ADI鋰電池測試設備方案

應用簡介

相對于其它化學電池，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(xiàn)代電子設備的充電電池。由于清潔能源要求，在電動汽車、電動工具和能量儲存等高功率應用中，鋰電池最近也頗受歡迎。

隨著鋰電池的快速增長，制造過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)歷至少一個精確控制的充放電循環(huán)以激活工作材料，將其轉(zhuǎn)化成可用形式。電池供應商還可以利用此過程將電池單元分為不同的性能組別，以便根據(jù)可選規(guī)格進行銷售，這稱為“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行多次充電和放電，以執(zhí)行壽命和可靠性測試。特征是指詳細地測量電池的技術特性。一般而言，兩種測試均需要很長時間，通常會超過1天，而且僅在實驗室對選擇的一些電池樣品進行測試。

功能測試：在交付給最終客戶之前，為確保每個電池單元和電池組能夠正常工作，制造之后必須對每個電池進行功能測試。為了縮短測試時間，功能測試是一個簡化的測試，只包括一些必要的項目。

系統(tǒng)設計考慮和主要挑戰(zhàn)

測試時間是決定鋰電池生產(chǎn)率的一個重要因素。鋰電池單元的一般化成時間是2個小時到5個小時，由于單元內(nèi)部的材料屬性，此時間無法壓縮。為了同時測試許多電池以提高產(chǎn)量，鋰電池測試儀的通道數(shù)很高，最高達到1024個通道或更多。此外，鋰電池容量越高，則所需的充電電流越大。這意味著鋰電池測試系統(tǒng)的功耗可能非常高，因此，鋰電池測試儀的第一個挑戰(zhàn)是提高能源利用效率。最近，開關測試儀越來越多，它實現(xiàn)了比傳統(tǒng)線性測試儀更高的效率。此外，高級電池測試設備已經(jīng)實現(xiàn)了能源循環(huán)利用技術。

鋰電池測試儀的第二個挑戰(zhàn)是對充放電循環(huán)進行更精確的控制。為了縮短充電時間，多數(shù)用戶首先選擇恒流(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(zhuǎn)換，避免過沖(過充電)。此外，能源損耗產(chǎn)生的熱量會引起漂移，影響系統(tǒng)的精度和安全性。

鋰電池測試儀的第三個挑戰(zhàn)是降低測試成本，以便與其它種類的電池競爭。除了測試儀本身的成本以外，測試時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的拓撲結(jié)構(gòu)和技術來降低成本，同時不影響精度。

充電或放電過程中，如果電池的溫度超過額定值，電池壽命可能會縮短。最差情況下，過高的溫度可能會導致電池破裂，甚至起火。鑒于這些原因，在充放電循環(huán)中，必須監(jiān)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(nèi)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，儀表放大器和差動放大器集成高性能運算放大器和電阻，以實現(xiàn)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中文技術論壇中的討論區(qū)、完全填充的評估板等。

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

系統(tǒng)框圖

鋰電池測試系統(tǒng)的高層次概貌如下所示。

線性/開關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。