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稳定性、精度、效率……锂电池测试设备设计这些一个都不能少

ADI_Amy 員工 在 2016-8-18 建立的討論區

众所周知,能源消耗是全球面临的普遍问题,许多行业努力通过实现更安全、更清洁、更高效、低成本的电源解决方案来应对这一问题。混合动力和电动汽车、太阳能、风能的日渐盛行就是这种趋势的结果,而所有这些解决方案都有一个共同之处:锂离子电池。

 

在电池生产环节中,其中一个非常重要的环节就是便评定电池容量和性能,为了达到这个目的就需要高功率、高效率和高精度的测试设备。为此,ADI特别推出了ADP1972和AD8450芯片方案,专为电池分容化成设备制定的芯片。ADI这款适合PWM的解决方案是目前业界唯一一款高集成度方案,相比较分离方案,ADI的方案更节约BOM,减少物料成本,增强可靠性,一致性。

 

  • 体系结构:基于PWM架构,与将电池能量放电至阻性负载的线性架构相比,这是一种环保且高效的解决方案。

     锂电池按照容量可以分为三种:低容量,电流在10A以内,主要用于手机、摄像机、混合动力汽车;中容量,电流分布在10A、20A、30A,主要用于电脑、电动摩托车、电动汽车;高容量,电流分布在30A-120A,主要用于电动汽车。但是不论锂电池的容量大小,都需要进行测试才能出厂使用。一般小容量的电池采用线性测试设备,效率低下,精准度也不高,如果这种测试设备也同样用于高容量电池测试,就会在充电阶段消耗大量功率导致效率低下,而且会给设备硬件设计带来相当严重的热问题。AD8450/1和ADP1972解决方案基于PWM架构,有助于解决这一问题,而且PWM构架还能帮助用户把更多电池能量送回电网或其他测试通道进行充电。与线性构架相比,这种方案更加环保高效。

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  • 高度集成:缩小体积,减少运营成本

     对于锂电池生产厂家来说,最关心的就是成本和可靠性。市面上的锂电池测试方案也有分立器件组合方案,可能会用到十个以上的器件。ADI这套解决方案与其对比,只用到AD8450/1和ADP1972两颗芯片,高度集成,因此设计尺寸大大减小;而且可以在多个通道间共享成本更低的高精度DAC和ADC,因此降低总系统成本,减少周围功率元件的尺寸,同时将开关频率提高到300KHz,在通道间加入相移同步可减少输入滤波;同时为用户提供设计工具和全部参考设计,最大程度降低开发成本,降低用户设计难度,缩短开发周期。”

 

  • 如何实现多个通道间共享DAC和ADC?

一是对电池充电,二是对电池放电,这由AD8450/1和ADP1972的模式信号决定。每个功能有两种模式:恒流(CC)模式和恒压(CV)模式。两个DAC通道控制CC和CV设定点。CC设定点决定充电和放电两个功能的CC模式下环路中有多少电流。CV设定点决定环路从CC进入CV时的电池电位,同样适用于充电和放电两个功能。精密模拟前端和控制器AD8450/1利用内部差动放大器PGDA测量电池电压,并利用内部仪表放大器PGIA和外部分流电阻(RS)测量电池上的电流。然后,它通过内部误差放大器和外部补偿网络(用于确定环路功能是CC还是CV),将该电流和电压与DAC设定点相比较。在该模块之后,误差放大器的输出进入PWM控制器ADP1972,以确定MOSFET功率级的占空比。最后是构成完整环路的电感和电容。本部分的说明针对充电和放电两个功能,因为ADP1972是降压和升压PWM控制器。


AD8450/1+ADP1972解决方案工作原理图

 

 

 

  • 电池测试设备演示设计

     AD8450/1+ADP1972解决方案可以适用于低、中、高三种容量的锂电池,效率超过90%,精度可达到0.05%。

     本方案中,ADC获得环路电压和电流的读数,但它不是控制环路的一部分。扫描速率与控制环路的性能无关,因此一个ADC就能测量多通道系统中大量通道的电流和电压。DAC也是如此,因而可以使用低成本DAC来设置多个通道。此外,单个处理器只需控制CV和CC设定点、工作模式及管理功能,因而它可以与许多通道接口。

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  • Demo展示:精密模拟前端AD8450 + 降压/升压PWM控制器ADP1972

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  • 效率测试:充电模式下,在当电压为3.5V时:20A的效率值为88%,10A的效率值为90%

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                         放电模式下,在当电压为3V时:20A的效率值为89%,10A的效率值为92%

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总结:ADI解决方案可为您带来的好处

稳定性强

  • 集成的解决方案导致较低的故障率
  • CC / CV切换降低故障风险
  • OVP(过压保护),OCP(开路电位),OTP(一次性可编程)等

高精度

  • 更高的温度测量精度
  • 更好的噪声控制
  • 良好的线性性能

高效率

  • 充放电效率都在90%左右

低成本

  • 能源可回收,降低运营成本
  • 容易批量生产

 

 

点击链接,可下载《ADI锂离子电池分容化成测试设备解决方案》完整文档http://www.analog.com/cn/design-center/landing-pages/002/apm/li-battery-test-equipment-solution.html#intro

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