Với ứng dụng ngày càng tăng của pin lithium-ion trong máy bay không người lái, xe điện (EV) và lưu trữ năng lượng mặt trời, các nhà sản xuất pin cũng đang sử dụng công nghệ hiện đại và thành phần hóa học để đẩy giới hạn khả năng sản xuất và thử nghiệm pin.

Ngày nay, hiệu suất và tuổi thọ của mỗi loại pin, bất kể kích thước, đều được xác định trong quá trình sản xuất và thiết bị thử nghiệm được thiết kế cho một loại pin cụ thể. Tuy nhiên, vì thị trường pin lithium-ion bao gồm tất cả các hình dạng và dung lượng, nên rất khó để tạo ra một thiết bị thử nghiệm tích hợp duy nhất có thể xử lý các công suất, dòng điện và hình dạng vật lý khác nhau với độ chính xác và độ chính xác cần thiết.

Do nhu cầu ngày càng đa dạng về pin lithium-ion, chúng tôi cấp thiết cần các giải pháp thử nghiệm linh hoạt và hiệu suất cao để tối đa hóa sự cân bằng giữa ưu và nhược điểm và đạt được hiệu quả về chi phí.

Pin Lithium-ion rất phức tạp và đa dạng

Ngày nay, pin lithium-ion có nhiều kích cỡ, điện áp và phạm vi ứng dụng khác nhau, nhưng công nghệ này không được hiện thực hóa khi nó mới được đưa ra thị trường. Pin Lithium-ion ban đầu được thiết kế cho các thiết bị tương đối nhỏ, chẳng hạn như máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị điện tử cầm tay khác. Giờ đây, kích thước của chúng lớn hơn nhiều, chẳng hạn như ô tô điện và bộ lưu trữ pin năng lượng mặt trời. Điều này có nghĩa là bộ pin nối tiếp song song lớn hơn có điện áp cao hơn và dung lượng lớn hơn, đồng thời khối lượng vật lý cũng lớn hơn. Ví dụ, bộ pin của một số xe điện có thể được cấu hình với tối đa 100 bộ mắc nối tiếp và hơn 50 bộ song song.

Pin xếp chồng lên nhau không có gì mới. Một bộ pin lithium-ion có thể sạc lại điển hình trong một máy tính xách tay thông thường bao gồm nhiều pin nối tiếp, nhưng do khối lượng của bộ pin lớn hơn, việc kiểm tra trở nên phức tạp hơn và có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể. Để hiệu suất của toàn bộ pin đạt mức tối ưu, mỗi pin phải gần giống với pin lân cận của nó. Các pin sẽ ảnh hưởng lẫn nhau, vì vậy nếu một pin trong bộ có dung lượng thấp, các pin khác trong bộ pin sẽ ở dưới trạng thái tối ưu, vì dung lượng của chúng sẽ bị suy giảm bởi hệ thống giám sát và cân bằng lại pin để phù hợp với hiệu suất thấp nhất. Ắc quy. Như câu nói, phân chuột làm hỏng nồi cháo.

Chu kỳ sạc-xả minh họa rõ hơn cách một pin có thể làm giảm hiệu suất của toàn bộ pin. Pin có dung lượng thấp nhất trong bộ pin sẽ giảm trạng thái sạc với tốc độ nhanh nhất, dẫn đến mức điện áp không an toàn và khiến toàn bộ bộ pin không còn khả năng xả. Khi bộ pin được sạc, pin có dung lượng thấp nhất sẽ được sạc đầy trước, và các pin còn lại sẽ không được sạc thêm. Đối với xe điện, điều này sẽ dẫn đến việc giảm tổng dung lượng hiệu quả của bộ pin có sẵn, do đó làm giảm phạm vi hoạt động của xe. Ngoài ra, sự xuống cấp của pin dung lượng thấp sẽ tăng tốc vì nó đạt điện áp quá cao vào cuối quá trình sạc và xả trước khi các biện pháp bảo vệ an toàn có hiệu lực.

Bất kể thiết bị đầu cuối nào, càng nhiều pin trong bộ pin xếp thành dãy và song song thì vấn đề càng nghiêm trọng. Giải pháp rõ ràng là đảm bảo rằng mỗi pin được sản xuất hoàn toàn giống nhau và kết hợp các pin giống nhau trong cùng một bộ pin. Tuy nhiên, do quy trình sản xuất vốn có sự khác biệt về trở kháng và dung lượng của pin, việc kiểm tra đã trở nên quan trọng – không chỉ để loại trừ các bộ phận bị lỗi mà còn để phân biệt loại pin nào giống nhau và loại pin nào được lắp vào. Ngoài ra, việc sạc và đường cong phóng điện của pin trong quá trình sản xuất có ảnh hưởng lớn đến các đặc tính của nó và luôn thay đổi.

Tại sao pin lithium-ion hiện đại lại mang đến những thách thức thử nghiệm mới?

Thử nghiệm pin không có gì mới, nhưng kể từ khi ra đời, pin lithium-ion đã tạo ra áp lực mới lên độ chính xác, thông lượng và mật độ bảng mạch của thiết bị thử nghiệm.

Pin Lithium-ion rất độc đáo vì chúng có khả năng lưu trữ năng lượng cực kỳ dày đặc. Nếu chúng được sạc và phóng điện không đúng cách, chúng có thể gây ra cháy nổ. Trong quá trình sản xuất và thử nghiệm, công nghệ lưu trữ năng lượng này đòi hỏi độ chính xác rất cao, và nhiều ứng dụng mới nổi càng làm trầm trọng thêm yêu cầu này. Về hình dạng, kích thước, dung lượng và thành phần hóa học, các loại pin lithium-ion đa dạng hơn. Ngược lại, chúng cũng sẽ ảnh hưởng đến thiết bị thử nghiệm, vì chúng cần đảm bảo tuân theo chính xác các đường cong nạp và xả để đạt được dung lượng lưu trữ và độ tin cậy tối đa. Và chất lượng.

Vì không có một kích thước phù hợp cho tất cả các loại pin, nên việc lựa chọn thiết bị thử nghiệm phù hợp và các nhà sản xuất khác nhau cho các loại pin lithium-ion khác nhau sẽ làm tăng chi phí thử nghiệm. Ngoài ra, đổi mới công nghiệp liên tục có nghĩa là đường cong sạc-xả luôn thay đổi được tối ưu hóa hơn nữa, làm cho máy kiểm tra pin trở thành một công cụ phát triển quan trọng cho công nghệ pin mới. Bất kể tính chất hóa học và cơ học của pin lithium-ion là gì, có vô số phương pháp sạc và xả trong quá trình sản xuất của chúng, điều này khiến các nhà sản xuất pin gây áp lực lên những người kiểm tra pin để yêu cầu chúng phải có các chức năng kiểm tra độc đáo.

Độ chính xác rõ ràng là một khả năng cần thiết. Nó không chỉ có nghĩa là khả năng giữ độ chính xác điều khiển dòng điện cao ở mức rất thấp, mà còn bao gồm khả năng chuyển đổi rất nhanh giữa các chế độ sạc và xả và giữa các mức dòng điện khác nhau. Những yêu cầu này không chỉ được thúc đẩy bởi nhu cầu sản xuất hàng loạt pin lithium-ion với các đặc tính và chất lượng phù hợp. Các nhà sản xuất pin cũng hy vọng sử dụng các quy trình và thiết bị thử nghiệm như những công cụ sáng tạo để tạo ra lợi thế cạnh tranh trên thị trường, chẳng hạn như điều chỉnh cách sạc. Thuật toán tăng dung lượng.

Mặc dù cần có nhiều loại thử nghiệm khác nhau đối với các loại pin khác nhau, những người thử nghiệm ngày nay được tối ưu hóa cho các kích thước pin cụ thể. Ví dụ, nếu bạn đang kiểm tra một pin lớn, bạn cần một dòng điện lớn hơn, điều này dẫn đến độ tự cảm lớn hơn và dây dẫn dày hơn và các đặc điểm khác. Vì vậy, có nhiều khía cạnh liên quan khi tạo một trình thử nghiệm có thể xử lý dòng điện cao. Tuy nhiên, nhiều nhà máy không chỉ sản xuất một loại pin. Họ có thể sản xuất một bộ pin lớn hoàn chỉnh cho khách hàng trong khi đáp ứng tất cả các yêu cầu thử nghiệm đối với những loại pin này hoặc họ có thể sản xuất một bộ pin nhỏ hơn với dòng điện nhỏ hơn cho khách hàng sử dụng điện thoại thông minh. .

Đây là lý do khiến chi phí thử nghiệm ngày càng tăng – thiết bị thử nghiệm pin được tối ưu hóa cho dòng điện. Các thiết bị thử nghiệm có thể xử lý dòng điện cao hơn thường lớn hơn và đắt hơn vì chúng không chỉ yêu cầu các tấm silicon lớn hơn mà còn các thành phần từ tính và hệ thống dây điện để đáp ứng các quy tắc di chuyển điện và giảm thiểu điện áp ký sinh trong hệ thống. Nhà máy cần chuẩn bị nhiều loại thiết bị kiểm tra bất cứ lúc nào để đáp ứng việc sản xuất và kiểm tra các loại ắc quy. Do các loại pin khác nhau do nhà máy sản xuất vào các thời điểm khác nhau, một số người thử nghiệm có thể không tương thích với những loại pin cụ thể này và có thể bị bỏ đi, điều này làm tăng thêm chi phí vì người thử nghiệm là một khoản đầu tư lớn.

Cho dù đó là đối với các nhà máy thông thường và mới nổi để sản xuất hàng loạt pin lithium-ion thông thường hay các nhà sản xuất pin muốn sử dụng quy trình thử nghiệm để đổi mới và tạo ra các sản phẩm pin mới, họ cần sử dụng thiết bị thử nghiệm linh hoạt để thích ứng với nhiều loại pin. Công suất và quy mô vật chất, do đó giảm đầu tư vốn và cải thiện lợi tức đầu tư của thiết bị thử nghiệm.

Khi cố gắng tối ưu hóa đúng cách một giải pháp thử nghiệm tích hợp duy nhất, có nhiều yêu cầu mâu thuẫn. Không có thuốc chữa bách bệnh cho tất cả các loại giải pháp kiểm tra pin lithium-ion, nhưng Texas Instruments (TI) đã đề xuất một thiết kế tham chiếu nhằm giảm thiểu sự đánh đổi giữa hiệu quả chi phí và độ chính xác.

Giải pháp kiểm tra độ chính xác cao, thích hợp cho các ứng dụng hiện đại

Các yêu cầu về kịch bản kiểm tra pin duy nhất sẽ luôn tồn tại và nó cần một giải pháp độc đáo không kém cho phù hợp. Tuy nhiên, đối với nhiều loại pin lithium, cho dù đó là pin điện thoại thông minh nhỏ hay pin lớn cho xe điện, đều có thể có một thiết bị kiểm tra hiệu quả về chi phí.

Để đạt được độ chính xác kiểm soát dòng điện sạc và xả quy mô đầy đủ theo yêu cầu của nhiều loại pin lithium-ion trên thị trường, thiết kế tham chiếu của máy kiểm tra pin mô-đun của Texas Instruments cho các ứng dụng 50-A, 100-A và 200-A 50-A Và sự kết hợp của thiết kế thử nghiệm pin 100-A để tạo ra một phiên bản mô-đun có thể đạt mức sạc và xả tối đa là 200-A. Sơ đồ khối của giải pháp này được thể hiện trong Hình 2.

Ví dụ: TI áp dụng vòng điều khiển dòng điện không đổi và điện áp không đổi cho thiết kế tham chiếu trình kiểm tra pin cho các ứng dụng dòng điện cao, hỗ trợ tốc độ sạc và xả lên đến 50A. Thiết kế tham chiếu này sử dụng bộ điều khiển dòng điện hai chiều đa pha LM5170-Q1 và bộ khuếch đại thiết bị INA188 để điều chỉnh chính xác dòng điện đi vào hoặc ra khỏi pin. INA188 thực hiện và giám sát vòng điều khiển dòng điện không đổi, và vì dòng điện có thể chảy theo một trong hai hướng, nên bộ ghép kênh SN74LV4053A có thể điều chỉnh đầu vào của INA188 cho phù hợp.

Giải pháp cụ thể này tạo ra một nền tảng có thể sửa đổi cho các ứng dụng yêu cầu dòng điện cao hơn hoặc đa pha bằng cách kết hợp một số công nghệ TI chính, thể hiện tính khả thi của việc xây dựng một giải pháp thử nghiệm hiệu quả về chi phí. Giải pháp linh hoạt và hướng tới tương lai này không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày nay mà còn dự đoán xu hướng tăng trưởng trong tương lai của pin ô tô, điều này sẽ sớm làm tăng nhu cầu về khả năng hiện tại của thiết bị thử nghiệm vượt quá 50A.

Tối đa hóa đầu tư thiết bị kiểm tra pin Lithium-ion

Thiết kế tham chiếu của máy kiểm tra pin mô-đun của Texas Instruments giải quyết các vấn đề về độ chính xác cao, dòng điện cao và tính linh hoạt của thiết bị kiểm tra pin lithium-ion. Thiết kế tham chiếu này bao gồm nhiều hình dạng, kích thước và dung lượng pin có sẵn và có thể ứng phó với các ứng dụng mới nổi, chẳng hạn như bộ pin lớn trong xe điện và nhà máy năng lượng mặt trời và pin cỡ nhỏ thường thấy trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh .

Thiết kế tham chiếu để kiểm tra pin lithium-ion cho phép bạn đầu tư vào thiết bị kiểm tra pin hiện tại thấp hơn và sử dụng chúng song song, loại bỏ nhu cầu đầu tư tốn kém vào nhiều kiến ​​trúc với các mức dòng điện khác nhau. Khả năng sử dụng thiết bị thử nghiệm trong nhiều phạm vi dòng điện khác nhau có thể tối ưu hóa việc đầu tư vào thiết bị thử nghiệm pin ở mức độ lớn nhất, giảm tổng chi phí và cung cấp tính linh hoạt để thích ứng với nhu cầu thay đổi của thử nghiệm pin lithium-ion.
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