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TI多功能锂离子电池测试方案 满足电动车与智慧电网应用需求
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2020年08月26日 星期三

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随着锂离子电池在无人机、电动汽车(EV)和智慧电网等领域的应用日益增多,电池制造商也在试着利用现代科技和化学技术来挑战电池测试和制造能力的极限。如今,每块电池无论大小、性能和寿命都是在制造过程中决定的,而测试设备都是针对特定电池设计的。

德州仪器电池测试器解决方案
德州仪器电池测试器解决方案

德州仪器指出,由於锂离子电池市场涵盖了所有的形状和容量,因此很难制造出一种单个、整合的测试器,来处理不同的容量、电流和实体形状,同时具有所需的准确度和精密度。鉴於市场对锂离子电池的需求越来越多样化,开发高性能、灵活的测试解决方案成了迫切的需求,从而最大限度权衡利弊,并实现成本效益。

锂离子电池具有多种尺寸、电压和应用范围,其最初设计用於相对较小的设备,如笔记型电脑、手机和其他可携式电子装置。现在的外形尺寸则大了很多,应用於各种大型设备,如电动汽车和太阳能电池储存。这意味着更大的串/并联电池组拥有更高的电压和更大的容量,物理体积也更大。例如,一些电动汽车的电池组可以配置多达100个串联和超过50个并联配置。

堆叠电池并不是什麽新事物,但由於电池组体积更大,测试变得更加复杂,可能会影响整体性能。

德州仪器指出,无论是何种终端设备,电池组中的电池以串联和并联方式堆叠得越多,问题就越严重。显而易见的解决方案是确保每块电池的制造完全相同,并将相同的电池组合在同一个电池组中。但是,由於电池阻抗和容量固有的制造工艺差异程度不同,使得测试变得至关重要。

为了使整个电池组的性能达到最隹水准,每块电池必须与其相邻电池几??相同。电池会相互影响,因此如果某一系列中的一块电池容量较低,电池组中的其他电池都将低於最隹状态,因为它们的容量会被电池监测和再平衡系统降级,以匹配性能最低的电池。在电动汽车中,这会导致有效的整体可用电池组容量减少,从而降低车辆的续航里程。此外,低容量电池的退化也会加速,因为在安全保护措施起效前,它就在充电和放电结束时达到了过高的电压。

德州仪器指出,由於锂离子电池具有极为密集的储能容量,如果充电和放电不当,可能会引起火灾和爆炸。在制造和测试过程中,这种储能技术要求非常高的准确度,许多新兴应用进一步加剧这一要求。就形状、尺寸、容量和化学成分而言,锂离子电池的种类更为广泛,反之其也会影响测试设备,制造商为了不同的锂离子电池选择合适的测试设备会增加测试成本。

准确度显然是一项必备能力,不仅意味着能将大电流控制准确度保持在非常低的水准,还包括在充电和放电模式间及在不同电流水准间快速切换的能力。电池制造商还希??将测试过程和设备用作为创新工具,使其在市场上创造竞争优势,例如修改充电演算法以提高容量。

如今的测试器针对特定的电池尺寸进行了优化,所以在创建一个能处理高电流的测试器时会涉及许多方面。然而,许多工厂并不只生产一种电池,它们可能会为一个客户生产一整套大型电池,同时满足这些电池所需的所有测试要求,也可能为一个智慧型手机客户生产一套更小电流的小型电池。

德州仪器点出,这就是测试成本上升的原因电池测试器针对电流进行了优化。在试图适当优化单个整合的测试解决方案时,仍存在许多冲突的需求。虽然目前还没有解决所有锂离子电池种类的万用测试方案,但他们已经提出了一种叁考设计,在不影响准确度和精确度的前提下,可以最大程度地权衡取舍。

适用大电流应用的高准确度测试解决方案

在众多锂离子电池需求市场上,为了满足精确且全尺寸充放电电流控制准确度,针对50A、100A和200A等应用,德州仪器模组化电池测试器叁考设计特别组合了50A和100A电池测试设计,用来创建一个能够达到200A最大充放电水准的模组化版本。

TI指出,针对高电流应用的电池测试器叁考设计,采用??流(CC)??压(CV)控制环路以支援高达50A的充放电率。该叁考设计利用多相双向电流控制器 LM5170-Q1来调节流入或流出电池的电流,而零漂移、36V、轨对轨输出(Rail-to-Rail-Out)仪表放大器INA188则调节流入或流出电池的电流。INA188实现并监控??流控制环路,由於电流可能往任一方向流动,因此SN74LV4053A多工器可以相应地调节INA188的输入。

此特定方案透过将几个关键的TI技术整合在一起,为需要更高电流或多阶段应用,创建一个可修改的平台,展示建立一个具成本效益测试解决方案的可行性。这灵活、具有前瞻性的解决方案不仅满足了当今的需求,而且预测了未来汽车电池的增长趋势,将很快增加对测试器电流能力超过50A的需求。

德州仪器用於50A、100A和200A应用的模组化电池测试器解决了锂离子电池测试设备的高精度,大电流和灵活性问题。该叁考设计涵盖了各种可用的电池形状、尺寸和容量,能够应对新兴应用,如电动汽车和太阳能发电厂的大型电池组以及智慧型手机等消费电子产品中常见的小尺寸电池。

德州仪器锂离子电池测试的叁考设计能投资较低电流的电池测试设备且以并联使用,不需在不同电流水平的多种架构中进行昂贵的投资。能在各种电流范围内使用测试设备,最大程度优化对电池测试设备的投资,降低总体成本,并为适应不断变化的锂离子电池测试需求提供灵活性。

關鍵字: 鋰離子電池  电动车  TI 
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