3个角度搞定锂离子电池测试设备,这个方案了解一下?

能源消耗始终是全球需要面对的普遍问题。市场期待更安全、更干净、更高效且更低成本的电源。由此催生了混合动力和电动汽车、太阳能和风能技术这些解决方案,它们共同的关键因素是锂离子电池。随着这三大领域迅速增长,锂离子电池在节能方面将发挥越来越重要的作用。

然而锂离子电池制造程序非常复杂,包括电极生产、堆叠结构、单元装配。之后还要执行电气测试,激活电池功能并评定电池容量,确定额定性能和价格。为了在锂离子电池制造过程中执行这些电气测试,需要高度集成、高效率和高精度的测试设备,这也正是ADI基于AD8452解决方案的亮点所在。与第一代ICAD8450/AD8451+ADP1972/ADP1974相比,第二代集成IC的尺寸更小,更鲁棒且性价比更高。

相比较与之前的单芯片AD8452,新的双8452解决方案提供了一个立即可用的经过仔细设计的双AD8452电路板。通过把两块芯片错相并联,双AD8452解决方案可以有一共60A的输出能力(每片AD8452通过电流均衡设计控制30A),并且具有低电流纹波,集成的充放电转换控制逻辑,自动DCM/CCM模式转换和每相的限流保护功能等特点。在控制输出60A大电流的同时,测量精度被控制在万分之五以上(依据具体的参数要求和电路工作,条件)。

ADI系统设计考虑因素

效率

众所周知,用于小容量电池的线性测试设备在充电和放电过程中将会消耗大量功率。线性测试设备能效低,会给设备硬件设计带来严重的散热问题。ADIAD8452解决方案基于PWM架构,有助于解决这一问题。与第一代解决方案相比,AD8452解决方案可保持高效率,在60A充电模式下可实现92%效率。

精度

为了获得准确的锂离子电池容量,需要精确测量充电和放电模式下的电流和电压。结合系统中的高精度ADC、DAC和其他器件,ADI公司基于双通道的解决方案可实现高精度测量和设置。

低系统成本

  • 更高的开关频率支持使用尺寸更小、价格更低的功率元件,如电感、电容等
  • 能源回收利用有助于降低运营成本
  • AD8452采用独特的仪表放大器设计,制造过程中的校准时间可缩短1/2,质保时间可更长
  • 更高集成度的解决方案可提供小尺寸系统,使设备机架和维护成本更低,坚固耐用

ADI解决方案

系统框图

1. 下面是双AD8452解决方案的系统框图,包括模拟前端、PWM控制器、高压MOSFET驱动器、功率级(MOSFET、电感、电容、分 流电阻)、电压/电流读取(ADC)以及电压/电流设置(DAC),和基准等。

图1.双AD8452解决方案系统框图

系统性能

经过效率和精度验证的双通道AD8452解决方案电路板如下图所示。该同步降压和升压电源系统的直流总线输入电压为12 V,最大 充/放电电流为60 A。

图2. 双AD8452解决方案演示板

效率

在最大额定值60 A CC模式及3.3 V负载条件下, 演示板在充电模式下可达92%, 在放电模式下可达85%

图3. 充电模式效率

图4. 放电模式效率

精度

校准初始精度之后,电流的精度包括温漂、全电流范围(0至60 A)内的线性度、短期稳定性(噪声)和全电压范围(0至3.6 V) 内的CMRR。在演示板上验证的结果是,该ADI解决方案的典型电流精度为0.05%以下(25°C ± 10°C)。对电压精度可以进行类似的分 析,经过此演示板验证,它同样在0.05%以下。

图5. 充电模式精度

图6. 放电模式精度

纹波

输出电流纹波受环路增益影响很大,为了降低输出电流纹波需要阻容补偿网络对环路增益补偿。该评估板在CC充电状态 范围, 输出电流纹波为25 mA~72 mA;放电CC状态 时, 输出电流纹波为35 mA~92 mA。充电状态下1~60 A的电流纹波如图7,放电状态下 1~60 A的电流纹波如图8。

图7. 充电模式电流纹波

图8. 放电模式电流纹波