鉅大LARGE | 點擊量：895次 | 2021年07月27日
這些高性能充放電方法在電池測試設備中的應用
電池探測設備是電池制造行業的必需設備和基礎設施。隨著電動汽車、便攜式消費電子等使用對鋰離子電池的需求不斷新增，鋰離子電池探測設備的需求也一路上行。
電池探測設備用于在向客戶發貨之前驗證電池的功能和性能。在組裝電池單元或電池包之后，每個單元非得至少經歷一個完全受控的充電或放電循環，以初始化該設備并將其轉換為正常工作的儲電設備。電池探測設備的重要功能是對電池容量、效率、倍率、高溫性能、低溫性能、存儲性能及內阻等指標進行探測，關于電池探測設備的系統設計最緊要的三個指標是充放電精度，成本和轉換效率。
關于電池探測設備的核心功能電池充放電，市面上流行的重要有兩種處理方法：使用DSP實現的數字方法和使用分立器件搭建的模擬方法。無論是DSP方法還是分立方法都有各自的缺點，DSP方法的軟件開發難度大，分立方法硬件開發難度大，導致兩種方法設計周期都比較長，總體開發成本比較高。
為了幫助電池探測設備廠商縮短研發時間，能將產品快速投入市場，TI近期推出兩套高性能，高集成度，低成本的電池充放電處理方法，分別針對中大功率(10A～200A)使用和小功率(3A～6A)使用。
首先是針對中大功率使用，TI的參考設計為TIDA-01041x系列。TIDA-01041x系列針對不同電流需求供應3套方法，分別為TIDA-01040(0~50A),TIDA-01041(0~100A),TIDA-01042(0~200A),所有方法都保證=0.02%的全量程充放電電流精度和=0.01%的充放電電壓精度。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
如下圖所示，TIDA-01041x整個系統重要由四部分組成：核心器件LM5170(藍色區域)負責功率升降壓部分，重要功能包括多相位解決，方向切換，峰值電流控制，防電流倒灌等；INA188儀表放大器負責高邊恒流測試；LM6142負責電壓放大測試；ADS131A04(24-bit高精度ADC)和DAC80004(16-bit高精度DAC)負責電流電壓的實時讀取和實時設置，可以通過TI供應的上位機圖形界面讀取信息及進行操作。
LM5170是TI的明星產品，同時也是整個系統的核心。LM5170內部集成雙路5AMOSFET半橋驅動器可以供應高達100A的繼續輸出電流。同時單顆LM5170可以支持雙相交錯控制，進而可以有效降低電感感值，電容容值和輸入輸出電壓紋波。關于要求高于100A的使用，LM5170支持多片錯相并聯來供應更大電流能力，下圖展示了幾種多片錯相并聯的方法。
此外，相關于DSP方法，LM5170由于同時支持峰值電流測試和均勻電流測試，應和速度和建立時間要快很多。下圖波形是基于TIDA-01041(100A)評估板的-100A到+100A電流跳變探測（該波形為其中一個相位-25A~+25A，4個相位電流總和為-100A~+100A)。藍色信號為方向控制DIR引腳，紅色為LM5170的給定電流參考信號ISETA，黃色為輸出電壓Vout，綠色為Iout電流。從下圖我們可以看到，-100A到+100A電流跳變條件下LM5170的應和時間僅僅為400s，遠遠低于DSP方法在同樣探測條件下的應和時間（通常高于5ms）。
TI針關于小功率(=6A)電池測試使用推出了高精度低成本方法PMP15043。該方法重要有3個部分構成，TPS61178升壓DC/DC負責放電部分，TPS54821降壓DC/DC負責充電部分，電流測試由INA188儀表放大器實現，電壓測試則可由低成本運放TLV07來實現。
目前，市面上小功率(=6A)電池充放電方法目前大多是由分立元器件搭建，但是隨著市場對產品的精度，可靠性的要求越來越高，分立方法越來越滿足不了市場的需求。TI針關于小功率電池測試設備推出了高精度低成本方法PMP15043，很好的處理了這些問題。
如下圖所示，PMP15043方法重要有幾個部分構成：TPS61178升壓DC/DC負責放電部分，TPS54821降壓DC/DC負責充電部分，電流測試由INA188儀表放大器實現，電壓測試則可由低成本運放TLV07來實現。其中TPS61178和TPS54821內部集成了功率MOSFET及驅動電路，極大的簡化了功率部分的設計，可以有效的減少客戶在分立方法上的調試時間。TPS61178和TPS54821都是市面上非常通用的boost和buck芯片，整體方法在成本上也相當有競爭力。
PMP15043不但bOM成本有競爭力，性能也同樣優秀。下圖為PMP15043的充放電電流精度曲線，可以看出，在全電流范圍內都可以保證精度在萬分之二以內，非常適合那些對成本和性能都要求非常苛刻的電池測試使用。
綜上所述，無論是關于中大功率使用場景(=10A)還是關于小功率使用場景(6A)，TI都可以供應相應的最高性價比的方法。通過下面的鏈接可以查看具體的設計文檔和探測報告。
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