ADI锂电池测试设备方案

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应用简介
        相对于其它化学电池，锂电池具有许多优势。例如，与镍氢电池或镍镉电池相比，锂电池更轻，没有记忆效应，并且自放电速率更慢。锂电池已被广泛用作智能手机和笔记本电脑等现代电子设备的充电电池。由于清洁能源要求，在电动汽车、电动工具和能量储存等高功率应用中，锂电池最近也颇受欢迎。
         
        随着锂电池的快速增长，制造过程中使用的测试设备也变得非常重要。锂电池测试设备的典型功能如下所示
         
        化成和分级：电池单元组装完成后，各单元必须经历至少一个精确控制的充放电循环以激活工作材料，将其转化成可用形式。电池供应商还可以利用此过程将电池单元分为不同的性能组别，以便根据可选规格进行销售，这称为“分级”。
         
        循环和特征测试：循环是指对电池单元和电池组进行多次充电和放电，以执行寿命和可靠性测试。特征是指详细地测量电池的技术特性。一般而言，两种测试均需要很长时间，通常会超过1天，而且仅在实验室对选择的一些电池样品进行测试。
         
        功能测试：在交付给最终客户之前，为确保每个电池单元和电池组能够正常工作，制造之后必须对每个电池进行功能测试。为了缩短测试时间，功能测试是一个简化的测试，只包括一些必要的项目。
       
        系统设计考虑和主要挑战
       
        测试时间是决定锂电池生产率的一个重要因素。锂电池单元的一般化成时间是2个小时到5个小时，由于单元内部的材料属性，此时间无法压缩。为了同时测试许多电池以提高产量，锂电池测试仪的通道数很高，最高达到1024个通道或更多。此外，锂电池容量越高，则所需的充电电流越大。这意味着锂电池测试系统的功耗可能非常高，因此，锂电池测试仪的第一个挑战是提高能源利用效率。最近，开关测试仪越来越多，它实现了比传统线性测试仪更高的效率。此外，高级电池测试设备已经实现了能源循环利用技术。
         
        锂电池测试仪的第二个挑战是对充放电循环进行更精确的控制。为了缩短充电时间，多数用户首先选择恒流(CC)充电模式，然后切换到恒压(CV)充电模式。这就要求精确控制恒流模式与恒压模式的转换，避免过冲(过充电)。此外，能源损耗产生的热量会引起漂移，影响系统的精度和安全性。
         
        锂电池测试仪的第三个挑战是降低测试成本，以便与其它种类的电池竞争。除了测试仪本身的成本以外，测试时间和能耗也是测试成本的重要组成部分。锂电池测试仪设计者需要使用某些先进的拓扑结构和技术来降低成本，同时不影响精度。
         
        充电或放电过程中，如果电池的温度超过额定值，电池寿命可能会缩短。最差情况下，过高的温度可能会导致电池破裂，甚至起火。鉴于这些原因，在充放电循环中，必须监测和控制锂电池单元的温度。
       
        ADI公司解决方案
         
        ADI解决方案的价值主张：
        1,一站式供应商，提供锂电池测试设备信号链所需的最齐全产品组合，像放大器、ADC、DAC、隔离器和处理器等。
        2,ADI产品的兼容性支持在多个平台之间移植设计，例如，引脚兼容的电平设置DAC提供多种不同的分辨率。
        3,片内集成优化信号链性能并使电路板空间和BOM成本最小，例如，仪表放大器和差动放大器集成高性能运算放大器和电阻，以实现出色的共模抑制比(CMRR)和漂移性能。
       
        4,丰富的设计资源，包括易于使用的仿真工具(ADIsimPower、DiffAmpCalc)、ADI中文技术论坛中的讨论区、完全填充的评估板等。
        5,Circuits from the Lab、 实验室电路是经过测试的参考电路，有助于加速设计，同时简化系统集成，帮助并解决当今模拟和混合信号设计挑战。基于网络的设计工具可以优化定制设计的性能。本文最后还提供了一些基于网络的设计示例。
         
        系统框图
        锂电池测试系统的高层次概貌如下所示。
       
        线性/开关充放电控制单元的详图如下所示。
       
         
        电源产生和管理的详图如下所示。