ADI鋰電池測試設備方案

應用簡(jiǎn)介

相對于其它化學(xué)電池，鋰電池具有許多優(yōu)勢。例如，與鎳氫電池或鎳鎘電池相比，鋰電池更輕，沒(méi)有記憶效應，并且自放電速率更慢。鋰電池已被廣泛用作智能手機和筆記本電腦等現代電子設備的充電電池。由于清潔能源要求，在電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具和能量?jì)Υ娴雀吖β蕬弥?，鋰電池最近也頗受歡迎。

隨著(zhù)鋰電池的快速增長(cháng)，制造過(guò)程中使用的測試設備也變得非常重要。鋰電池測試設備的典型功能如下所示

化成和分級：電池單元組裝完成后，各單元必須經(jīng)歷至少一個(gè)精確控制的充放電循環(huán)以激活工作材料，將其轉化成可用形式。電池供應商還可以利用此過(guò)程將電池單元分為不同的性能組別，以便根據可選規格進(jìn)行銷(xiāo)售，這稱(chēng)為“分級”。

循環(huán)和特征測試：循環(huán)是指對電池單元和電池組進(jìn)行多次充電和放電，以執行壽命和可靠性測試。特征是指詳細地測量電池的技術(shù)特性。一般而言，兩種測試均需要很長(cháng)時(shí)間，通常會(huì )超過(guò)1天，而且僅在實(shí)驗室對選擇的一些電池樣品進(jìn)行測試。

功能測試：在交付給最終客戶(hù)之前，為確保每個(gè)電池單元和電池組能夠正常工作，制造之后必須對每個(gè)電池進(jìn)行功能測試。為了縮短測試時(shí)間，功能測試是一個(gè)簡(jiǎn)化的測試，只包括一些必要的項目。

系統設計考慮和主要挑戰

測試時(shí)間是決定鋰電池生產(chǎn)率的一個(gè)重要因素。鋰電池單元的一般化成時(shí)間是2個(gè)小時(shí)到5個(gè)小時(shí)，由于單元內部的材料屬性，此時(shí)間無(wú)法壓縮。為了同時(shí)測試許多電池以提高產(chǎn)量，鋰電池測試儀的通道數很高，最高達到1024個(gè)通道或更多。此外，鋰電池容量越高，則所需的充電電流越大。這意味著(zhù)鋰電池測試系統的功耗可能非常高，因此，鋰電池測試儀的第一個(gè)挑戰是提高能源利用效率。最近，開(kāi)關(guān)測試儀越來(lái)越多，它實(shí)現了比傳統線(xiàn)性測試儀更高的效率。此外，高級電池測試設備已經(jīng)實(shí)現了能源循環(huán)利用技術(shù)。

鋰電池測試儀的第二個(gè)挑戰是對充放電循環(huán)進(jìn)行更精確的控制。為了縮短充電時(shí)間，多數用戶(hù)首先選擇恒流(CC)充電模式，然后切換到恒壓(CV)充電模式。這就要求精確控制恒流模式與恒壓模式的轉換，避免過(guò)沖(過(guò)充電)。此外，能源損耗產(chǎn)生的熱量會(huì )引起漂移，影響系統的精度和安全性。

鋰電池測試儀的第三個(gè)挑戰是降低測試成本，以便與其它種類(lèi)的電池競爭。除了測試儀本身的成本以外，測試時(shí)間和能耗也是測試成本的重要組成部分。鋰電池測試儀設計者需要使用某些先進(jìn)的拓撲結構和技術(shù)來(lái)降低成本，同時(shí)不影響精度。

充電或放電過(guò)程中，如果電池的溫度超過(guò)額定值，電池壽命可能會(huì )縮短。最差情況下，過(guò)高的溫度可能會(huì )導致電池破裂，甚至起火。鑒于這些原因，在充放電循環(huán)中，必須監測和控制鋰電池單元的溫度。

ADI公司解決方案

ADI解決方案的價(jià)值主張：

1,一站式供應商，提供鋰電池測試設備信號鏈所需的最齊全產(chǎn)品組合，像放大器、ADC、DAC、隔離器和處理器等。

2,ADI產(chǎn)品的兼容性支持在多個(gè)平臺之間移植設計，例如，引腳兼容的電平設置DAC提供多種不同的分辨率。

3,片內集成優(yōu)化信號鏈性能并使電路板空間和BOM成本最小，例如，儀表放大器和差動(dòng)放大器集成高性能運算放大器和電阻，以實(shí)現出色的共模抑制比(CMRR)和漂移性能。

4,豐富的設計資源，包括易于使用的仿真工具(ADIsimPower、DiffAmpCalc)、ADI中文技術(shù)論壇中的討論區、完全填充的評估板等。

5,Circuits from the Lab、 實(shí)驗室電路是經(jīng)過(guò)測試的參考電路，有助于加速設計，同時(shí)簡(jiǎn)化系統集成，幫助并解決當今模擬和混合信號設計挑戰?；诰W(wǎng)絡(luò )的設計工具可以?xún)?yōu)化定制設計的性能。本文最后還提供了一些基于網(wǎng)絡(luò )的設計示例。

系統框圖

鋰電池測試系統的高層次概貌如下所示。

線(xiàn)性/開(kāi)關(guān)充放電控制單元的詳圖如下所示。

電源產(chǎn)生和管理的詳圖如下所示。