隨著鋰離子電池在無人機、電動汽車 (EV) 和太陽能存儲中的應用越來越多，電池製造商也在利用現代技術和化學成分來突破電池測試和製造能力的極限。

如今，每塊電池的性能和壽命，無論大小，都是在製造過程中決定的，測試設備是針對特定的電池而設計的。 然而，由於鋰離子電池市場涵蓋所有形狀和容量，因此很難創建能夠以所需的準確度和精度處理不同容量、電流和物理形狀的單一集成測試儀。

針對鋰離子電池日益多樣化的需求，我們迫切需要高性能、靈活的測試解決方案，以最大限度地權衡利弊，實現成本效益。

鋰離子電池複雜多樣

如今，鋰離子電池有多種尺寸、電壓和應用範圍，但這項技術在首次投放市場時並未實現。 鋰離子電池最初是為相對較小的設備而設計的，例如筆記本電腦、手機和其他便攜式電子設備。 現在，它們的尺寸要大得多，例如電動汽車和太陽能電池存儲。 這意味著更大的串並聯電池組具有更高的電壓和更大的容量，物理體積也更大。 例如，一些電動汽車的電池組最多可以配置100個串聯，50多個並聯。

堆疊電池並不是什麼新鮮事。 普通筆記本電腦中典型的可充電鋰離子電池組由多個電池串聯組成，但由於電池組體積較大，測試變得更加複雜，可能會影響整體性能。 為了使整個電池組的性能達到最佳水平，每個電池必須與其相鄰的電池幾乎相同。 電池會相互影響，所以如果串聯的電池容量低，電池組中的其他電池將低於最佳狀態，因為它們的容量會被電池監控和再平衡系統降低以匹配最低性能電池。 俗話說，老鼠屎壞了一鍋粥。

充放電循環進一步說明了單個電池如何降低整個電池組的性能。 電池組中容量最低的電池會以最快的速度降低其荷電狀態，造成不安全的電壓電平，導致整個電池組不再放電。 電池組充電時，容量最低的電池會先充滿電，剩餘的電池不會再充電。 在電動汽車中，這將導致有效的整體可用電池組容量減少，從而減少車輛的續航里程。 此外，低容量電池在安全保護措施未生效之前，在充放電結束時就達到了過高的電壓，會加速劣化。

無論終端設備如何，電池組中的電池串並聯堆疊越多，問題就越嚴重。 顯而易見的解決方案是確保每個電池的製作完全相同，並將相同的電池組合在同一個電池組中。 然而，由於電池阻抗和容量的固有製造工藝差異，測試變得至關重要——不僅要排除有缺陷的部件，還要區分哪些電池是相同的，放入哪些電池組。此外，充電和電池在生產過程中的放電曲線對其特性影響很大，並且是不斷變化的。

為什麼現代鋰離子電池帶來新的測試挑戰？

電池測試並不是什麼新鮮事，但自從問世以來，鋰離子電池給測試設備的準確性、吞吐量和電路板密度帶來了新的壓力。

鋰離子電池是獨一無二的，因為它們具有極其密集的能量存儲能力。 如果充電和放電不當，可能會引起火災和爆炸。 在製造和測試過程中，這種儲能技術需要非常高的精度，許多新興應用進一步加劇了這一要求。 從形狀、尺寸、容量和化學成分來看，鋰離子電池的種類更為廣泛。 相反，它們也會影響測試設備，因為它們需要確保准確遵循正確的充電和放電曲線，以實現最大的存儲容量和可靠性。 和質量。

由於沒有一種尺寸適合所有電池，為不同的鋰離子電池選擇合適的測試設備和不同的製造商會增加測試成本。 此外，不斷的產業創新意味著不斷變化的充放電曲線得到進一步優化，使電池測試儀成為新電池技術的重要開發工具。 不管鋰離子電池的化學和機械性能如何，在其製造過程中充放電方法數不勝數，這使得電池製造商對電池測試人員施加壓力，要求他們具有獨特的測試功能。

準確性顯然是一種必要的能力。 它不僅意味著能夠將高電流控制精度保持在非常低的水平，還包括能夠在充電和放電模式之間以及不同電流水平之間非常快速地切換。 這些要求不僅是因為需要大量生產具有一致特性和質量的鋰離子電池。 電池製造商也希望使用測試程序和設備作為創新工具，在市場上創造競爭優勢，例如修改充電。 增加容量的算法。

儘管不同類型的電池需要進行各種測試，但今天的測試儀針對特定的電池尺寸進行了優化。 例如，如果您正在測試大型電池，則需要更大的電流，這會轉化為更大的電感和更粗的電線等特性。 因此，在創建可以處理​​高電流的測試儀時，涉及許多方面。 然而，許多工廠不僅僅生產一種電池。 他們可能會為客戶生產一套完整的大電池，同時滿足這些電池的所有測試要求，或者他們可能會為智能手機客戶生產一套電流較小的較小電池。 .

這就是測試成本上升的原因——電池測試儀針對電流進行了優化。 能夠處理更高電流的測試儀通常更大且更昂貴，因為它們不僅需要更大的矽晶片，還需要磁性元件和佈線以滿足電遷移規則並最大限度地減少系統中的寄生電壓降。 工廠需要隨時準備各種測試設備，以滿足各類電池的生產和檢驗。 由於工廠在不同時期生產的電池類型不同，一些測試儀可能與這些特定的電池不兼容，可能會被閒置，這進一步增加了成本，因為測試儀是一項大投資。

無論是對於普通和新興工廠批量生產普通鋰離子電池，還是希望利用測試工藝創新和創造新電池產品的電池製造商，都需要使用靈活的測試設備來適應更廣泛的電池。 容量和物理尺寸，從而減少資本投資，提高測試設備的投資回報率。

在嘗試正確優化單個集成測試解決方案時，存在許多相互衝突的需求。 沒有適用於所有類型鋰離子電池測試解決方案的靈丹妙藥，但德州儀器 (TI) 提出了一種參考設計，可最大限度地降低成本效益和準確性之間的權衡。

高精度測試方案，適合大電流應用

獨特的電池測試場景需求將始終存在，因此需要同樣獨特的解決方案。 但是，對於鋰電池的種類很多，無論是智能手機的小電池，還是電動車的大電池組，都可以找到性價比高的測試設備。

為了實現市場上許多鋰離子電池所需的精確、滿量程的充電和放電電流控制精度，德州儀器 (TI) 用於 50-A、100-A 和 200-A 應用的模塊化電池測試儀參考設計使用50-A 和 100-A 電池測試設計相結合，打造模塊化版本，最高可達到 200-A 充放電水平。 該解決方案的框圖如圖 2 所示。

例如，TI 針對大電流應用的電池測試儀參考設計採用恆流恆壓控制迴路，支持高達 50A 的充放電速率。 此參考設計使用 LM5170-Q1 多相雙向電流控制器和 INA188 儀表放大器來精確調節流入或流出電池的電流。 INA188 實現並監控恆流控制環路，並且由於電流可以在任一方向流動，SN74LV4053A 多路復用器可以相應地調整 INA188 的輸入。

該特定解決方案通過結合多種 TI 關鍵技術，為需要更高電流或多相的應用創建了一個可修改的平台，證明了構建經濟高效的測試解決方案的可行性。 這種靈活且具有前瞻性的解決方案不僅滿足了當今的需求，而且預測了未來汽車電池的增長趨勢，這將很快增加對測試儀電流能力超過50A的需求。

鋰離子電池檢測設備投資最大化

德州儀器的模塊化電池測試儀參考設計解決了鋰離子電池測試設備的高精度、大電流和靈活性問題。 此參考設計涵蓋多種可用的電池形狀、尺寸和容量，可應對新興應用，例如電動汽車和太陽能發電廠中的大型電池組，以及智能手機等消費電子產品中常見的小型電池.

用於鋰離子電池測試的參考設計使您能夠投資購買較低電流的電池測試設備並並行使用它們，從而無需在具有不同電流水平的多個架構中進行昂貴的投資。 能夠在多種電流範圍內使用測試設備，可以最大程度地優化電池測試設備的投資，降低總成本，並提供靈活性以適應鋰離子電池測試不斷變化的需求。
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