最近幾年，隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，對(duì)鋰離子 (Li-ion) 電池的需求迅速增長，而且這種需求似乎不會(huì)很快放緩。

電動(dòng)汽車和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等蓬勃發(fā)展的行業(yè)正在引領(lǐng)鋰離子電池的使用。隨著需求的增加，對(duì)高精度和高電流能力的電池測(cè)試和化成設(shè)備的需求也在增加。

在電池組裝過程之后，每個(gè)鋰離子電池都要經(jīng)過逐 漸充電，在此期間，它會(huì)形成固體電解質(zhì)膜 (SEI) 層，這對(duì)于鋰離子電池的長期功能至關(guān)重要。如果 此過程控制不當(dāng)，電池可能會(huì)損耗多達(dá) 50% 的容 量。因此，測(cè)試設(shè)備必須能夠精確控制 SEI 層的厚 度，這可以將容量損耗降低到 5% 以下。

許多應(yīng)用使用由多節(jié)電池以串聯(lián)和并聯(lián)配置連接而 成的電池組，以實(shí)現(xiàn)更高的輸出電壓和更大的能量 容量。專為電池組設(shè)計(jì)的測(cè)試電池增加了其自身的 復(fù)雜性，因?yàn)殡姵亟M中的所有電池不僅在尺寸和容 量上需要完全相同，而且在阻抗和使用壽命等參數(shù) 上也要完全相同?？紤]到電池阻抗和容量的內(nèi)在過 程變化，測(cè)試變得至關(guān)重要，這不僅是要排除有缺陷的電池，而且還要挑選出相同的電池以組成電池 組。與所有大批量生產(chǎn)的東西一樣，總有一小部分 電池會(huì)被證明存在缺陷。 鋰離子電池的潛在爆炸特性及其能量存儲(chǔ)密度在測(cè) 試環(huán)境中進(jìn)行充放電時(shí)需要較高的操作安全性。因 此，電池測(cè)試儀必須包括針對(duì)各種系統(tǒng)故障的保護(hù) 措施，進(jìn)而提高整體設(shè)備的穩(wěn)健性和可靠性。

每個(gè)電池的性能和壽命都是在化成過程中確定的，電池測(cè)試和化成設(shè)備是為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。低電流設(shè)備使用帶有集成開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行充電和放電。中等電流設(shè)備使用帶有外部開關(guān) FET 的單相控制器。大電流設(shè)備使用多相控制器，并且隨著電流容量的增加，相數(shù)（以及組件的尺寸和成本）也會(huì)增加。

TI的方案結(jié)合使用 50-A 和 100-A 電池測(cè)試設(shè)計(jì)來創(chuàng)建能夠達(dá)到 200-A 最大充電和放電水平的模塊化版本。此參考設(shè)計(jì)使我們能夠使用模塊化級(jí)別的設(shè)計(jì)來滿足不同級(jí)別的大電流電池測(cè)試儀需求。模塊化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了使用多個(gè)并聯(lián)連接的低電流電池測(cè)試儀通道的選項(xiàng)，用于高電流應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)更大的靈活性并有助于節(jié)省成本。

該參考設(shè)計(jì)提供了模塊化電池測(cè)試解決方案，使用戶能夠使用一種設(shè)計(jì)在不同的電流水平下靈活地進(jìn)行電池測(cè)試。該設(shè)計(jì)利用了 TIDA-01041 參考設(shè)計(jì)，通過提供兩個(gè)可獨(dú)立工作或并聯(lián)的 100A 電池測(cè)試儀，將最大電流輸出從 100A 提高至 200A。該設(shè)計(jì)說明了此解決方案的設(shè)計(jì)原理、器件選擇和優(yōu)化。

特性

（1）模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)最大 200A 的充放電電流

（2）高精度校準(zhǔn)控制，可實(shí)現(xiàn) 0.02% 的滿量程電流控制精度和 0.02% 的電壓控制精度

（3）具有 8V 至 16V 的輸入電壓（總線）和 0V 至 4.2V（最高 5V）的輸出負(fù)載（電池）

（4）多達(dá)四個(gè) LM5170-Q1 多相雙向降壓/升壓集成控制器和驅(qū)動(dòng)器，用于充放電

模塊化電池測(cè)試儀參考設(shè)計(jì)使用兩個(gè)用于多相高精度0.5到100A電池形成的電池測(cè)試儀器 ，每個(gè)最大可提供 100 A，或四個(gè)適用于高電流應(yīng)用的電池測(cè)試儀板，每個(gè)板的最大電流為 50 A，并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)最大 200 A 的電流，同時(shí)保持高精度。圖 1 顯示了具有兩個(gè)并聯(lián) 100-A 板的模塊化電池測(cè)試儀參考設(shè)計(jì)的靈活性。此配置中的電路板可提供高達(dá) 200 A 的最大電流，而不會(huì)犧牲精度。

圖 1：兩塊 100-A 板并聯(lián)的板圖

電池化成電池測(cè)試儀參考設(shè)計(jì)中的兩塊板并聯(lián)使用時(shí)，電流和電壓控制精度保持在 0.02% 或更低。電路板保持高精度水平，同時(shí)還將電流增加到 200 A。圖 2 顯示了在整個(gè) 200 A 范圍內(nèi)保持的電流控制精度水平。

圖 2：恒流降壓精度

校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)，單獨(dú)校準(zhǔn)每塊板很重要。每塊板都有自己的控制回路，因此系統(tǒng)將通過分別處理每個(gè)控制回路來最大限度地提高其準(zhǔn)確性。圖 3 顯示了系統(tǒng)中使用的每塊板的校準(zhǔn)誤差。由于我們可以單獨(dú)或并行使用每個(gè)板，因此我們必須對(duì)系統(tǒng)使用單獨(dú)的校準(zhǔn)。

圖 3：用于恒流校準(zhǔn)的兩塊板配置

適用于 50 A、100 A 和 200 A 應(yīng)用的模塊化電池測(cè)試儀展示了高精度、高電流和靈活性，這是電池測(cè)試設(shè)備的關(guān)鍵考慮因素。通過這種設(shè)計(jì)，我們可以投資購買更低電流的電池測(cè)試設(shè)備，并能夠并行使用這些設(shè)備，而不是針對(duì)不同的電流水平投資于不同的架構(gòu)。我們現(xiàn)在可以將測(cè)試設(shè)備用于一系列電流，而不是將大電流設(shè)備用于小電流應(yīng)用，而將小電流設(shè)備用于大電流應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)更大的靈活性并幫助節(jié)省成本。