了电池隔膜的透气性能、耐穿刺性能、热收缩性能等指标合格后，还需要对其他的一些指标如浸润度、化学稳定性、孔径及分布、闭孔温度、破膜温度、孔隙率等进行控制，以确保其使用适应性。 以上资料由济南Ulab优班检测提供更多资料www.ulab.cn

作为电表制造商和电力公司的首选IC解决方案提供商，ADI公司至今已向市场推出17种产品，并有超过2.25亿片电能计量IC被应用于世界各地。ADI公司还拥有超过一万种的其它创新和高性能技术产品，其中一些适用于电能计量应用，例如：ISM RF收发器、高速数字隔离器、基准电压源、温度传感器和RS-485驱动器等。如此全面广泛的技术使ADI公司能够出色地应对最新的低成本三相电表市场的需求。 现有解决方案的挑战 三相电表通常要求高性能。虽然低成本三相电表的发展趋势同时要求简化性能规格，但一些基本电气要求和电力公司的规范却对其成本有着重大影响。 各相之间的电气隔离：顾名思义，三相电表系统由三相组成，每一相代表一个独立的电压和电流源。在三相电表中，每相的电能测量通常合并为一个结果，这要求各相之间进行电能信息交换。因此，各相之间需要进行电气隔离。 兼容直流电流：该要求源于IEC62053-21标准和MID CENELEC欧洲标准的半波整流波形测试，它对于支持电气设备中大量使用简单的半波整流器至关重要。这样就需要使用可兼容直流电流的感测技术。 电压输入与电流输入之间的隔离：电表制造商和电力公司更乐意使用简单的测试设备来进行三相校准和验证，这种非标准要求需要在电压与电流之间提供隔离。 以上限制条件使得业界对于三相电表设计形成了如下共识：利用电流传感器隔离各相，并实现信号处理和数据管理与电力线的隔离(图1)。有四类技术可实现电流感测隔离：电流变压器(CT)、罗氏线圈、霍尔效应和变压器分流。不过，由于存在专利保护，电流变压器是在开放的市场器件中唯一能够利经济有效地实现的解决方案，这导致许多新兴电表制造商广泛采用兼容直流的电流变压器。ADI公司拥有丰富的三相模拟前端(AFE)产品组合，支持仅功率测量以及四象限电能测量。这些解决方案能够满足电能测量与隔离电流传感器连接的三相电表市场需求。http://cn.newmaker.com/nmsc/u/2011/20115/art_img/20115189361046306.jpg遗憾的是，由于技术非常独特，兼容直流的CT价格高昂，因此它并非实现低成本系统的灵丹妙药。总之，由于电流感测解决方案缺乏竞争，电流传感器技术的优势和弊端也就无从谈起。 替代方案 一种可选的方案是将ADI公司的单相AFE和片上系统(SOC)与高速数字隔离技术iCoupler和低阻值分流电阻相结合，来实现一种新型系统解决方案，从而为电表设计人员提供一种采用全新技术的系统架构选择(图2)。 http://cn.newmaker.com/nmsc/u/2011/20115/art_img/20115189365812507.jpg1.分流电阻 分流电阻可解决许多电流感测问题，但同时也存在一些局限性。其优点是成本低、易于获得、兼容直流、宽线性范围、宽频率范围和无需相位校准。局限性包括：最大电流小于100A，满量程信号电平只有数十毫伏(mV)，要求隔离，以及需要以线路电压为中心的双极性输入。 2.电能计量IC 虽然分流传感器的限制很少，但ADI公司的AFE和SoC能够以独特方式解决低信号电平和双极性输入的难题：内部模拟增益较大，可以与最低200μ?的分流电阻连接；已获专利的模拟输入结构支持在单极性IC接受双极性输入；精度高于1类标准；同类最佳可靠性；高品质、易于生产。 此外，电表设计工程师可以根据电能测量要求(仅功率、功率加均方根值或四象限)选择合适的AFE与广受业界青睐的ADE7569 SoC配合使用。ADE7569属于ADE75xx系列产品，它具有如下功能特性：带高精度基准电压源的高精度电能测量引擎、具有低功耗休眠模式和内部电池切换功能的电源管理、低电流实时时钟、电平可调的LCD驱动器，以及带嵌入式闪存和RAM的8位单周期8052微控制器内核。 3.数字隔离IC 电能计量AFE与SoC之间的数字隔离可以利用针对仅功率脉冲输出AFE的标准光耦合器实现。但是，随着三相电表变得越来越复杂，AFE需要提供的信息也越来越多，例如：均方根值、无功功率、视在功率或THD测量的瞬时波形等。为了从AFE收集这些信息，AFE与SoC的通信速度需要大幅提高。因此，从性能和成本的角度来看，光耦合器技术难以胜任。不过，ADI公司的iCoupler技术可解决这一问题，并允许电表制造商使用这种基于分流电阻的架构。ADuM2401系列产品给4个数字通道提供5kV的隔离(每个UL1577测试)，可以用于SPI接口。 此外，ADuM5242等器件提供的IsoPower技术集隔离式DC/DC电源与数字通道隔离于一体，不仅能够隔离AFE串行接口，而且还能够提供AFE电源，因此图2中的电源2可以去掉。 本文小结 利用电能计量AFE、SoC和数据隔离技术的结合，ADI公司提出了一种创新解决方案来解决低成本、多功能三相电子电表的设计难题。这种方案不仅符合与隔离相关的标准和要求，而且允许AFE与SoC之间传输更多的信息，分流传感器本身的优势也得以充分发挥。 虽然许多人认为电能计量是一个低成本市场，没有什么空间可供创新和开发高附加值解决方案，但ADI公司正不断挑战这一观念。2007年，ADI公司推出了集成电池切换和电源管理功能的ADE7569，解决了电池供电问题。ADE7569的创新系统架构使一些关键功能(包括温度测量、计时、LCD显示和UART)在电池供电模式下仍然有效，而功耗则非常低。同时推向市场的ADuM5242采用了突破性隔离技术，集成了高速数字数据隔离和隔离电源。这款产品用创新解决方案来解决电表制造商的最关键设计问题，进一步增强了ADI公司的三相电表系统解决方案。(end)

隔膜是构成电池的基本材料之一，置于电池的正负电极之间，有利于提高电池的比容量和比能量，降低电池的内阻。好的电池隔膜对于电子绝缘性、离子导电性、材料的厚度和均匀性、力学强度、耐碱性、透气性以及电化学稳定性都有要求。电池结构 电池主要由正极、负极、隔板、电解液四部分构成，隔膜是特殊形式的隔板。在使用隔膜之前，浆糊纸曾用作隔板广泛应用于糊式电池和纸板电池中，当电池工业发展到碱性电池、二次电池之后，以前的浆糊纸已经无法满足电池设计的要求，在多种指标上均占优势的 隔膜就成为主要使用的隔板了。电池隔膜的作用 电池隔膜是电池结构中最重要的一部分，它作为电池的正负极之间的隔离板，首先它必须具备良好的电绝缘性，其次由于它在电解液中处于浸湿状态，必须具备良好的耐碱性，并且要有良好的透气性等。因此电池制造商在选择隔膜时多选用在较广的温度范围内（-55℃～85℃）保持电子稳定性、体积稳定性、和化学稳定性，对电子呈高阻，对离子呈低阻，便于气体扩散的尽量薄的隔离板。 隔膜性能的好坏在很大程度上将影响电池的循环寿命和自放电状况，隔膜孔洞、厚度、阻抗的设计也成为判别电池品质好坏的重要指标。对于镍氢电池，如果隔膜的透气性不好，电池过充时正极产生的氧气可能无法被快速复合掉，造成电池内压升高，当压力升高达到一定值后将从安全阀泄压从而造成电解液的损失；隔膜透气性好将有利于电池的氧复合顺利进行，增加电池的耐过充性能。对于锂电池，如果隔膜的透气性不好，将影响锂离子在正负极之间的传递，继而影响锂电池的充放电。对于锂离子电池用隔膜，基本性能参数如下：1、厚度：2、透气率：3、浸润度：4、化学稳定性：5、孔径及分布：一般来说，隔膜为了阻止电极颗粒的直接接触，很重要的一点是防止电极颗粒直接通过隔膜。目前所使用的电极颗粒一般在10微米的量级，而所使用的导电添加剂则在10纳米的量级，不过很幸运的是一般炭黑颗粒倾向于团聚形成大颗粒。一般来说，亚微米孔径的隔膜足以阻止电极颗粒的直接通过，当然也不排除有些电极表面处理不好，粉尘较多导致的一些诸如微短路等情况。6、穿刺强度：7、热稳定性：8、闭孔温度、破膜温度：9、孔隙率：目前，锂离子电池用隔膜的空隙率为40%左右。孔隙率的大小和内阻有一定的关系，但不同种隔膜之间的孔隙率的绝对值无法比较市场情况：目前隔膜供应商主要为以下几家：美国：Celgard(三层PP/PE/PP),Entek(单层PE)荷兰：DSM（单层PE)德国：Degussa(为无机有机复合膜，较厚，主要适用于动力型大电池）日本：Asahi,Tonen(单层PE),UBE(三层PP/PE/PP)此外国内有三到五家在做，但目前产品性能还不尽人意。国内制作的目前主要有以下一些问题：1、孔隙率不够：2、厚度不均3、有针孔4、均匀度不够5、强度不够总结：理想的电池隔膜孔径值应该在100nm左右，但目前国产的电池隔膜孔径值仅在几微米，这就要要求有专业的测试仪器进行相关研究开发，以满足国内市场的空缺。