【導(dǎo)讀】隨著電動汽車、個人電子產(chǎn)品和電網(wǎng)系統(tǒng)的日益普及，人們對鋰離子（Li-ion）電池的需求正以指數(shù)級增長。隨著消費者需求的增長，對高精度電池化成測試能力的需求也在增長。
電池化成測試需要多個充電和放電周期; 為了最大限度延長電池壽命并擴大存儲容量，此過程中必須實現(xiàn)高精度控制。在每個周期中，電池的電流和電壓必須得到精確控制，許多制造商要求滿量程控制精度超過0.05％。然而，隨著對電池電流要求的增加，保持如此高的精確度變得越來越困難。
TI適用于高電流應(yīng)用的電池測試儀參考設(shè)計利用恒定電流（CC）和恒定電壓（CV）校準環(huán)路實現(xiàn)0.01％滿量程充電和放電電流控制精度。它支持高達50A的充電和放電速率，并針對需要更高電流或多相的應(yīng)用提供可修改的平臺。例如，目前的汽車電池規(guī)格正在急劇增長，甚至可能需要超過50A的電流。
如圖1所示，參考設(shè)計采用LM5170-Q1，可調(diào)節(jié)流入或流出電池的電流。INA188實現(xiàn)并監(jiān)控CC控制環(huán)路，由于電流可向任一方向流動，SN74LV4053A多路復(fù)用器可對INA188輸入作相應(yīng)調(diào)整。將檢測到的電流與DAC80004數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）產(chǎn)生的精密基準進行比較，并將這兩個信號饋入由TLV07實現(xiàn)的誤差放大器（EA）。EA的輸出反饋到LM5170的ISETA模擬電流編程引腳，該引腳將流經(jīng)電流檢測電阻的電流調(diào)節(jié)為電流參考信號。
圖 1：電池測試儀參考設(shè)計方框圖
CV控制回路以類似的原理工作。ADS131A04模數(shù)轉(zhuǎn)換器（24位、128kSPS、4-Ch同時采樣Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）監(jiān)控電池電壓和電流，并由DAC80004為CV控制回路設(shè)置高精度電壓基準。ADC監(jiān)控電池的電壓和電流，并提供簡單的圖形用戶界面（GUI）以便查看電池的狀態(tài)。DAC還提供GUI以設(shè)置不同應(yīng)用的參考信號。
許多因素都會影響系統(tǒng)精度，包括溫度漂移、電壓漂移和偏移電壓。電池測試儀參考設(shè)計使用三點校準來計算不同的影響來源或任何錯誤。圖2顯示了在寬電流范圍內(nèi)實現(xiàn)的滿量程精度。該系統(tǒng)在電池充電時以降壓模式運行，放電時以升壓模式運行。
圖 2：電流控制精度
通電后，由于電池電壓低，CV控制回路向電池輸出高電壓。該輸出信號導(dǎo)致CC環(huán)路優(yōu)先控制系統(tǒng)。隨著電池電壓的升高，當系統(tǒng)達到參考電壓電平時，系統(tǒng)逐漸由CC控制轉(zhuǎn)換到CV控制。
圖3顯示了在降壓模式下工作時校準系統(tǒng)的電壓控制精度。
圖 3：降壓模式下的電壓控制精度
圖4顯示了在不同電流條件下，具有相同電壓設(shè)置的轉(zhuǎn)換曲線。在不同的條件下，圖4中的轉(zhuǎn)換點是不同的，因為功率傳輸路徑上的電壓降會隨著電流設(shè)置的增加而增加。圖5顯示了在不同電壓條件下，具有相同電流設(shè)置的轉(zhuǎn)換曲線。這兩條曲線顯示了從CC到CV的平滑過渡，表明控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
圖 4：具有不同電流的CC / CV轉(zhuǎn)換
圖 5：具有不同電壓的CC / CV轉(zhuǎn)換
該參考設(shè)計展示了如何利用CC和CV校準環(huán)路來實現(xiàn)0.01％滿量程充放電電流控制精度，而且支持高達50A的充放電速率。有關(guān)更多詳細信息，請參閱參考設(shè)計的工具文件夾。
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適用于高電流應(yīng)用的電池測試儀參考設(shè)計
德州儀器TIDA-01040
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作者：德州儀器Sean Zhou
