最近幾年，隨著電動汽車的發(fā)展，對鋰離子 (Li-ion) 電池的需求迅速增長，而且這種需求似乎不會很快放緩。

電動汽車和電網(wǎng)基礎設施等蓬勃發(fā)展的行業(yè)正在引領鋰離子電池的使用。隨著需求的增加，對高精度和高電流能力的電池測試和化成設備的需求也在增加。

在電池組裝過程之后，每個鋰離子電池都要經(jīng)過逐 漸充電，在此期間，它會形成固體電解質(zhì)膜 (SEI) 層，這對于鋰離子電池的長期功能至關重要。如果 此過程控制不當，電池可能會損耗多達 50% 的容 量。因此，測試設備必須能夠精確控制 SEI 層的厚 度，這可以將容量損耗降低到 5% 以下。

許多應用使用由多節(jié)電池以串聯(lián)和并聯(lián)配置連接而 成的電池組，以實現(xiàn)更高的輸出電壓和更大的能量 容量。專為電池組設計的測試電池增加了其自身的 復雜性，因為電池組中的所有電池不僅在尺寸和容 量上需要完全相同，而且在阻抗和使用壽命等參數(shù) 上也要完全相同。考慮到電池阻抗和容量的內(nèi)在過 程變化，測試變得至關重要，這不僅是要排除有缺陷的電池，而且還要挑選出相同的電池以組成電池 組。與所有大批量生產(chǎn)的東西一樣，總有一小部分 電池會被證明存在缺陷。 鋰離子電池的潛在爆炸特性及其能量存儲密度在測 試環(huán)境中進行充放電時需要較高的操作安全性。因 此，電池測試儀必須包括針對各種系統(tǒng)故障的保護 措施，進而提高整體設備的穩(wěn)健性和可靠性。

每個電池的性能和壽命都是在化成過程中確定的，電池測試和化成設備是為特定應用而設計的。低電流設備使用帶有集成開關場效應晶體管 (FET) 的轉(zhuǎn)換器進行充電和放電。中等電流設備使用帶有外部開關 FET 的單相控制器。大電流設備使用多相控制器，并且隨著電流容量的增加，相數(shù)（以及組件的尺寸和成本）也會增加。

TI的方案結(jié)合使用 50-A 和 100-A 電池測試設計來創(chuàng)建能夠達到 200-A 最大充電和放電水平的模塊化版本。此參考設計使我們能夠使用模塊化級別的設計來滿足不同級別的大電流電池測試儀需求。模塊化設計創(chuàng)造了使用多個并聯(lián)連接的低電流電池測試儀通道的選項，用于高電流應用，從而實現(xiàn)更大的靈活性并有助于節(jié)省成本。

該參考設計提供了模塊化電池測試解決方案，使用戶能夠使用一種設計在不同的電流水平下靈活地進行電池測試。該設計利用了 TIDA-01041 參考設計，通過提供兩個可獨立工作或并聯(lián)的 100A 電池測試儀，將最大電流輸出從 100A 提高至 200A。該設計說明了此解決方案的設計原理、器件選擇和優(yōu)化。

特性

（1）模塊化設計，可實現(xiàn)最大 200A 的充放電電流

（2）高精度校準控制，可實現(xiàn) 0.02% 的滿量程電流控制精度和 0.02% 的電壓控制精度

（3）具有 8V 至 16V 的輸入電壓（總線）和 0V 至 4.2V（最高 5V）的輸出負載（電池）

（4）多達四個 LM5170-Q1 多相雙向降壓/升壓集成控制器和驅(qū)動器，用于充放電

模塊化電池測試儀參考設計使用兩個用于多相高精度0.5到100A電池形成的電池測試儀器 ，每個最大可提供 100 A，或四個適用于高電流應用的電池測試儀板，每個板的最大電流為 50 A，并聯(lián)可實現(xiàn)最大 200 A 的電流，同時保持高精度。圖 1 顯示了具有兩個并聯(lián) 100-A 板的模塊化電池測試儀參考設計的靈活性。此配置中的電路板可提供高達 200 A 的最大電流，而不會犧牲精度。

圖 1：兩塊 100-A 板并聯(lián)的板圖

電池化成電池測試儀參考設計中的兩塊板并聯(lián)使用時，電流和電壓控制精度保持在 0.02% 或更低。電路板保持高精度水平，同時還將電流增加到 200 A。圖 2 顯示了在整個 200 A 范圍內(nèi)保持的電流控制精度水平。

圖 2：恒流降壓精度

校準系統(tǒng)時，單獨校準每塊板很重要。每塊板都有自己的控制回路，因此系統(tǒng)將通過分別處理每個控制回路來最大限度地提高其準確性。圖 3 顯示了系統(tǒng)中使用的每塊板的校準誤差。由于我們可以單獨或并行使用每個板，因此我們必須對系統(tǒng)使用單獨的校準。

圖 3：用于恒流校準的兩塊板配置

適用于 50 A、100 A 和 200 A 應用的模塊化電池測試儀展示了高精度、高電流和靈活性，這是電池測試設備的關鍵考慮因素。通過這種設計，我們可以投資購買更低電流的電池測試設備，并能夠并行使用這些設備，而不是針對不同的電流水平投資于不同的架構(gòu)。我們現(xiàn)在可以將測試設備用于一系列電流，而不是將大電流設備用于小電流應用，而將小電流設備用于大電流應用，從而實現(xiàn)更大的靈活性并幫助節(jié)省成本。