引言
能源时代下，人类活动已和电能紧密结合，电池行业也已经形成从实验室到工业生产的研发检测一体化完整体系。电池充放电测试设备作为能获取电池性能数据的重要设备，广泛应用于研发测试和电池产线测试。然而工业环境下各类设备产生的复杂电磁噪声会干扰测量信号，易导致读数漂移、波形畸变，使高精度的寿命预测、内阻分析等研究及检测失去可靠性。为了获取测试中无干扰的“纯净”电信号，工程师往往会采用屏蔽线与同轴电缆来构建可靠的物理屏障，避免噪声干扰对数据产生影响。
屏蔽线与同轴电缆
屏蔽线与同轴电缆两者虽都具备抗干扰作用，但设计理念与应用层级有所不同。
屏蔽线，是在普通绝缘导线外部包裹一层金属编织网或箔层（屏蔽层）的电缆。
图1 屏蔽线示意图
其核心原理是利用法拉第笼效应：当外界电磁波试图干扰内部导线信号时，屏蔽层会将其导入大地，从而保护内部信号不受影响[1]。同时，它也能防止导线内部信号向外辐射，干扰其他设备。屏蔽线结构相对简单，成本较低，根据屏蔽层覆盖率、材质（如铜网、铝箔）不同，其防护等级亦有差异。它主要适用于中低频（通常指MHz以下）且对信号完整性要求不是极端严苛的模拟或数字信号传输场景，例如传输温度、电压等相对稳定的直流或低频交流信号。
同轴电缆则是一种设计更为精密、专为高频与高精度信号传输而生的线缆。
图2 同轴电缆示意图
其结构从内到外依次为：中心导体、绝缘介质层、外导体（屏蔽层）和最外层的护套。这种“同心轴”结构是其得名由来，也是其卓越性能的关键。与屏蔽线相比，同轴电缆的优势在于：
完好的电磁封闭性：外导体与中心导体严格同轴，构成了一个近乎完美的封闭电磁场，外部干扰极难渗入，内部信号也几乎无泄漏。
恒定的特性阻抗：通过精确控制内外导体直径比及介质材料，同轴电缆可具备稳定且已知的特性阻抗（如常见的50Ω、75Ω）。这对于传输高频或快速脉冲信号至关重要，能最大程度减少信号在电缆中的反射和失真。
优越的高频响应：其结构使得它能够有效传输高达数GHz的高频信号，且衰减和畸变更小。
简而言之，如果将信号传输比作水管送水，屏蔽线如同为水管包覆了一层隔音棉，能阻隔大部分环境噪音；而同轴电缆则是一根精心设计、内壁光滑的特制管道，不仅能隔音，更能保证水流（信号）形态稳定、毫无紊流地高速通过。
不同测试项目中的线缆选择
在电池测试实验室中，针对不同的测试目的与信号特征，屏蔽线与同轴电缆的选择直接决定了测试的成败与数据的可信度。
屏蔽线连接的典型电池测试项目：
高精度直流内阻（DCIR）测试：此测试通过施加一个短暂的大电流脉冲并测量电压响应来计算内阻。尽管是直流脉冲，但其前沿陡峭，包含丰富的高频分量。使用屏蔽线可以有效抑制环境中工频（50/60Hz）及其谐波对微小电压测量值（常为微伏至毫伏级）的干扰，确保内阻计算结果准确。
长期循环寿命与容量测试：在长达数月甚至数年的充放电循环中，测试设备持续监控电池的电压和电流。屏蔽线可以防止周边电机启停、继电器动作等产生的瞬态电磁脉冲对长期数据趋势造成毛刺干扰，保障容量衰减曲线和库仑效率计算的平滑与真实。
图3 1A/g电流密度下长循环性能曲线图[2]
多通道温度与电压监控：在大模组或电池包测试中，需同步采集数十甚至数百个点的温度和电压。这些信号变化缓慢，但通道密集，布线复杂，极易引入交叉干扰。采用带屏蔽的线缆或排线，是保证各通道信号独立、不受邻近通道或环境影响的必要措施。
同轴电缆连接的核心测试项目：
电化学阻抗谱（EIS）测试：这是对线缆要求最严苛的测试，没有之一。EIS通过向电池施加一个频率从数毫赫兹到数兆赫兹的正弦波扰动信号，并测量其响应，以解析电池内部的动力学过程。整个测试的有效性建立在激励信号纯净、响应信号无失真基础上。同轴电缆的恒定阻抗和完美屏蔽，确保了高频信号的完整传输，防止信号在电缆两端反射形成驻波干扰测量，是获得准确、可重复的奈奎斯特图（Nyquist Plot）的唯一选择。
图4 不同Ni含量NCM正极的EIS Nyquist谱图[3]
高频脉冲测试与HPPC测试：混合脉冲功率特性（HPPC）测试中包含了一系列高频充放电脉冲，用于评估电池的功率性能。脉冲的上升/下降时间极短（可达毫秒级），蕴含丰富的高频成分。只有同轴电缆才能保证这些脉冲波形在传输过程中不失真，从而准确计算电池的动态功率边界。
高精度库仑效率（CE）测试：研究锂金属电池等前沿体系时，需要测量小数点后四位甚至五位的库仑效率变化。任何微小的电流测量偏差都会导致结论失去可靠性。使用同轴电缆连接电流传感器或直接接入测试设备，可以最大程度隔绝外部对微弱电流信号的干扰，为“首效”和每圈循环效率的精确评估提供保障。
保养与维护：延长精密线缆的使用寿命
精密线缆是测试设备的重要组成部分，其性能劣化会直接导致测量误差。规范的保养维护至关重要：
连接器保护：同轴电缆的BNC、SMA等连接器接口精密，严禁拉扯电缆本体来拔出接头。使用时应对准螺纹或卡扣，旋紧或插接到位，确保阻抗连续。不使用时，建议加盖防尘帽。
弯曲半径：避免对电缆，尤其是同轴电缆，进行小半径弯折。这会导致内部结构变形，改变特性阻抗，甚至造成中心导体损伤。操作时应保持其自然弯曲，最小弯曲半径通常不应小于电缆直径的5-10倍。
避免挤压与磨损：布线时应使用线槽或扎带合理固定，避免被重物碾压或与锐利边缘长期摩擦，损坏屏蔽层和外护套。
定期检查：定期检查线缆外观有无破损、变形，连接器有无氧化、松动。对于关键测试系统，可定期使用网络分析仪或时域反射计（TDR）检查同轴电缆的阻抗连续性和信号衰减情况。
结论
电池测试仪使用屏蔽线和同轴电缆能获取更精确的测试数据。中低频常规电池测试可以采用屏蔽线来抑制干扰，高频测试，如EIS，使用高质量的同轴电缆可以获得更加可信的EIS测试数据。此外，高频HPPC脉冲测试、要求极端电流测量精度的前沿材料研究，也应使用同轴电缆作为标准配置。
参考文献
[1] Vance E F. Shielding effectiveness of braided-wire shields[J]. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 1975 (2): 71-77. DOI: 10.1109/TEMC.1975.303389
[2] Wang Y Y, Hou B H, Guo J Z, et al. An ultralong lifespan and low‐temperature workable sodium‐ion full battery for stationary energy storage[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(18): 1703252. DOI: 10.1002/aenm.201703252
[3] Lee W, Muhammad S, Kim T, et al. New insight into Ni‐rich layered structure for next‐generation Li rechargeable batteries[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(4): 1701788. DOI: 10.1002/aenm.201701788
