随着锂离子电池在无人机、电动汽车 (EV) 和太阳能存储中的应用越来越多，电池制造商也在利用现代技术和化学成分来突破电池测试和制造能力的极限。

如今，每块电池的性能和寿命，无论大小，都是在制造过程中决定的，测试设备是针对特定的电池而设计的。 然而，由于锂离子电池市场涵盖所有形状和容量，因此很难创建能够以所需的准确度和精度处理不同容量、电流和物理形状的单一集成测试仪。

针对锂离子电池日益多样化的需求，我们迫切需要高性能、灵活的测试解决方案，以最大限度地权衡利弊，实现成本效益。

锂离子电池复杂多样

如今，锂离子电池有多种尺寸、电压和应用范围，但这项技术在首次投放市场时并未实现。 锂离子电池最初是为相对较小的设备而设计的，例如笔记本电脑、手机和其他便携式电子设备。 现在，它们的尺寸要大得多，例如电动汽车和太阳能电池存储。 这意味着更大的串并联电池组具有更高的电压和更大的容量，物理体积也更大。 例如，一些电动汽车的电池组最多可以配置100个串联，50多个并联。

堆叠电池并不是什么新鲜事。 普通笔记本电脑中典型的可充电锂离子电池组由多个电池串联组成，但由于电池组体积较大，测试变得更加复杂，可能会影响整体性能。 为了使整个电池组的性能达到最佳水平，每个电池必须与其相邻的电池几乎相同。 电池会相互影响，所以如果串联的电池容量低，电池组中的其他电池将低于最佳状态，因为它们的容量会被电池监控和再平衡系统降低以匹配最低性能电池。 俗话说，老鼠屎坏了一锅粥。

充放电循环进一步说明了单个电池如何降低整个电池组的性能。 电池组中容量最低的电池会以最快的速度降低其荷电状态，造成不安全的电压电平，导致整个电池组不再放电。 电池组充电时，容量最低的电池会先充满电，剩余的电池不会再充电。 在电动汽车中，这将导致有效的整体可用电池组容量减少，从而减少车辆的续航里程。 此外，低容量电池在安全保护措施未生效之前，在充放电结束时就达到了过高的电压，会加速劣化。

无论终端设备如何，电池组中的电池串并联堆叠越多，问题就越严重。 显而易见的解决方案是确保每个电池的制作完全相同，并将相同的电池组合在同一个电池组中。 然而，由于电池阻抗和容量的固有制造工艺差异，测试变得至关重要——不仅要排除有缺陷的部件，还要区分哪些电池是相同的，放入哪些电池组。此外，充电和电池在生产过程中的放电曲线对其特性影响很大，并且是不断变化的。

为什么现代锂离子电池带来新的测试挑战？

电池测试并不是什么新鲜事，但自从问世以来，锂离子电池给测试设备的准确性、吞吐量和电路板密度带来了新的压力。

锂离子电池是独一无二的，因为它们具有极其密集的能量存储能力。 如果充电和放电不当，可能会引起火灾和爆炸。 在制造和测试过程中，这种储能技术需要非常高的精度，许多新兴应用进一步加剧了这一要求。 从形状、尺寸、容量和化学成分来看，锂离子电池的种类更为广泛。 相反，它们也会影响测试设备，因为它们需要确保准确遵循正确的充电和放电曲线，以实现最大的存储容量和可靠性。 和质量。

由于没有一种尺寸适合所有电池，为不同的锂离子电池选择合适的测试设备和不同的制造商会增加测试成本。 此外，不断的产业创新意味着不断变化的充放电曲线得到进一步优化，使电池测试仪成为新电池技术的重要开发工具。 不管锂离子电池的化学和机械性能如何，在其制造过程中充放电方法数不胜数，这使得电池制造商对电池测试人员施加压力，要求他们具有独特的测试功能。

准确性显然是一种必要的能力。 它不仅意味着能够将高电流控制精度保持在非常低的水平，还包括能够在充电和放电模式之间以及不同电流水平之间非常快速地切换。 这些要求不仅是因为需要大量生产具有一致特性和质量的锂离子电池。 电池制造商也希望使用测试程序和设备作为创新工具，在市场上创造竞争优势，例如修改充电。 增加容量的算法。

尽管不同类型的电池需要进行各种测试，但今天的测试仪针对特定的电池尺寸进行了优化。 例如，如果您正在测试大型电池，则需要更大的电流，这会转化为更大的电感和更粗的电线等特性。 因此，在创建可以处理高电流的测试仪时，涉及许多方面。 然而，许多工厂不仅仅生产一种电池。 他们可能会为客户生产一套完整的大电池，同时满足这些电池的所有测试要求，或者他们可能会为智能手机客户生产一套电流较小的较小电池。 .

这就是测试成本上升的原因——电池测试仪针对电流进行了优化。 能够处理更高电流的测试仪通常更大且更昂贵，因为它们不仅需要更大的硅晶片，还需要磁性元件和布线以满足电迁移规则并最大限度地减少系统中的寄生电压降。 工厂需要随时准备各种测试设备，以满足各类电池的生产和检验。 由于工厂在不同时期生产的电池类型不同，一些测试仪可能与这些特定的电池不兼容，可能会被闲置，这进一步增加了成本，因为测试仪是一项大投资。

无论是对于普通和新兴工厂批量生产普通锂离子电池，还是希望利用测试工艺创新和创造新电池产品的电池制造商，都需要使用灵活的测试设备来适应更广泛的电池。 容量和物理尺寸，从而减少资本投资，提高测试设备的投资回报率。

在尝试正确优化单个集成测试解决方案时，存在许多相互冲突的需求。 没有适用于所有类型锂离子电池测试解决方案的灵丹妙药，但德州仪器 (TI) 提出了一种参考设计，可最大限度地降低成本效益和准确性之间的权衡。

高精度测试方案，适合大电流应用

独特的电池测试场景需求将始终存在，因此需要同样独特的解决方案。 但是，对于锂电池的种类很多，无论是智能手机的小电池，还是电动车的大电池组，都可以找到性价比高的测试设备。

为了实现市场上许多锂离子电池所需的精确、满量程的充电和放电电流控制精度，德州仪器 (TI) 用于 50-A、100-A 和 200-A 应用的模块化电池测试仪参考设计使用50-A 和 100-A 电池测试设计相结合，打造模块化版本，最高可达到 200-A 充放电水平。 该解决方案的框图如图 2 所示。

例如，TI 针对大电流应用的电池测试仪参考设计采用恒流恒压控制回路，支持高达 50A 的充放电速率。 此参考设计使用 LM5170-Q1 多相双向电流控制器和 INA188 仪表放大器来精确调节流入或流出电池的电流。 INA188 实现并监控恒流控制环路，并且由于电流可以在任一方向流动，SN74LV4053A 多路复用器可以相应地调整 INA188 的输入。

该特定解决方案通过结合多种 TI 关键技术，为需要更高电流或多相的应用创建了一个可修改的平台，证明了构建经济高效的测试解决方案的可行性。 这种灵活且具有前瞻性的解决方案不仅满足了当今的需求，而且预测了未来汽车电池的增长趋势，这将很快增加对测试仪电流能力超过50A的需求。

锂离子电池检测设备投资最大化

德州仪器的模块化电池测试仪参考设计解决了锂离子电池测试设备的高精度、大电流和灵活性问题。 此参考设计涵盖多种可用的电池形状、尺寸和容量，可应对新兴应用，例如电动汽车和太阳能发电厂中的大型电池组，以及智能手机等消费电子产品中常见的小型电池.

用于锂离子电池测试的参考设计使您能够投资较低电流的电池测试设备并并行使用它们，从而无需在具有不同电流水平的多个架构中进行昂贵的投资。 能够在多种电流范围内使用测试设备，可以最大程度地优化电池测试设备的投资，降低总成本，并提供灵活性以适应锂离子电池测试不断变化的需求。
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