大規模電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)需要先進(jìn)的電池化成和測試系統

　　在更嚴格的二氧化碳管制和更具環(huán)保意識的消費者的推動(dòng)下，轉向電動(dòng)汽車(chē)的速度繼續加快，預計到2025年，汽車(chē)總銷(xiāo)量的有10%將由電池供電，目前只有不到1%。1但電池成本很高，仍然占到汽車(chē)總成本的近一半。

　　盡管有諸多因素決定電池的成本，但制造商可以大幅降低成本的領(lǐng)域之一是制造的最后階段。具體來(lái)說(shuō)，在電池化成和測試過(guò)程中，電動(dòng)汽車(chē)電池的成本高達20%。

　　電池化成和測試是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，涉及多次充電和放電以激活電池的化學(xué)性質(zhì)，時(shí)間可長(cháng)達兩天。此過(guò)程很有必要，可做好使用電池的準備，對于確保電池的可靠性和質(zhì)量至關(guān)重要。這個(gè)過(guò)程極其緩慢，因此是阻礙電池制造提高產(chǎn)量從而降低電池生產(chǎn)總成本的重要瓶頸之一。電動(dòng)汽車(chē)電池制造商與擁有化成和測試系統專(zhuān)業(yè)知識的供應商之間的合作伙伴關(guān)系，使他們能夠更多地關(guān)注在這一關(guān)鍵制造階段減少所涉時(shí)間和成本，同時(shí)仍保持先進(jìn)電池化學(xué)制品所需的精確性。

　　產(chǎn)量提高等同于電池成本下降

　　為了降低電池成本，制造商需要統籌兼顧，首先利用供應商的系統級專(zhuān)業(yè)知識來(lái)減少整體電池測試電路足跡，同時(shí)增加通道的數量。需要注意的是，兩者必須同時(shí)保持電池化成和測試測量的準確性、精確性、可靠性和速度，確保滿(mǎn)足安全、性能和可靠性要求。

　　這并不容易做到。在前端，驅動(dòng)電池充電電路的電源需要進(jìn)行嚴格控制。在更深層面，電池的化成和測試需要密切監測電池循環(huán)期間使用的電流和電壓分布，以防止充電過(guò)度和充電不足。這既確保了測試期間的安全性，又最大限度地延長(cháng)了電池使用壽命，從而大幅降低最終用戶(hù)的總擁有成本。

　　要進(jìn)行這些重要的電池測量，需要質(zhì)量很高的儀表放大器(in-amps)和相關(guān)的并聯(lián)電阻來(lái)測量電池充電/放電電流，即使在惡劣的工廠(chǎng)條件下，也要實(shí)現±0.05%以上的精度。用于監測整個(gè)熱工作范圍內的電壓的差動(dòng)放大器也適用于此精度水平。

　　將這些組件合并為一個(gè)完整的解決方案有多種方式，但要最大限度地提高性能和減少系統占用空間，這是一個(gè)重大的挑戰。這就是ADI將模擬前端、功率控制和監控電路集成在單個(gè)IC AD8452中的原因。這些IC可以包括電池反向預防、過(guò)壓保護開(kāi)關(guān)和智能控制，以防止電池充電過(guò)度，它們可以減少50%的系統占用空間。這套功能允許電池制造商將更多的功能整合到測試系統中，同時(shí)更有效地利用工廠(chǎng)的空間。此外，它們還允許制造商設計具有更多功能和更可靠測試過(guò)程的系統。

　　高效的功率轉換反過(guò)來(lái)又能提高系統性能。通過(guò)使用先進(jìn)的交換架構，測試系統可以通過(guò)與電網(wǎng)進(jìn)行雙向能量交換來(lái)最大限度地減少功耗。高效的功率轉換也減少了對熱管理設備的需求，熱管理設備會(huì )增加系統的總體成本和功耗。最終減少了浪費的能源和制造成本。要實(shí)現這些功能，就需要了解系統特性，如隔離柵極驅動(dòng)器，支持更新的碳化硅和氮化鎵功率切換技術(shù)的更快切換需求。

　　與擁有系統級專(zhuān)業(yè)知識和廣泛產(chǎn)品系列的供應商密切合作的好處不僅僅是獲得更復雜的組件和構建塊。它還使電池制造商能夠獲得更容易采用的系統架構的參考設計，使上市時(shí)間比電池制造商從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)化成和測試系統的時(shí)間快三至四倍。

　　預計全球電動(dòng)汽車(chē)需求將以21%的復合年增長(cháng)率增長(cháng)到2021年，2因此電池制造商和供應商之間最需要的就是密切合作。供應商需要提供可靠的、經(jīng)過(guò)驗證的解決方案，使制造商系統的效率能夠更上一層樓。最好的供應商可以幫助制造商更快地將這些新功能投入市場(chǎng)，最終使電池和電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)蓬勃發(fā)展。

　　參考

　　1 David Keohane和Peter Campbell?！胺ɡ讑W讓電動(dòng)汽車(chē)預測銷(xiāo)售量翻番?！盕inancial Times，2018年2月。

　　2 “按推進(jìn)系統(BEV、PHEV、FCEV)、車(chē)輛(PC、CV)、充電站(正常、超級、感應)、充電基礎架構(普通、Type-2-AC、CHAdeMO、CCS、Tesla SC)、功率輸出、安裝和地區劃分的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)——2025年全球預測?！盡arketsandMarkets，2018年6月。

　　作者簡(jiǎn)介

　　Vikas Choudhary是ADI公司電池化成和測試產(chǎn)品戰略營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，工作地點(diǎn)位于馬薩諸塞州威爾明頓的ADI辦事處。

　　Vikas負責開(kāi)發(fā)電池化成和測試新興領(lǐng)域的產(chǎn)品和商業(yè)策略。他擁有20多年半導體行業(yè)經(jīng)驗，包括系統架構、技術(shù)領(lǐng)導，以及RF IC、高速接口、MEMS和線(xiàn)性與精密信號處理領(lǐng)域的管理職務(wù)。他是《MEMS：基礎技術(shù)和應用》一書(shū)的編者，擁有5項已授權專(zhuān)利并出版多份期刊及會(huì )議刊物。Vikas擁有加州大學(xué)洛杉磯分校的碩士學(xué)位。聯(lián)系方式：vikas.choudhary@analog.com。