S rostoucí aplikací lithium-iontových baterií v dronech, elektrických vozidlech (EV) a skladování solární energie také výrobci baterií využívají moderní technologie a chemické složení, aby posouvali limity testování baterií a výrobních kapacit.

V dnešní době se výkon a životnost každé baterie bez ohledu na velikost určuje ve výrobním procesu a testovací zařízení je navrženo pro konkrétní baterii. Protože však trh s lithium-iontovými bateriemi pokrývá všechny tvary a kapacity, je obtížné vytvořit jediný integrovaný tester, který zvládne různé kapacity, proudy a fyzické tvary s požadovanou přesností a precizností.

S ohledem na stále více diverzifikovanou poptávku po lithium-iontových bateriích naléhavě potřebujeme vysoce výkonná a flexibilní testovací řešení, abychom maximalizovali kompromis mezi klady a zápory a dosáhli nákladové efektivity.

Lithium-iontové baterie jsou složité a rozmanité

V dnešní době mají lithium-iontové baterie různé velikosti, napětí a rozsahy použití, ale tato technologie nebyla realizována, když byla poprvé uvedena na trh. Lithium-iontové baterie byly původně navrženy pro relativně malá zařízení, jako jsou notebooky, mobilní telefony a další přenosná elektronická zařízení. Nyní jsou jejich rozměry mnohem větší, jako například elektromobily a solární bateriové úložiště. To znamená, že větší sériově paralelní baterie má vyšší napětí a větší kapacitu a fyzický objem je také větší. Například baterie některých elektrických vozidel mohou být nakonfigurovány až se 100 v sérii a více než 50 paralelně.

Naskládané baterie nejsou žádnou novinkou. Typická dobíjecí lithium-iontová baterie v běžném notebooku sestává z více baterií v sérii, ale kvůli většímu objemu baterie se test stává složitějším a může ovlivnit celkový výkon. Aby výkon celé sady baterií dosáhl optimální úrovně, musí být každá baterie téměř identická se sousední baterií. Baterie se budou navzájem ovlivňovat, takže pokud má baterie v sérii nízkou kapacitu, ostatní baterie v sadě baterií budou pod optimálním stavem, protože jejich kapacita bude snížena systémem monitorování a vyvažování baterií, aby odpovídaly nejnižšímu výkonu. Baterie. Jak se říká, krysí hovínko zkazí hrnec kaše.

Cyklus nabíjení-vybíjení dále ukazuje, jak může jedna baterie snížit výkon celé baterie. Baterie s nejnižší kapacitou v sadě baterií sníží svůj stav nabití nejvyšší rychlostí, což má za následek nebezpečnou úroveň napětí a způsobí, že se celá baterie již nebude vybíjet. Když je baterie nabitá, baterie s nejnižší kapacitou se nejprve plně nabije a zbývající baterie se nebudou dále nabíjet. U elektrických vozidel to povede ke snížení efektivní celkové dostupné kapacity akumulátoru, čímž se sníží cestovní dojezd vozidla. Kromě toho se urychlí degradace nízkokapacitních baterií, protože na konci nabíjení a vybíjení dosahují příliš vysokého napětí, než začnou platit bezpečnostní ochranná opatření.

Bez ohledu na koncové zařízení platí, že čím více baterií v sadě baterií je naskládáno sériově a paralelně, tím závažnější je problém. Zřejmým řešením je zajistit, aby byla každá baterie vyrobena přesně stejně, a zkombinovat stejné baterie do stejné sady baterií. Vzhledem k inherentnímu výrobnímu procesu diferenciace impedance a kapacity baterií se však testování stalo kritickým – nejen pro vyloučení vadných dílů, ale také pro rozlišení, které baterie jsou stejné a které baterie vložit. vybíjecí křivka baterie během výrobního procesu má velký vliv na její vlastnosti a neustále se mění.

Proč moderní lithium-iontové baterie přinášejí nové testovací výzvy?

Testování baterií není nic nového, ale od svého příchodu lithium-iontové baterie vyvíjejí nový tlak na přesnost, propustnost a hustotu obvodových desek testovacích zařízení.

Lithium-iontové baterie jsou jedinečné, protože mají extrémně hustou kapacitu pro ukládání energie. Pokud jsou nesprávně nabity a vybity, mohou způsobit požár a výbuch. Ve výrobním a testovacím procesu vyžaduje tato technologie skladování energie velmi vysokou přesnost a mnoho nových aplikací tento požadavek dále umocňuje. Z hlediska tvaru, velikosti, kapacity a chemického složení jsou typy lithium-iontových baterií rozsáhlejší. Naopak ovlivní i testovací zařízení, protože pro dosažení maximální skladovací kapacity a spolehlivosti musí zajistit přesné dodržení správných nabíjecích a vybíjecích křivek. A kvalitu.

Protože neexistuje jedna velikost vhodná pro všechny baterie, výběr vhodného testovacího zařízení a různých výrobců pro různé lithium-iontové baterie zvýší náklady na testování. Neustálé průmyslové inovace navíc znamenají, že neustále se měnící křivka nabíjení-vybíjení je dále optimalizována, což z testeru baterií dělá důležitý vývojový nástroj pro novou technologii baterií. Bez ohledu na chemické a mechanické vlastnosti lithium-iontových baterií existuje v jejich výrobním procesu nespočet metod nabíjení a vybíjení, což nutí výrobce baterií vyvíjet tlak na zkoušečky baterií, aby po nich vyžadovaly jedinečné testovací funkce.

Přesnost je samozřejmě nezbytná schopnost. Znamená to nejen schopnost udržet vysokou přesnost řízení proudu na velmi nízké úrovni, ale zahrnuje také schopnost velmi rychle přepínat mezi režimy nabíjení a vybíjení a mezi různými úrovněmi proudu. Tyto požadavky nevycházejí pouze z potřeby sériově vyrábět lithium-iontové baterie s konzistentními vlastnostmi a kvalitou. Výrobci baterií také doufají, že využijí testovací postupy a zařízení jako inovativní nástroje k vytvoření konkurenční výhody na trhu, jako je úprava nabíjení. Algoritmus pro zvýšení kapacity.

Přestože jsou pro různé typy baterií vyžadovány různé testy, dnešní testery jsou optimalizovány pro konkrétní velikosti baterií. Pokud například testujete velkou baterii, potřebujete větší proud, což znamená větší indukčnost a silnější dráty a další charakteristiky. Při vytváření testeru, který zvládne vysoké proudy, je tedy zahrnuto mnoho aspektů. Mnoho továren však nevyrábí pouze jeden typ baterie. Mohou vyrobit kompletní sadu velkých baterií pro zákazníka při splnění všech testovacích požadavků na tyto baterie, nebo mohou vyrobit sadu menších baterií s menším proudem pro zákazníka chytrého telefonu. .

To je důvodem rostoucích nákladů na testování – tester baterií je optimalizován pro proud. Testery, které zvládnou vyšší proudy, jsou obvykle větší a dražší, protože vyžadují nejen větší křemíkové wafery, ale také magnetické součástky a kabeláž, aby splňovaly elektromigrační pravidla a minimalizovaly parazitní poklesy napětí v systému. Továrna musí kdykoli připravit různé testovací zařízení, aby vyhovovala výrobě a kontrole různých typů baterií. Vzhledem k různým typům baterií vyráběných továrnou v různých časech mohou být některé testery nekompatibilní s těmito konkrétními bateriemi a mohou zůstat nevyužity, což dále zvyšuje náklady, protože tester je velká investice.

Ať už jde o běžné a vznikající továrny na hromadnou výrobu běžných lithium-iontových baterií, nebo výrobce baterií, kteří chtějí využít testovací proces k inovaci a vytváření nových bateriových produktů, potřebují používat flexibilní testovací zařízení, aby se přizpůsobili širšímu spektru baterií. baterie. Kapacita a fyzická velikost, čímž se sníží kapitálové investice a zlepší návratnost investic do testovacího zařízení.

Při pokusu o správnou optimalizaci jediného řešení integračního testu existuje mnoho protichůdných požadavků. Neexistuje žádný všelék pro všechny typy řešení pro testování lithium-iontových baterií, ale společnost Texas Instruments (TI) navrhla referenční návrh, který minimalizuje kompromis mezi nákladovou efektivitou a přesností.

Vysoce přesné testovací řešení, vhodné pro aplikace s vysokým proudem

Jedinečné požadavky na scénář testu baterie budou vždy existovat, a proto potřebuje stejně jedinečné řešení. Pro mnoho typů lithiových baterií, ať už jde o malou baterii chytrého telefonu nebo velkou baterii pro elektrické vozidlo, však může existovat nákladově efektivní testovací zařízení.

Aby bylo dosaženo přesné, plné přesnosti řízení nabíjecího a vybíjecího proudu, kterou vyžaduje mnoho lithium-iontových baterií na trhu, používá se referenční konstrukce modulárního testeru baterií společnosti Texas Instruments pro aplikace 50-A, 100-A a 200-A 50-A A kombinace designu testu baterie 100-A k vytvoření modulární verze, která může dosáhnout maximální úrovně nabití a vybití 200-A. Blokové schéma tohoto řešení je na obrázku 2.

Například TI používá regulační smyčku konstantního proudu a konstantního napětí pro referenční design testeru baterií pro aplikace s vysokým proudem, který podporuje rychlost nabíjení a vybíjení až 50 A. Tento referenční návrh využívá vícefázový obousměrný proudový regulátor LM5170-Q1 a přístrojový zesilovač INA188 k přesné regulaci proudu tekoucího do nebo z baterie. INA188 implementuje a monitoruje regulační smyčku konstantního proudu, a protože proud může téct v obou směrech, multiplexer SN74LV4053A může odpovídajícím způsobem upravit vstup INA188.

Toto konkrétní řešení vytváří modifikovatelnou platformu pro aplikace vyžadující vyšší proud nebo vícefázovou kombinaci několika klíčových technologií TI, což demonstruje proveditelnost vytvoření nákladově efektivního testovacího řešení. Toto flexibilní a na budoucnost zaměřené řešení nejen splňuje dnešní potřeby, ale také předpovídá budoucí trend růstu automobilových baterií, který brzy zvýší poptávku po současné kapacitě testeru přesahující 50A.

Maximalizace investic do zařízení pro testování lithium-iontových baterií

Referenční návrh modulárního testeru baterií společnosti Texas Instruments řeší problémy s vysokou přesností, vysokým proudem a flexibilitou zařízení pro testování lithium-iontových baterií. Tento referenční design pokrývá řadu dostupných tvarů, velikostí a kapacit baterií a dokáže si poradit s nově vznikajícími aplikacemi, jako jsou velké baterie v elektrických vozidlech a solárních elektrárnách a baterie malých rozměrů, které se běžně vyskytují ve spotřební elektronice, jako jsou chytré telefony. .

Referenční design pro testování lithium-iontových baterií vám umožňuje investovat do zařízení pro testování baterií s nižším proudem a používat je paralelně, čímž eliminuje potřebu drahých investic do více architektur s různými úrovněmi proudu. Schopnost používat testovací zařízení v různých aktuálních rozsazích může v největší míře optimalizovat investice do zařízení pro testování baterií, snížit celkové náklady a poskytnout flexibilitu pro přizpůsobení se měnícím se potřebám testování lithium-iontových baterií.
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