【導讀】目前業(yè)界最常見的做法是對小容量電池采用線性測試設備進行測試,盡管效率低下,精準度也不高,但還是可以接受的。但如果把這種測試設備也同樣用于高容量電池測試,那就會在充電階段消耗大量功率,導致效率低下,而且會給設備硬件設計帶來相當嚴重的熱問題。
在鋰電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,評定電池容量和性能是其中一個非常重要的環(huán)節(jié)。從主要用于手機、攝像機、混合動力汽車中的低容量(《 10A),到用于電腦、電動摩托車、電動汽車的中容量(10A-30A),再到用于電動汽車(30A-120A)的高容量鋰離子電池,無一例外,都需要進行測試才能出廠使用。
根據(jù)ADI公司亞太區(qū)精密儀器業(yè)務部系統(tǒng)應用工程師李強的介紹,目前業(yè)界最常見的做法是對小容量電池采用線性測試設備進行測試,盡管效率低下,精準度也不高,但還是可以接受的。但如果把這種測試設備也同樣用于高容量電池測試,那就會在充電階段消耗大量功率,導致效率低下,而且會給設備硬件設計帶來相當嚴重的熱問題。
為此,ADI在專為低、中、高三種容量鋰電池分容化成設備制定的AD8450/1精密模擬前端與控制器以及ADP1972降壓/升壓PWM控制器中,摒棄了以往將電池能量放電至阻性負載的線性架構,轉而通過使用PWM控制器提供電流,并將其引導回電網(wǎng)或對其他電池充電,實現(xiàn)了高效環(huán)保的目的。 測試數(shù)據(jù)顯示,充電模式下,在當電壓為3.5V時,20A的效率值為88%,10A的效率值為90%;而在放電模式下,在當電壓為3V時,20A的效率值為89%,10A的效率值為92%。除了效率,鋰電池企業(yè)更關心的是成本和可靠性。李強說,市場上鋰電池測試方案也有分立器件組合方案,可能會用到十個以上的器件。而ADI這套解決方案只用到了AD8450/1和ADP1972兩顆芯片,高度集成,設計尺寸大大減小。并且通過將開關頻率提高到 300KHz、在多個通道間共享成本更低的高精度DAC和ADC、在通道間加入相移同步可減少輸入濾波等做法,降低了總系統(tǒng)成本。同時,ADI還為用戶提供設計工具和全部參考設計,最大程度降低開發(fā)成本和設計難度,縮短開發(fā)周期。
ADI解決方案系統(tǒng)結構框圖
如何實現(xiàn)多個通道間共享DAC和ADC?
上圖包含兩種功能:一是對電池充電,二是對電池放電,這由AD8450/1和ADP1972的模式信號決定。每個功能有兩種模式:恒流(CC)模式和恒壓(CV)模式。兩個DAC通道控制CC和CV設定點。CC設定點決定充電和放電兩個功能的CC模式下環(huán)路中有多少電流。CV設定點決定環(huán)路從CC進入 CV時的電池電位,同樣適用于充電和放電兩個功能。
精密模擬前端和控制器AD8450/1利用內部差動放大器PGDA測量電池電壓,并利用內部儀表放大器PGIA和外部分流電阻(RS)測量電池上的電流。然后,它通過內部誤差放大器和外部補償網(wǎng)絡(用于確定環(huán)路功能是CC還是CV),將該電流和電壓與DAC設定點相比較。在該模塊之后,誤差放大器的輸出進入PWM控制器ADP1972,以確定MOSFET功率級的占空比。最后是構成完整環(huán)路的電感和電容。本部分的說明針對充電和放電兩個功能,因為ADP1972是降壓和升壓PWM控制器。
本方案中,ADC獲得環(huán)路電壓和電流的讀數(shù),但它不是控制環(huán)路的一部分。掃描速率與控制環(huán)路的性能無關,因此一個ADC就能測量多通道系統(tǒng)中大量通道的電流和電壓。DAC也是如此,因而可以使用低成本DAC來設置多個通道。此外,單個處理器只需控制CV和CC設定點、工作模式及管理功能,因而它可以與許多通道接口。
ADI AD8450/1和ADP1972演示版框圖