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

　　在更嚴(yán)格的二氧化碳管制和更具環(huán)保意識(shí)的消費(fèi)者的推動(dòng)下，轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車(chē)的速度繼續(xù)加快，預(yù)計(jì)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(cè)試過(guò)程中，電動(dòng)汽車(chē)電池的成本高達(dá)20%。

　　電池化成和測(cè)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(zhǎng)達(dá)兩天。此過(guò)程很有必要，可做好使用電池的準(zhǔn)備，對(duì)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(cè)試系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的供應(yīng)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(tǒng)籌兼顧，首先利用供應(yīng)商的系統(tǒng)級(jí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)減少整體電池測(cè)試電路足跡，同時(shí)增加通道的數(shù)量。需要注意的是，兩者必須同時(shí)保持電池化成和測(cè)試測(cè)量的準(zhǔn)確性、精確性、可靠性和速度，確保滿足安全、性能和可靠性要求。

　　這并不容易做到。在前端，驅(qū)動(dòng)電池充電電路的電源需要進(jìn)行嚴(yán)格控制。在更深層面，電池的化成和測(cè)試需要密切監(jiān)測(cè)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(cè)試期間的安全性，又最大限度地延長(zhǎng)了電池使用壽命，從而大幅降低最終用戶的總擁有成本。

　　要進(jìn)行這些重要的電池測(cè)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(cè)量電池充電/放電電流，即使在惡劣的工廠條件下，也要實(shí)現(xiàn)±0.05%以上的精度。用于監(jiān)測(cè)整個(gè)熱工作范圍內(nèi)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(tǒng)占用空間，這是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。這就是ADI將模擬前端、功率控制和監(jiān)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(yù)防、過(guò)壓保護(hù)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(tǒng)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(cè)試系統(tǒng)中，同時(shí)更有效地利用工廠的空間。此外，它們還允許制造商設(shè)計(jì)具有更多功能和更可靠測(cè)試過(guò)程的系統(tǒng)。

　　高效的功率轉(zhuǎn)換反過(guò)來(lái)又能提高系統(tǒng)性能。通過(guò)使用先進(jìn)的交換架構(gòu)，測(cè)試系統(tǒng)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(zhuǎn)換也減少了對(duì)熱管理設(shè)備的需求，熱管理設(shè)備會(huì)增加系統(tǒng)的總體成本和功耗。最終減少了浪費(fèi)的能源和制造成本。要實(shí)現(xiàn)這些功能，就需要了解系統(tǒng)特性，如隔離柵極驅(qū)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(tǒng)級(jí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和廣泛產(chǎn)品系列的供應(yīng)商密切合作的好處不僅僅是獲得更復(fù)雜的組件和構(gòu)建塊。它還使電池制造商能夠獲得更容易采用的系統(tǒng)架構(gòu)的參考設(shè)計(jì)，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(cè)試系統(tǒng)的時(shí)間快三至四倍。

　　預(yù)計(jì)全球電動(dòng)汽車(chē)需求將以21%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)到2021年，2因此電池制造商和供應(yīng)商之間最需要的就是密切合作。供應(yīng)商需要提供可靠的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案，使制造商系統(tǒng)的效率能夠更上一層樓。最好的供應(yīng)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(yù)測(cè)銷(xiāo)售量翻番?！盕inancial Times，2018年2月。

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

　　作者簡(jiǎn)介

　　Vikas Choudhary是ADI公司電池化成和測(cè)試產(chǎn)品戰(zhàn)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(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)電池化成和測(cè)試新興領(lǐng)域的產(chǎn)品和商業(yè)策略。他擁有20多年半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，包括系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，以及RF IC、高速接口、MEMS和線性與精密信號(hào)處理領(lǐng)域的管理職務(wù)。他是《MEMS：基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用》一書(shū)的編者，擁有5項(xiàng)已授權(quán)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。