Avec l’utilisation croissante des batteries lithium-ion dans les drones, les véhicules électriques (EV) et le stockage de l’énergie solaire, les fabricants de batteries utilisent également la technologie moderne et la composition chimique pour repousser les limites des capacités de test et de fabrication des batteries.

De nos jours, les performances et la durée de vie de chaque batterie, quelle que soit sa taille, sont déterminées dans le processus de fabrication, et l’équipement de test est conçu pour une batterie spécifique. Cependant, étant donné que le marché des batteries lithium-ion couvre toutes les formes et capacités, il est difficile de créer un testeur unique et intégré capable de gérer différentes capacités, courants et formes physiques avec la précision et la précision requises.

Compte tenu de la demande de plus en plus diversifiée de batteries lithium-ion, nous avons un besoin urgent de solutions de test hautes performances et flexibles pour maximiser le compromis entre le pour et le contre et atteindre une rentabilité.

Les batteries lithium-ion sont complexes et diverses

De nos jours, les batteries lithium-ion ont une variété de tailles, de tensions et de plages d’applications, mais cette technologie n’a pas été réalisée lors de sa première mise sur le marché. Les batteries lithium-ion ont été conçues à l’origine pour des appareils relativement petits, tels que les ordinateurs portables, les téléphones portables et autres appareils électroniques portables. Maintenant, leurs dimensions sont beaucoup plus grandes, comme les voitures électriques et le stockage des batteries solaires. Cela signifie qu’une batterie série-parallèle plus grande a une tension plus élevée et une plus grande capacité, et le volume physique est également plus grand. Par exemple, les packs de batteries de certains véhicules électriques peuvent être configurés jusqu’à 100 en série et plus de 50 en parallèle.

Les batteries empilées ne sont pas nouvelles. Une batterie lithium-ion rechargeable typique dans un ordinateur portable ordinaire se compose de plusieurs batteries en série, mais en raison du volume plus important de la batterie, le test devient plus compliqué et peut affecter les performances globales. Pour que les performances de l’ensemble de la batterie atteignent le niveau optimal, chaque batterie doit être presque identique à sa batterie voisine. Les batteries s’affecteront les unes les autres, donc si une batterie d’une série a une faible capacité, les autres batteries de la batterie seront en dessous de l’état optimal, car leur capacité sera dégradée par le système de surveillance et de rééquilibrage de la batterie pour correspondre aux performances les plus basses. Batterie. Comme dit le proverbe, un caca de rat gâche un pot de bouillie.

Le cycle de charge-décharge illustre en outre comment une seule batterie peut réduire les performances de l’ensemble de la batterie. La batterie dont la capacité est la plus faible dans le bloc-batterie réduira son état de charge à la vitesse la plus rapide, ce qui entraînera un niveau de tension dangereux et empêchera la totalité du bloc-batterie de se décharger. Lorsque la batterie est chargée, la batterie ayant la capacité la plus faible sera entièrement chargée en premier et les batteries restantes ne seront pas rechargées davantage. Dans les véhicules électriques, cela se traduira par une réduction de la capacité globale effective de la batterie, réduisant ainsi l’autonomie du véhicule. De plus, la dégradation des batteries de faible capacité va s’accélérer car elle atteint une tension trop élevée en fin de charge et de décharge avant que les mesures de protection de sécurité ne prennent effet.

Quel que soit le terminal, plus il y a de batteries dans le pack de batteries empilées en série et en parallèle, plus le problème est grave. La solution évidente consiste à s’assurer que chaque batterie est fabriquée exactement de la même manière et à combiner les mêmes batteries dans le même bloc-batterie. Cependant, en raison de la différenciation inhérente au processus de fabrication de l’impédance et de la capacité de la batterie, les tests sont devenus essentiels, non seulement pour exclure les pièces défectueuses, mais aussi pour distinguer quelles batteries sont identiques et quels blocs-batteries installer. De plus, le chargement et La courbe de décharge de la batterie pendant le processus de production a une grande influence sur ses caractéristiques et change constamment.

Pourquoi les batteries lithium-ion modernes posent-elles de nouveaux défis de test ?

Les tests de batteries ne sont pas nouveaux, mais depuis leur apparition, les batteries lithium-ion ont exercé une nouvelle pression sur la précision, le débit et la densité des circuits imprimés des équipements de test.

Les batteries lithium-ion sont uniques car elles ont une capacité de stockage d’énergie extrêmement dense. S’ils sont chargés et déchargés de manière incorrecte, ils peuvent provoquer des incendies et des explosions. Dans le processus de fabrication et de test, cette technologie de stockage d’énergie nécessite une très grande précision, et de nombreuses applications émergentes exacerbent encore cette exigence. En termes de forme, de taille, de capacité et de composition chimique, les types de batteries lithium-ion sont plus étendus. Au contraire, ils affecteront également l’équipement de test, car ils doivent s’assurer que les courbes de charge et de décharge correctes sont suivies avec précision pour atteindre la capacité de stockage et la fiabilité maximales. Et la qualité.

Étant donné qu’il n’existe pas de taille unique pour toutes les batteries, le choix d’un équipement de test approprié et de différents fabricants pour différentes batteries lithium-ion augmentera le coût du test. De plus, l’innovation industrielle continue signifie que la courbe de charge-décharge en constante évolution est encore optimisée, faisant du testeur de batterie un outil de développement important pour la nouvelle technologie de batterie. Indépendamment des propriétés chimiques et mécaniques des batteries lithium-ion, il existe d’innombrables méthodes de charge et de décharge dans leur processus de fabrication, ce qui oblige les fabricants de batteries à faire pression sur les testeurs de batteries pour qu’ils aient des fonctions de test uniques.

La précision est évidemment une capacité nécessaire. Cela signifie non seulement la possibilité de maintenir une précision de contrôle de courant élevée à un niveau très bas, mais inclut également la possibilité de basculer très rapidement entre les modes de charge et de décharge et entre différents niveaux de courant. Ces exigences ne sont pas seulement motivées par la nécessité de produire en masse des batteries lithium-ion avec des caractéristiques et une qualité constantes. Les fabricants de batteries espèrent également utiliser des procédures et des équipements de test comme outils innovants pour créer un avantage concurrentiel sur le marché, par exemple en modifiant la charge. Algorithme pour augmenter la capacité.

Bien qu’une variété de tests soient nécessaires pour différents types de batteries, les testeurs d’aujourd’hui sont optimisés pour des tailles de batteries spécifiques. Par exemple, si vous testez une grosse batterie, vous avez besoin d’un courant plus important, ce qui se traduit par une inductance plus grande et des fils plus épais et d’autres caractéristiques. Ainsi, de nombreux aspects sont impliqués lors de la création d’un testeur capable de gérer des courants élevés. Cependant, de nombreuses usines ne produisent pas qu’un seul type de batterie. Ils peuvent produire un ensemble complet de grosses batteries pour un client tout en satisfaisant à toutes les exigences de test pour ces batteries, ou ils peuvent produire un ensemble de batteries plus petites avec un courant plus faible pour un client de smartphone. .

C’est la raison de l’augmentation du coût des tests – le testeur de batterie est optimisé pour le courant. Les testeurs capables de gérer des courants plus élevés sont généralement plus gros et plus chers car ils nécessitent non seulement des plaquettes de silicium plus grandes, mais également des composants magnétiques et un câblage pour répondre aux règles d’électromigration et minimiser les chutes de tension parasites dans le système. L’usine doit préparer une variété d’équipements de test à tout moment pour répondre à la production et à l’inspection de divers types de batteries. En raison des différents types de batteries produites par l’usine à des moments différents, certains testeurs peuvent être incompatibles avec ces batteries spécifiques et peuvent rester inutilisés, ce qui augmente encore le coût car le testeur représente un investissement important.

Qu’il s’agisse d’usines courantes et émergentes pour la production en série de batteries lithium-ion ordinaires, ou de fabricants de batteries qui souhaitent utiliser le processus de test pour innover et créer de nouveaux produits de batterie, ils doivent utiliser un équipement de test flexible pour s’adapter à un plus large éventail de piles. Capacité et taille physique, réduisant ainsi les investissements en capital et améliorant le retour sur investissement des équipements de test.

Lorsque vous essayez d’optimiser correctement une solution de test d’intégration unique, il existe de nombreuses exigences contradictoires. Il n’existe pas de panacée pour tous les types de solutions de test de batteries lithium-ion, mais Texas Instruments (TI) a proposé une conception de référence qui minimise le compromis entre rentabilité et précision.

Solution de test de haute précision, adaptée aux applications à courant élevé

Des exigences de scénario de test de batterie uniques existeront toujours, et il a besoin d’une solution tout aussi unique en conséquence. Cependant, pour de nombreux types de batteries au lithium, qu’il s’agisse d’une petite batterie de téléphone intelligent ou d’une grande batterie pour un véhicule électrique, il peut exister un équipement de test rentable.

Afin d’obtenir la précision de contrôle de courant de charge et de décharge précise et à pleine échelle requise par de nombreuses batteries lithium-ion sur le marché, la conception de référence du testeur de batterie modulaire de Texas Instruments pour les applications 50-A, 100-A et 200-A utilise 50-A Et la combinaison d’une conception de test de batterie 100-A pour créer une version modulaire pouvant atteindre le niveau de charge et de décharge maximum de 200-A. Le schéma fonctionnel de cette solution est illustré à la figure 2.

Par exemple, TI adopte une boucle de contrôle à courant constant et à tension constante pour la conception de référence du testeur de batterie pour les applications à courant élevé, qui prend en charge des taux de charge et de décharge jusqu’à 50 A. Cette conception de référence utilise le contrôleur de courant bidirectionnel multiphasé LM5170-Q1 et l’amplificateur d’instrumentation INA188 pour réguler avec précision le courant entrant ou sortant de la batterie. L’INA188 implémente et surveille la boucle de contrôle à courant constant, et puisque le courant peut circuler dans les deux sens, le multiplexeur SN74LV4053A peut ajuster l’entrée de l’INA188 en conséquence.

Cette solution particulière crée une plate-forme modifiable pour les applications nécessitant un courant plus élevé ou multiphasé en combinant plusieurs technologies TI clés, démontrant la faisabilité de la construction d’une solution de test rentable. Cette solution flexible et tournée vers l’avenir répond non seulement aux besoins d’aujourd’hui, mais prédit également la future tendance de croissance des batteries automobiles, ce qui augmentera bientôt la demande pour la capacité actuelle du testeur à dépasser 50A.

Optimisation des investissements dans les équipements de test des batteries lithium-ion

La conception de référence du testeur de batterie modulaire de Texas Instruments résout les problèmes de haute précision, de courant élevé et de flexibilité des équipements de test de batterie lithium-ion. Cette conception de référence couvre une variété de formes, de tailles et de capacités de batteries disponibles, et peut faire face aux applications émergentes, telles que les grands blocs-batteries dans les véhicules électriques et les centrales solaires, et les batteries de petite taille couramment trouvées dans les appareils électroniques grand public tels que les téléphones intelligents .

La conception de référence pour les tests de batteries lithium-ion vous permet d’investir dans des équipements de test de batteries à faible courant et de les utiliser en parallèle, éliminant ainsi le besoin d’investissements coûteux dans plusieurs architectures avec différents niveaux de courant. La possibilité d’utiliser des équipements de test dans une variété de plages de courant peut optimiser au maximum l’investissement dans les équipements de test de batteries, réduire le coût total et offrir une flexibilité pour s’adapter aux besoins changeants des tests de batteries lithium-ion.
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