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TI多功能鋰離子電池測試方案 滿足電動車與智慧電網應用需求
[SmartAuto 編輯部 報導]   2020年08月26日 星期三 瀏覽人次: [1415]

隨著鋰離子電池在無人機、電動汽車(EV)和智慧電網等領域的應用日益增多,電池製造商也在試著利用現代科技和化學技術來挑戰電池測試和製造能力的極限。如今,每塊電池無論大小、性能和壽命都是在製造過程中決定的,而測試設備都是針對特定電池設計的。

德州儀器電池測試器解決方案
德州儀器電池測試器解決方案

德州儀器指出,由於鋰離子電池市場涵蓋了所有的形狀和容量,因此很難製造出一種單個、整合的測試器,來處理不同的容量、電流和實體形狀,同時具有所需的準確度和精密度。鑒於市場對鋰離子電池的需求越來越多樣化,開發高性能、靈活的測試解決方案成了迫切的需求,從而最大限度權衡利弊,並實現成本效益。

鋰離子電池具有多種尺寸、電壓和應用範圍,其最初設計用於相對較小的設備,如筆記型電腦、手機和其他可攜式電子裝置。現在的外形尺寸則大了很多,應用於各種大型設備,如電動汽車和太陽能電池儲存。這意味著更大的串/並聯電池組擁有更高的電壓和更大的容量,物理體積也更大。例如,一些電動汽車的電池組可以配置多達100個串聯和超過50個並聯配置。

堆疊電池並不是什麼新事物,但由於電池組體積更大,測試變得更加複雜,可能會影響整體性能。

德州儀器指出,無論是何種終端設備,電池組中的電池以串聯和並聯方式堆疊得越多,問題就越嚴重。顯而易見的解決方案是確保每塊電池的製造完全相同,並將相同的電池組合在同一個電池組中。但是,由於電池阻抗和容量固有的製造工藝差異程度不同,使得測試變得至關重要。

為了使整個電池組的性能達到最佳水準,每塊電池必須與其相鄰電池幾乎相同。電池會相互影響,因此如果某一系列中的一塊電池容量較低,電池組中的其他電池都將低於最佳狀態,因為它們的容量會被電池監測和再平衡系統降級,以匹配性能最低的電池。在電動汽車中,這會導致有效的整體可用電池組容量減少,從而降低車輛的續航里程。此外,低容量電池的退化也會加速,因為在安全保護措施起效前,它就在充電和放電結束時達到了過高的電壓。

德州儀器指出,由於鋰離子電池具有極為密集的儲能容量,如果充電和放電不當,可能會引起火災和爆炸。在製造和測試過程中,這種儲能技術要求非常高的準確度,許多新興應用進一步加劇這一要求。就形狀、尺寸、容量和化學成分而言,鋰離子電池的種類更為廣泛,反之其也會影響測試設備,製造商為了不同的鋰離子電池選擇合適的測試設備會增加測試成本。

準確度顯然是一項必備能力,不僅意味著能將大電流控制準確度保持在非常低的水準,還包括在充電和放電模式間及在不同電流水準間快速切換的能力。電池製造商還希望將測試過程和設備用作為創新工具,使其在市場上創造競爭優勢,例如修改充電演算法以提高容量。

如今的測試器針對特定的電池尺寸進行了優化,所以在創建一個能處理高電流的測試器時會涉及許多方面。然而,許多工廠並不只生產一種電池,它們可能會為一個客戶生產一整套大型電池,同時滿足這些電池所需的所有測試要求,也可能為一個智慧型手機客戶生產一套更小電流的小型電池。

德州儀器點出,這就是測試成本上升的原因—電池測試器針對電流進行了優化。在試圖適當優化單個整合的測試解決方案時,仍存在許多衝突的需求。雖然目前還沒有解決所有鋰離子電池種類的萬用測試方案,但他們已經提出了一種參考設計,在不影響準確度和精確度的前提下,可以最大程度地權衡取捨。

適用大電流應用的高準確度測試解決方案

在眾多鋰離子電池需求市場上,為了滿足精確且全尺寸充放電電流控制準確度,針對50A、100A和200A等應用,德州儀器模組化電池測試器參考設計特別組合了50A和100A電池測試設計,用來創建一個能夠達到200A最大充放電水準的模組化版本。

TI指出,針對高電流應用的電池測試器參考設計,採用恒流(CC)恒壓(CV)控制環路以支援高達50A的充放電率。該參考設計利用多相雙向電流控制器 LM5170-Q1來調節流入或流出電池的電流,而零漂移、36V、軌對軌輸出(Rail-to-Rail-Out)儀表放大器INA188則調節流入或流出電池的電流。INA188實現並監控恒流控制環路,由於電流可能往任一方向流動,因此SN74LV4053A多工器可以相應地調節INA188的輸入。

此特定方案透過將幾個關鍵的TI技術整合在一起,為需要更高電流或多階段應用,創建一個可修改的平台,展示建立一個具成本效益測試解決方案的可行性。這靈活、具有前瞻性的解決方案不僅滿足了當今的需求,而且預測了未來汽車電池的增長趨勢,將很快增加對測試器電流能力超過50A的需求。

德州儀器用於50A、100A和200A應用的模組化電池測試器解決了鋰離子電池測試設備的高精度,大電流和靈活性問題。該參考設計涵蓋了各種可用的電池形狀、尺寸和容量,能夠應對新興應用,如電動汽車和太陽能發電廠的大型電池組以及智慧型手機等消費電子產品中常見的小尺寸電池。

德州儀器鋰離子電池測試的參考設計能投資較低電流的電池測試設備且以並聯使用,不需在不同電流水平的多種架構中進行昂貴的投資。能在各種電流範圍內使用測試設備,最大程度優化對電池測試設備的投資,降低總體成本,並為適應不斷變化的鋰離子電池測試需求提供靈活性。

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