Med den ökande användningen av litiumjonbatterier i drönare, elfordon (EV) och lagring av solenergi, använder batteritillverkare också modern teknik och kemisk sammansättning för att tänja på gränserna för batteritestning och tillverkningskapacitet.

Numera bestäms prestanda och livslängd för varje batteri, oavsett storlek, i tillverkningsprocessen och testutrustningen är designad för ett specifikt batteri. Men eftersom marknaden för litiumjonbatterier täcker alla former och kapaciteter är det svårt att skapa en enda integrerad testare som kan hantera olika kapaciteter, strömmar och fysiska former med den noggrannhet och precision som krävs.

Med tanke på den alltmer diversifierade efterfrågan på litiumjonbatterier behöver vi omgående högpresterande och flexibla testlösningar för att maximera avvägningen mellan för- och nackdelar och uppnå kostnadseffektivitet.

Litiumjonbatterier är komplexa och mångsidiga

Nuförtiden har litiumjonbatterier en mängd olika storlekar, spänningar och användningsområden, men denna teknik förverkligades inte när den först släpptes ut på marknaden. Litiumjonbatterier designades ursprungligen för relativt små enheter, såsom bärbara datorer, mobiltelefoner och andra bärbara elektroniska enheter. Nu är deras dimensioner mycket större, såsom elbilar och lagring av solcellsbatterier. Det betyder att ett större serieparallellt batteripaket har högre spänning och större kapacitet, och den fysiska volymen är också större. Till exempel kan batteripaketen i vissa elfordon konfigureras med upp till 100 i serie och fler än 50 parallellt.

Staplade batterier är inget nytt. Ett typiskt uppladdningsbart litiumjonbatteri i en vanlig bärbar dator består av flera batterier i serie, men på grund av den större volymen på batteripaketet blir testet mer komplicerat och kan påverka den totala prestandan. För att prestanda för hela batteripaketet ska nå den optimala nivån måste varje batteri vara nästan identiskt med dess närliggande batteri. Batterier kommer att påverka varandra, så om ett batteri i en serie har låg kapacitet kommer de andra batterierna i batteripaketet att vara under det optimala tillståndet, eftersom deras kapacitet kommer att försämras av batteriövervaknings- och ombalanseringssystemet för att matcha den lägsta prestandan Batteri. Som ordspråket säger, en råttbajs förstör en gryta med gröt.

Laddnings-urladdningscykeln illustrerar ytterligare hur ett enda batteri kan minska prestandan för hela batteripaketet. Batteriet med lägst kapacitet i batteripaketet kommer att minska sitt laddningstillstånd vid den snabbaste hastigheten, vilket resulterar i en osäker spänningsnivå och gör att hela batteripaketet inte längre laddas ur. När batteripaketet är laddat laddas batteriet med lägst kapacitet först, och de återstående batterierna laddas inte ytterligare. I elfordon kommer detta att resultera i en minskning av den effektiva totala tillgängliga batteripaketets kapacitet, vilket minskar fordonets räckvidd. Dessutom kommer nedbrytningen av batterier med låg kapacitet att accelerera eftersom de når en alltför hög spänning i slutet av laddning och urladdning innan säkerhetsskyddsåtgärderna träder i kraft.

Oavsett terminalenhet, ju fler batterier i batteripaketet staplas i serie och parallellt, desto allvarligare är problemet. Den självklara lösningen är att se till att varje batteri görs exakt likadant, och att kombinera samma batterier i samma batteripaket. Men på grund av den inneboende tillverkningsprocessens differentiering av batteriimpedans och kapacitet har testning blivit kritisk – inte bara för att utesluta defekta delar, utan också för att särskilja vilka batterier som är desamma och vilka batteripaket som ska sättas i. Dessutom har laddningen och urladdningskurvan för batteriet under produktionsprocessen har stor inverkan på dess egenskaper och förändras ständigt.

Varför ger moderna litiumjonbatterier nya testutmaningar?

Batteritestning är inget nytt, men sedan dess tillkomst har litiumjonbatterier satt ny press på testutrustningens noggrannhet, genomströmning och kretskortsdensitet.

Litiumjonbatterier är unika eftersom de har extremt tät energilagringskapacitet. Om de laddas och laddas ur felaktigt kan de orsaka bränder och explosioner. I tillverknings- och testprocessen kräver denna energilagringsteknik mycket hög noggrannhet, och många nya applikationer förvärrar detta krav ytterligare. När det gäller form, storlek, kapacitet och kemisk sammansättning är typerna av litiumjonbatterier mer omfattande. Tvärtom kommer de också att påverka testutrustningen, eftersom de måste säkerställa att korrekta laddnings- och urladdningskurvor följs noggrant för att uppnå maximal lagringskapacitet och tillförlitlighet. Och kvalitet.

Eftersom det inte finns någon enstaka storlek som passar alla batterier, kommer testkostnaden att öka om man väljer lämplig testutrustning och olika tillverkare för olika litiumjonbatterier. Dessutom innebär kontinuerlig industriell innovation att den ständigt föränderliga laddnings-urladdningskurvan optimeras ytterligare, vilket gör batteritestaren till ett viktigt utvecklingsverktyg för ny batteriteknologi. Oavsett de kemiska och mekaniska egenskaperna hos litiumjonbatterier finns det otaliga laddnings- och urladdningsmetoder i deras tillverkningsprocess, vilket gör att batteritillverkare sätter press på batteritestare att kräva att de har unika testfunktioner.

Noggrannhet är uppenbarligen en nödvändig förmåga. Det innebär inte bara möjligheten att hålla hög strömkontrollnoggrannhet på en mycket låg nivå, utan inkluderar också möjligheten att växla mycket snabbt mellan laddnings- och urladdningslägen och mellan olika strömnivåer. Dessa krav drivs inte bara av behovet av att masstillverka litiumjonbatterier med konsekventa egenskaper och kvalitet. Batteritillverkare hoppas också kunna använda testprocedurer och utrustning som innovativa verktyg för att skapa en konkurrensfördel på marknaden, som att modifiera laddningen. Algoritm för att öka kapaciteten.

Även om en mängd olika tester krävs för olika typer av batterier, är dagens testare optimerade för specifika batteristorlekar. Till exempel, om du testar ett stort batteri behöver du en större ström, vilket översätts till större induktans och tjockare ledningar och andra egenskaper. Så det finns många aspekter inblandade när man skapar en testare som kan hantera höga strömmar. Många fabriker tillverkar dock inte bara en typ av batteri. De kan producera en komplett uppsättning av stora batterier för en kund samtidigt som de uppfyller alla testkrav för dessa batterier, eller de kan producera en uppsättning mindre batterier med en mindre ström för en smartphone-kund. .

Detta är anledningen till de stigande testkostnaderna – batteritestaren är optimerad för ström. Testare som kan hantera högre strömmar är vanligtvis större och dyrare eftersom de inte bara kräver större kiselskivor, utan även magnetiska komponenter och ledningar för att uppfylla elektromigreringsreglerna och minimera parasitiska spänningsfall i systemet. Fabriken behöver när som helst förbereda en mängd olika testutrustning för att möta produktion och inspektion av olika typer av batterier. På grund av de olika typer av batterier som tillverkas av fabriken vid olika tidpunkter, kan vissa testare vara inkompatibla med dessa specifika batterier och kan lämnas oanvända, vilket ytterligare ökar kostnaden eftersom testaren är en stor investering.

Oavsett om det gäller vanliga och framväxande fabriker för massproduktion av vanliga litiumjonbatterier, eller batteritillverkare som vill använda testprocessen för att förnya och skapa nya batteriprodukter, måste de använda flexibel testutrustning för att anpassa sig till ett bredare utbud av batterier. Kapacitet och fysisk storlek, vilket minskar kapitalinvesteringar och förbättrar avkastningen på investeringen av testutrustning.

När man försöker optimera en enda integrationstestlösning på rätt sätt finns det många motstridiga krav. Det finns inget universalmedel för alla typer av testlösningar för litiumjonbatterier, men Texas Instruments (TI) har föreslagit en referensdesign som minimerar avvägningen mellan kostnadseffektivitet och noggrannhet.

Testlösning med hög precision, lämplig för högströmsapplikationer

Unika krav på batteritestscenarier kommer alltid att finnas, och det behöver därför en lika unik lösning. Men för många typer av litiumbatterier, oavsett om det är ett litet smarttelefonbatteri eller ett stort batteripaket för ett elfordon, kan det finnas en kostnadseffektiv testutrustning.

För att uppnå den exakta, fullskaliga laddnings- och urladdningsströmkontrollnoggrannheten som krävs av många litiumjonbatterier på marknaden, använder Texas Instruments modulära batteritestare referensdesign för 50-A, 100-A och 200-A-applikationer 50-A Och kombinationen av 100-A batteritestdesign för att skapa en modulär version som kan nå den maximala laddnings- och urladdningsnivån på 200-A. Blockschemat för denna lösning visas i figur 2.

Till exempel använder TI en kontrollslinga för konstant ström och konstant spänning för batteritestarens referensdesign för högströmstillämpningar, som stöder upp till 50A laddnings- och urladdningshastighet. Denna referensdesign använder den flerfasiga dubbelriktade strömregulatorn LM5170-Q1 och instrumenteringsförstärkaren INA188 för att exakt reglera strömmen som flyter in i eller ut ur batteriet. INA188 implementerar och övervakar kontrollslingan för konstant ström, och eftersom strömmen kan flyta i båda riktningarna kan multiplexern SN74LV4053A justera ingången på INA188 därefter.

Denna speciella lösning skapar en modifierbar plattform för applikationer som kräver högre ström eller flerfas genom att kombinera flera viktiga TI-teknologier, vilket visar möjligheten att bygga en kostnadseffektiv testlösning. Denna flexibla och framåtblickande lösning möter inte bara dagens behov, utan förutspår också den framtida tillväxttrenden för bilbatterier, vilket snart kommer att öka efterfrågan på testarens nuvarande kapacitet att överstiga 50A.

Maximering av investeringar i litiumjonbatterier för testutrustning

Den modulära batteritestarens referensdesign av Texas Instruments löser problemen med hög precision, hög ström och flexibilitet för testutrustning för litiumjonbatterier. Denna referensdesign täcker en mängd olika tillgängliga batteriformer, storlekar och kapaciteter och kan hantera nya tillämpningar, såsom stora batteripaket i elfordon och solkraftverk, och små batterier som vanligtvis finns i konsumentelektronik såsom smarta telefoner .

Referensdesignen för testning av litiumjonbatterier gör att du kan investera i batteritestutrustning med lägre strömstyrka och använda dem parallellt, vilket eliminerar behovet av dyra investeringar i flera arkitekturer med olika strömnivåer. Möjligheten att använda testutrustning i en mängd olika aktuella områden kan optimera investeringen i batteritestutrustning i största utsträckning, minska den totala kostnaden och ge flexibilitet för att anpassa sig till de förändrade behoven av litiumjonbatteritestning.
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