單體大容量磷酸鐵鋰電池,電能大量儲存的最佳選擇
多樣化用途能源管理系統,電能高效利用的最好幫手
專業富經驗電池模組設計,設備電器製造的最適夥伴
從源頭掌控電動汽車鋰電池的精准與安全
在鋰電池生產環節中,評定電池容量和性能是其中一個非常重要的環節。從主要用於手機、攝像機、混合動力汽車中的低容量(《 10A),到用於電腦、電動摩托車、電動汽車的中容量(10A-30A),再到用於電動汽車(30A-120A)的高容量鋰離子電池,無一例外,都需要進行測試才能出廠使用。
  根據ADI公司亞太區精密儀器業務部系統應用工程師李強的介紹,目前業界最常見的做法是對小容量電池採用線性測試設備進行測試,儘管效率低下,精准度也不高,但還是可以接受的。但如果把這種測試設備也同樣用於高容量電池測試,那就會在充電階段消耗大量功率,導致效率低下,而且會給設備硬體設計帶來相當嚴重的熱問題。
  為此,ADI在專為低、中、高三種容量鋰電池分容化成設備制定的AD8450/1精密模擬前端與控制器以及ADP1972降壓/升壓PWM控制器中,摒棄了以往將電池能量放電至阻性負載的線性架構,轉而通過使用PWM控制器提供電流,並將其引導回電網或對其他電池充電,實現了高效環保的目的。
測試數據顯示,充電模式下,在當電壓為3.5V時,20A的效率值為88%,10A的效率值為90%;而在放電模式下,在當電壓為3V時,20A的效率值為89%,10A的效率值為92%。除了效率,鋰電池企業更關心的是成本和可靠性。李強說,市場上鋰電池測試方案也有分立器件組合方案,可能會用到十個以上的器件。
而ADI這套解決方案只用到了AD8450/1和ADP1972兩顆晶片,高度集成,設計尺寸大大減小。並且通過將開關頻率提高到 300KHz、在多個通道間共用成本更低的高精度DAC和ADC、在通道間加入相移同步可減少輸入濾波等做法,降低了總系統成本。同時,ADI還為用戶提供設計工具和全部參考設計,最大程度降低開發成本和設計難度,縮短開發週期。
  如何實現多個通道間共用DAC和ADC?
  上圖包含兩種功能:一是對電池充電,二是對電池放電,這由AD8450/1和ADP1972的模式信號決定。每個功能有兩種模式:恒流(CC)模式和恒壓(CV)模式。兩個DAC通道控制CC和CV設定點。CC設定點決定充電和放電兩個功能的CC模式下環路中有多少電流。CV設定點決定環路從CC進入 CV時的電池電位,同樣適用於充電和放電兩個功能。
精密模擬前端和控制器AD8450/1利用內部差動放大器PGDA測量電池電壓,並利用內部儀錶放大器PGIA和外部分流電阻(RS)測量電池上的電流。然後,它通過內部誤差放大器和外部補償網路(用於確定環路功能是CC還是CV),將該電流和電壓與DAC設定點相比較。
在該模組之後,誤差放大器的輸出進入PWM控制器ADP1972,以確定MOSFET功率級的占空比。最後是構成完整環路的電感和電容。本部分的說明針對充電和放電兩個功能,因為ADP1972是降壓和升壓PWM控制器。

  本方案中,ADC獲得環路電壓和電流的讀數,但它不是控制環路的一部分。掃描速率與控制環路的性能無關,因此一個ADC就能測量多通道系統中大量通道的電流和電壓。DAC也是如此,因而可以使用低成本DAC來設置多個通道。此外,單個處理器只需控制CV和CC設定點、工作模式及管理功能,因而它可以與許多通道介面。


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