ADI鋰電池測試設(shè)備方案淺談

　　應(yīng)用簡介

　　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，沒有記憶效應(yīng)，并且自放電速率更慢。鋰電池已被廣泛用作智能手機(jī)和筆記本電腦等現(xiàn)代電子設(shè)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(yīng)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(shè)備也變得非常重要。鋰電池測試設(shè)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(xì)地測量電池的技術(shù)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(xiàng)目。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dá)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(guān)測試儀越來越多，它實(shí)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(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了能源循環(huán)利用技術(shù)。

　　鋰電池測試儀的第二個挑戰(zhàn)是對充放電循環(huán)進(jìn)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(shè)計(jì)者需要使用某些先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和技術(shù)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(dǎo)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(yīng)商，提供鋰電池測試設(shè)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(shè)計(jì)，例如，引腳兼容的電平設(shè)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(yùn)算放大器和電阻，以實(shí)現(xiàn)出色的共模抑制比（CMRR）和漂移性能。

　　4，豐富的設(shè)計(jì)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(qū)、完全填充的評估板等。

　　5，Circuits from the Lab、 實(shí)驗(yàn)室電路是經(jīng)過測試的參考電路，有助于加速設(shè)計(jì)，同時簡化系統(tǒng)集成，幫助并解決當(dāng)今模擬和混合信號設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)?；诰W(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)工具可以優(yōu)化定制設(shè)計(jì)的性能。本文最后還提供了一些基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(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。