مع التطبيق المتزايد لبطاريات الليثيوم أيون في الطائرات بدون طيار ، والمركبات الكهربائية (EV) ، وتخزين الطاقة الشمسية ، يستخدم مصنعو البطاريات أيضًا التكنولوجيا الحديثة والتركيب الكيميائي لدفع حدود قدرات اختبار البطارية والتصنيع.

في الوقت الحاضر ، يتم تحديد أداء وعمر كل بطارية ، بغض النظر عن الحجم ، في عملية التصنيع ، ويتم تصميم معدات الاختبار لبطارية معينة. ومع ذلك ، نظرًا لأن سوق بطاريات الليثيوم أيون يغطي جميع الأشكال والقدرات ، فمن الصعب إنشاء جهاز اختبار واحد متكامل يمكنه التعامل مع مختلف السعات والتيارات والأشكال المادية بالدقة والدقة المطلوبة.

في ضوء الطلب المتزايد على بطاريات الليثيوم أيون ، نحتاج بشكل عاجل إلى حلول اختبار مرنة وعالية الأداء لتحقيق أقصى قدر من المفاضلة بين الإيجابيات والسلبيات وتحقيق الفعالية من حيث التكلفة.

بطاريات الليثيوم أيون معقدة ومتنوعة

في الوقت الحاضر ، تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على مجموعة متنوعة من الأحجام والفولتية ونطاقات التطبيقات ، ولكن هذه التكنولوجيا لم تتحقق عندما تم طرحها لأول مرة في السوق. تم تصميم بطاريات ليثيوم أيون في الأصل للأجهزة الصغيرة نسبيًا ، مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية المحمولة الأخرى. الآن ، أبعادها أكبر بكثير ، مثل السيارات الكهربائية وتخزين البطاريات الشمسية. هذا يعني أن حزمة بطارية متوازية أكبر حجمًا لها جهد أعلى وسعة أكبر ، والحجم المادي أكبر أيضًا. على سبيل المثال ، يمكن تكوين مجموعات بطاريات بعض السيارات الكهربائية بما يصل إلى 100 في السلسلة وأكثر من 50 في نفس الوقت.

البطاريات المكدسة ليست شيئًا جديدًا. تتكون حزمة بطارية الليثيوم أيون النموذجية القابلة لإعادة الشحن في كمبيوتر دفتري عادي من عدة بطاريات متسلسلة ، ولكن نظرًا للحجم الأكبر لحزمة البطارية ، يصبح الاختبار أكثر تعقيدًا وقد يؤثر على الأداء العام. من أجل أن يصل أداء حزمة البطارية بأكملها إلى المستوى الأمثل ، يجب أن تكون كل بطارية متطابقة تقريبًا مع البطارية المجاورة لها. ستؤثر البطاريات على بعضها البعض ، لذلك إذا كانت بطارية في سلسلة ذات سعة منخفضة ، فإن البطاريات الأخرى في حزمة البطارية ستكون أقل من الحالة المثلى ، لأن قدرتها ستنخفض بسبب نظام مراقبة البطارية وإعادة التوازن لتتناسب مع أدنى أداء بطارية. كما يقول المثل ، يفسد أنبوب الفئران قدرًا من العصيدة.

توضح دورة الشحن والتفريغ بشكل أكبر كيف يمكن لبطارية واحدة أن تقلل من أداء مجموعة البطارية بأكملها. ستعمل البطارية ذات أقل سعة في حزمة البطارية على تقليل حالة شحنها بأقصى سرعة ، مما يؤدي إلى مستوى جهد غير آمن ويتسبب في عدم تفريغ حزمة البطارية بالكامل. عند شحن مجموعة البطارية ، سيتم شحن البطارية الأقل سعة بالكامل أولاً ، ولن يتم شحن البطاريات المتبقية. في السيارات الكهربائية ، سيؤدي ذلك إلى تقليل السعة الإجمالية الفعالة المتاحة لحزمة البطارية ، وبالتالي تقليل نطاق تجوال السيارة. بالإضافة إلى ذلك ، سوف يتسارع تدهور البطاريات منخفضة السعة لأنها تصل إلى جهد عالٍ بشكل مفرط في نهاية الشحن والتفريغ قبل أن تصبح تدابير حماية السلامة سارية المفعول.

بغض النظر عن الجهاز الطرفي ، فكلما زاد عدد البطاريات الموجودة في حزمة البطارية مكدسة في سلسلة ومتوازية ، زادت خطورة المشكلة. الحل الواضح هو التأكد من أن كل بطارية متطابقة تمامًا ، والجمع بين نفس البطاريات في نفس حزمة البطارية. ومع ذلك ، نظرًا للتمايز المتأصل في عملية التصنيع بين مقاومة البطارية وسعتها ، فقد أصبح الاختبار أمرًا بالغ الأهمية – ليس فقط لاستبعاد الأجزاء التالفة ، ولكن أيضًا للتمييز بين البطاريات المتشابهة وحزم البطاريات التي يجب وضعها. بالإضافة إلى الشحن و منحنى تفريغ البطارية أثناء عملية الإنتاج تأثير كبير على خصائصها ويتغير باستمرار.

لماذا تجلب بطاريات الليثيوم أيون الحديثة تحديات اختبار جديدة؟

لا يعد اختبار البطارية شيئًا جديدًا ، ولكن منذ ظهورها ، وضعت بطاريات الليثيوم أيون ضغطًا جديدًا على الدقة والإنتاجية وكثافة لوحة الدائرة لمعدات الاختبار.

تعد بطاريات الليثيوم أيون فريدة من نوعها لأنها تتمتع بقدرة تخزين طاقة كثيفة للغاية. إذا تم شحنهم وتفريغهم بشكل غير صحيح ، فقد يتسببون في حرائق وانفجارات. في عملية التصنيع والاختبار ، تتطلب تقنية تخزين الطاقة دقة عالية للغاية ، والعديد من التطبيقات الناشئة تزيد من تفاقم هذا المطلب. من حيث الشكل والحجم والسعة والتركيب الكيميائي ، فإن أنواع بطاريات الليثيوم أيون أكثر شمولاً. على العكس من ذلك ، فإنها ستؤثر أيضًا على معدات الاختبار ، لأنها تحتاج إلى التأكد من اتباع منحنيات الشحن والتفريغ الصحيحة بدقة لتحقيق أقصى سعة تخزين وموثوقية. و الجودة.

نظرًا لعدم وجود حجم واحد مناسب لجميع البطاريات ، فإن اختيار معدات اختبار مناسبة ومصنعين مختلفين لبطاريات الليثيوم أيون المختلفة سيزيد من تكلفة الاختبار. بالإضافة إلى ذلك ، يعني الابتكار الصناعي المستمر تحسين منحنى الشحن والتفريغ المتغير باستمرار ، مما يجعل اختبار البطارية أداة تطوير مهمة لتقنية البطاريات الجديدة. بغض النظر عن الخواص الكيميائية والميكانيكية لبطاريات الليثيوم أيون ، هناك عدد لا يحصى من طرق الشحن والتفريغ في عملية التصنيع ، مما يجعل مصنعي البطاريات يضغطون على مختبري البطاريات لمطالبتهم بوظائف اختبار فريدة.

من الواضح أن الدقة هي قدرة ضرورية. لا يعني ذلك فقط القدرة على الحفاظ على دقة التحكم العالية الحالية عند مستوى منخفض جدًا ، ولكنه يتضمن أيضًا القدرة على التبديل بسرعة كبيرة بين وضعي الشحن والتفريغ وبين المستويات الحالية المختلفة. هذه المتطلبات ليست مدفوعة فقط بالحاجة إلى إنتاج كميات كبيرة من بطاريات الليثيوم أيون بخصائص وجودة متسقة. يأمل مصنعو البطاريات أيضًا في استخدام إجراءات ومعدات الاختبار كأدوات مبتكرة لخلق ميزة تنافسية في السوق ، مثل تعديل الشحن. خوارزمية لزيادة السعة.

على الرغم من أن هناك حاجة إلى مجموعة متنوعة من الاختبارات لأنواع مختلفة من البطاريات ، فإن أجهزة الاختبار الحالية مصممة خصيصًا لأحجام معينة من البطاريات. على سبيل المثال ، إذا كنت تختبر بطارية كبيرة ، فأنت بحاجة إلى تيار أكبر ، والذي يترجم إلى محاثة أكبر وأسلاك أكثر سمكًا وخصائص أخرى. لذلك هناك العديد من الجوانب المتضمنة عند إنشاء جهاز اختبار يمكنه التعامل مع التيارات العالية. ومع ذلك ، فإن العديد من المصانع لا تنتج نوعًا واحدًا من البطاريات فقط. قد ينتجون مجموعة كاملة من البطاريات الكبيرة للعميل مع تلبية جميع متطلبات الاختبار لهذه البطاريات ، أو قد ينتجون مجموعة من البطاريات الأصغر بتيار أصغر لعميل الهاتف الذكي. .

هذا هو سبب ارتفاع تكلفة الاختبار – تم تحسين اختبار البطارية للتيار. عادة ما تكون أجهزة الاختبار التي يمكنها التعامل مع التيارات العالية أكبر وأكثر تكلفة لأنها لا تتطلب فقط رقاقات سيليكون أكبر ، ولكن أيضًا مكونات مغناطيسية وأسلاك لتلبية قواعد الهجرة الكهربائية وتقليل انخفاض الجهد الطفلي في النظام. يحتاج المصنع إلى إعداد مجموعة متنوعة من معدات الاختبار في أي وقت لتلبية إنتاج وفحص أنواع مختلفة من البطاريات. نظرًا لأنواع البطاريات المختلفة التي ينتجها المصنع في أوقات مختلفة ، قد تكون بعض المختبرين غير متوافقة مع هذه البطاريات المحددة وقد تُترك غير مستخدمة ، مما يزيد التكلفة لأن جهاز الاختبار يعد استثمارًا كبيرًا.

سواء كان الأمر يتعلق بالمصانع المشتركة والناشئة للإنتاج الضخم لبطاريات الليثيوم أيون العادية ، أو مصنعي البطاريات الذين يرغبون في استخدام عملية الاختبار لابتكار منتجات بطاريات جديدة وإنشاءها ، فإنهم بحاجة إلى استخدام معدات اختبار مرنة للتكيف مع نطاق أوسع من البطاريات. القدرة والحجم المادي ، وبالتالي تقليل الاستثمار الرأسمالي ، وتحسين العائد على الاستثمار في معدات الاختبار.

عند محاولة تحسين حل اختبار تكامل واحد بشكل صحيح ، هناك العديد من المتطلبات المتضاربة. لا يوجد دواء لجميع أنواع حلول اختبار بطاريات أيونات الليثيوم ، لكن شركة Texas Instruments (TI) اقترحت تصميمًا مرجعيًا يقلل من المفاضلة بين الفعالية من حيث التكلفة والدقة.

حل اختبار عالي الدقة ، مناسب لتطبيقات التيار العالي

ستكون متطلبات سيناريو اختبار البطارية الفريدة موجودة دائمًا ، وهي بحاجة إلى حل فريد بنفس القدر وفقًا لذلك. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من أنواع بطاريات الليثيوم ، سواء كانت بطارية هاتف ذكي صغيرة أو حزمة بطارية كبيرة لسيارة كهربائية ، يمكن أن تكون هناك معدات اختبار فعالة من حيث التكلفة.

من أجل تحقيق دقة التحكم في الشحن والتفريغ الدقيقة والكاملة التي تتطلبها العديد من بطاريات الليثيوم أيون في السوق ، فإن التصميم المرجعي لاختبار البطارية المعياري من Texas Instruments لاستخدامات 50-A و 100-A و 200-A 50-A والجمع بين تصميم اختبار بطارية 100-A لإنشاء نسخة معيارية يمكن أن تصل إلى أقصى مستوى شحن وتفريغ 200-A. يظهر الرسم التخطيطي لهذا الحل في الشكل 2.

على سبيل المثال ، تعتمد TI حلقة تحكم تيار مستمر وفولطية ثابتة للتصميم المرجعي لاختبار البطارية لتطبيقات التيار العالي ، والتي تدعم ما يصل إلى 50 أمبير من معدل الشحن والتفريغ. يستخدم هذا التصميم المرجعي وحدة التحكم الحالية ثنائية الاتجاه متعددة الأطوار LM5170-Q1 ومضخم أجهزة INA188 لتنظيم التيار المتدفق داخل أو خارج البطارية بدقة. ينفذ INA188 ويراقب حلقة التحكم في التيار الثابت ، وبما أن التيار قد يتدفق في أي اتجاه ، يمكن لمضاعف SN74LV4053A ضبط إدخال INA188 وفقًا لذلك.

ينشئ هذا الحل الخاص منصة قابلة للتعديل للتطبيقات التي تتطلب تيارًا أعلى أو متعدد الأطوار من خلال الجمع بين العديد من تقنيات TI الرئيسية ، مما يدل على جدوى بناء حل اختبار فعال من حيث التكلفة. لا يلبي هذا الحل المرن والتطلعي احتياجات اليوم فحسب ، بل يتنبأ أيضًا باتجاه النمو المستقبلي لبطاريات السيارات ، والذي سيزيد قريبًا من الطلب على قدرة المختبِر الحالية لتتجاوز 50 أمبير.

تعظيم الاستثمار في معدات اختبار بطارية ليثيوم أيون

يحل التصميم المرجعي لاختبار البطارية المعياري لشركة Texas Instruments مشاكل الدقة العالية والتيار العالي والمرونة لمعدات اختبار بطارية ليثيوم أيون. يغطي هذا التصميم المرجعي مجموعة متنوعة من أشكال وأحجام وقدرات البطاريات المتاحة ، ويمكن أن يتكيف مع التطبيقات الناشئة ، مثل حزم البطاريات الكبيرة في السيارات الكهربائية ومحطات الطاقة الشمسية ، والبطاريات صغيرة الحجم التي توجد عادة في الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية .

يمكّنك التصميم المرجعي لاختبار بطارية ليثيوم أيون من الاستثمار في معدات اختبار البطارية ذات التيار المنخفض واستخدامها بشكل متوازٍ ، مما يلغي الحاجة إلى استثمارات باهظة الثمن في بنى متعددة ذات مستويات حالية مختلفة. يمكن أن تؤدي القدرة على استخدام معدات الاختبار في مجموعة متنوعة من النطاقات الحالية إلى تحسين الاستثمار في معدات اختبار البطاريات إلى أقصى حد ، وتقليل التكلفة الإجمالية ، وتوفير المرونة للتكيف مع الاحتياجات المتغيرة لاختبار بطارية ليثيوم أيون.
与 此 原文 有关 的 更多 信息 要 查看 其他 翻译 信息 ， 您 必须 输入 相应 原文