Med den stigende anvendelse af lithium-ion-batterier i droner, elektriske køretøjer (EV) og lagring af solenergi, bruger batteriproducenter også moderne teknologi og kemisk sammensætning til at skubbe grænserne for batteritest og produktionskapacitet.

I dag bestemmes ydeevnen og levetiden for hvert batteri, uanset størrelse, i fremstillingsprocessen, og testudstyret er designet til et specifikt batteri. Men fordi markedet for lithium-ion batterier dækker alle former og kapaciteter, er det svært at skabe en enkelt integreret tester, der kan håndtere forskellige kapaciteter, strømme og fysiske former med den nødvendige nøjagtighed og præcision.

I lyset af den stadig mere diversificerede efterspørgsel efter lithium-ion-batterier har vi et presserende behov for højtydende og fleksible testløsninger for at maksimere afvejningen mellem fordele og ulemper og opnå omkostningseffektivitet.

Lithium-ion-batterier er komplekse og forskellige

I dag har lithium-ion-batterier en række forskellige størrelser, spændinger og anvendelsesområder, men denne teknologi blev ikke realiseret, da den først blev bragt på markedet. Lithium-ion-batterier blev oprindeligt designet til relativt små enheder, såsom bærbare computere, mobiltelefoner og andre bærbare elektroniske enheder. Nu er deres dimensioner meget større, såsom elbiler og solcellebatteriopbevaring. Det betyder, at en større serie-parallel batteripakke har en højere spænding og en større kapacitet, og den fysiske volumen er også større. For eksempel kan batteripakkerne i nogle elektriske køretøjer konfigureres med op til 100 i serie og mere end 50 parallelt.

Stablede batterier er ikke noget nyt. En typisk genopladelig lithium-ion batteripakke i en almindelig notebook computer består af flere batterier i serie, men på grund af batteripakkens større volumen bliver testen mere kompliceret og kan påvirke den samlede ydeevne. For at ydeevnen af ​​hele batteripakken kan nå det optimale niveau, skal hvert batteri være næsten identisk med dets nabobatteri. Batterier vil påvirke hinanden, så hvis et batteri i en serie har en lav kapacitet, vil de andre batterier i batteripakken være under den optimale tilstand, fordi deres kapacitet vil blive forringet af batteriovervågnings- og rebalanceringssystemet for at matche den laveste ydeevne Batteri. Som man siger, en rottebajs forkæler en gryde med grød.

Opladnings-afladningscyklussen illustrerer yderligere, hvordan et enkelt batteri kan reducere ydelsen af ​​hele batteripakken. Batteriet med den laveste kapacitet i batteripakken vil reducere sin opladningstilstand ved den hurtigste hastighed, hvilket resulterer i et usikkert spændingsniveau og bevirker, at hele batteripakken ikke længere aflades. Når batteripakken er opladet, bliver batteriet med den laveste kapacitet først fuldt opladet, og de resterende batterier oplades ikke yderligere. I elektriske køretøjer vil dette resultere i en reduktion i den effektive samlede tilgængelige batteripakkekapacitet og derved reducere køretøjets rækkevidde. Derudover vil nedbrydningen af ​​batterier med lav kapacitet accelerere, fordi de når en alt for høj spænding ved slutningen af ​​op- og afladning, før sikkerhedsforanstaltningerne træder i kraft.

Uanset terminalenheden, jo flere batterier i batteripakken er stablet i serie og parallelt, jo mere alvorligt er problemet. Den oplagte løsning er at sikre, at hvert batteri er lavet helt ens, og at kombinere de samme batterier i den samme batteripakke. På grund af den iboende fremstillingsprocessdifferentiering af batteriimpedans og kapacitet er test blevet kritisk – ikke kun for at udelukke defekte dele, men også for at skelne, hvilke batterier der er de samme, og hvilke batteripakker der skal sættes i. Derudover er opladning og afladningskurven for batteriet under produktionsprocessen har stor indflydelse på dets egenskaber og ændrer sig konstant.

Hvorfor giver moderne lithium-ion-batterier nye testudfordringer?

Batteritestning er ikke noget nyt, men siden dets fremkomst har lithium-ion-batterier lagt nyt pres på nøjagtigheden, gennemløbet og printkortets tæthed af testudstyr.

Lithium-ion-batterier er unikke, fordi de har ekstremt tæt energilagringskapacitet. Hvis de oplades og aflades forkert, kan de forårsage brand og eksplosioner. I fremstillings- og testprocessen kræver denne energilagringsteknologi meget høj nøjagtighed, og mange nye applikationer forværrer dette krav yderligere. Med hensyn til form, størrelse, kapacitet og kemisk sammensætning er typerne af lithium-ion-batterier mere omfattende. Tværtimod vil de også påvirke testudstyret, fordi de skal sikre, at de korrekte lade- og afladningskurver følges nøjagtigt for at opnå den maksimale lagerkapacitet og pålidelighed. Og kvalitet.

Da der ikke er én størrelse, der er egnet til alle batterier, vil valget af passende testudstyr og forskellige producenter til forskellige lithium-ion-batterier øge testomkostningerne. Derudover betyder kontinuerlig industriel innovation, at den stadigt skiftende opladnings-afladningskurve optimeres yderligere, hvilket gør batteritesteren til et vigtigt udviklingsværktøj for ny batteriteknologi. Uanset lithium-ion-batteriers kemiske og mekaniske egenskaber er der utallige opladnings- og afladningsmetoder i deres fremstillingsproces, hvilket får batteriproducenterne til at lægge pres på batteritestere for at kræve, at de har unikke testfunktioner.

Nøjagtighed er naturligvis en nødvendig evne. Det betyder ikke kun evnen til at holde høj strømstyringsnøjagtighed på et meget lavt niveau, men inkluderer også muligheden for at skifte meget hurtigt mellem opladnings- og afladningstilstande og mellem forskellige strømniveauer. Disse krav er ikke kun drevet af behovet for at masseproducere lithium-ion-batterier med ensartede egenskaber og kvalitet. Batteriproducenter håber også at bruge testprocedurer og udstyr som innovative værktøjer til at skabe en konkurrencefordel på markedet, såsom at ændre opladning. Algoritme til at øge kapaciteten.

Selvom der kræves en række tests for forskellige typer batterier, er nutidens testere optimeret til specifikke batteristørrelser. For eksempel, hvis du tester et stort batteri, har du brug for en større strøm, hvilket oversættes til større induktans og tykkere ledninger og andre egenskaber. Så der er mange aspekter involveret, når man laver en tester, der kan håndtere høje strømme. Mange fabrikker producerer dog ikke kun én type batteri. De kan producere et komplet sæt store batterier til en kunde, mens de opfylder alle testkravene til disse batterier, eller de kan producere et sæt mindre batterier med en mindre strøm til en smartphonekunde. .

Dette er årsagen til de stigende testomkostninger – batteritesteren er optimeret til strøm. Testere, der kan håndtere højere strømme, er normalt større og dyrere, fordi de ikke kun kræver større siliciumskiver, men også magnetiske komponenter og ledninger for at opfylde elektromigreringsreglerne og minimere parasitære spændingsfald i systemet. Fabrikken skal til enhver tid forberede en række testudstyr for at imødekomme produktionen og inspektionen af ​​forskellige typer batterier. På grund af de forskellige typer batterier, der produceres af fabrikken på forskellige tidspunkter, kan nogle testere være inkompatible med disse specifikke batterier og kan efterlades ubrugte, hvilket yderligere øger omkostningerne, fordi testeren er en stor investering.

Uanset om det er for almindelige og nye fabrikker til masseproduktion af almindelige lithium-ion-batterier, eller batteriproducenter, der ønsker at bruge testprocessen til at innovere og skabe nye batteriprodukter, skal de bruge fleksibelt testudstyr til at tilpasse sig en bredere vifte af batterier. Kapacitet og fysisk størrelse, hvilket reducerer kapitalinvesteringer og forbedrer investeringsafkastet af testudstyr.

Når man forsøger at optimere en enkelt integrationstestløsning korrekt, er der mange modstridende krav. Der er ikke noget universalmiddel for alle typer af lithium-ion batteri testløsninger, men Texas Instruments (TI) har foreslået et referencedesign, der minimerer afvejningen mellem omkostningseffektivitet og nøjagtighed.

Højpræcisionstestløsning, velegnet til højstrømsanvendelser

Unikke krav til batteritestscenarier vil altid eksistere, og det har brug for en lige så unik løsning i overensstemmelse hermed. Men for mange typer lithium-batterier, hvad enten det er et lille smartphone-batteri eller en stor batteripakke til et elektrisk køretøj, kan der være et omkostningseffektivt testudstyr.

For at opnå den præcise, fuldskala opladnings- og afladningsstrømkontrolnøjagtighed, der kræves af mange lithium-ion-batterier på markedet, bruger Texas Instruments’ modulære batteritesterreferencedesign til 50-A, 100-A og 200-A applikationer 50-A Og kombinationen af ​​100-A batteritestdesign for at skabe en modulær version, der kan nå det maksimale opladnings- og afladningsniveau på 200-A. Blokdiagrammet for denne løsning er vist i figur 2.

For eksempel anvender TI en kontrolsløjfe med konstant strøm og konstant spænding til batteritesterens referencedesign til højstrømsapplikationer, som understøtter op til 50A opladnings- og afladningshastighed. Dette referencedesign bruger LM5170-Q1 flerfaset tovejs strømstyring og INA188 instrumenteringsforstærkeren til præcist at regulere strømmen, der strømmer ind i eller ud af batteriet. INA188 implementerer og overvåger kontrolsløjfen for konstant strøm, og da strømmen kan flyde i begge retninger, kan SN74LV4053A-multiplekseren justere inputtet på INA188 i overensstemmelse hermed.

Denne særlige løsning skaber en modificerbar platform til applikationer, der kræver højere strømstyrke eller flerfaset ved at kombinere flere nøgleteknologier, hvilket demonstrerer muligheden for at bygge en omkostningseffektiv testløsning. Denne fleksible og fremadskuende løsning opfylder ikke kun nutidens behov, men forudsiger også den fremtidige væksttrend for bilbatterier, som snart vil øge efterspørgslen efter testerens nuværende kapacitet til at overstige 50A.

Maksimering af investering i lithium-ion batteri testudstyr

Det modulære batteritesterreferencedesign af Texas Instruments løser højpræcisions-, højstrøms- og fleksibilitetsproblemerne ved lithium-ion-batteritestudstyr. Dette referencedesign dækker en række tilgængelige batteriformer, størrelser og kapaciteter og kan klare nye applikationer, såsom store batteripakker i elektriske køretøjer og solenergianlæg og små batterier, der almindeligvis findes i forbrugerelektronik, såsom smartphones .

Referencedesignet til testning af lithium-ion-batterier giver dig mulighed for at investere i batteritestudstyr med lavere strømstyrke og bruge dem parallelt, hvilket eliminerer behovet for dyre investeringer i flere arkitekturer med forskellige strømniveauer. Muligheden for at bruge testudstyr i en række aktuelle områder kan optimere investeringen i batteritestudstyr i størst muligt omfang, reducere de samlede omkostninger og give fleksibilitet til at tilpasse sig de skiftende behov for lithium-ion batteritest.
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