隨著鋰離子電池在無(wú)人機(jī)、電動(dòng)汽車(EV)和太陽(yáng)能儲(chǔ)能等范疇的使用日益增多，電池制造商也在利用現(xiàn)代技術(shù)和化學(xué)成分來(lái)推動(dòng)電池探測(cè)和制造能力的極限。

圖1：為現(xiàn)代電動(dòng)汽車供應(yīng)動(dòng)力的電池

如今，每一塊電池?zé)o論大小，性能和壽命都是在制造過(guò)程中決定的，探測(cè)設(shè)備都是針對(duì)特定電池設(shè)計(jì)的。然而，由于鋰離子電池市場(chǎng)涵蓋了所有的形狀和容量，因此很難創(chuàng)建一種單個(gè)、集成的探測(cè)儀，可以解決不同的容量、電流和物理形狀，并具有所需的準(zhǔn)確度和精度。

鑒于對(duì)鋰離子電池的需求越來(lái)越多樣化，因此我們急切要高性能、靈活的探測(cè)處理辦法，從而最大限度地權(quán)衡利弊并實(shí)現(xiàn)成本效益。

鋰離子電池復(fù)雜多樣

如今，鋰離子電池具有多種尺寸、電壓和使用范圍，而這項(xiàng)技術(shù)剛投入市場(chǎng)時(shí)并未實(shí)現(xiàn)。鋰離子電池最初設(shè)計(jì)用于相對(duì)較小的設(shè)備，如筆記本電腦、手機(jī)和其他便攜式電子設(shè)備等。今朝，它們的外形尺寸大了很多，如電動(dòng)汽車和太陽(yáng)能電池存儲(chǔ)。這意味著更大的串并聯(lián)電池包具有更高的電壓和更大的容量，物理體積也更大。例如，一些電動(dòng)汽車的電池包可以配置多達(dá)100個(gè)串聯(lián)和超過(guò)50個(gè)并聯(lián)配置。

堆疊電池并不有什么新事物，一般筆記本電腦中的典型可充電鋰離子電池包由多個(gè)電池串聯(lián)，但由于電池包體積更大，探測(cè)變得更加復(fù)雜，可能會(huì)影響整體性能。為了使整個(gè)電池包的性能達(dá)到最佳水平，每塊電池非得與其相鄰電池幾乎相同。電池會(huì)相互影響，因此倘若某一系列中的一塊電池容量較低，電池包中的其他電池都將低于最佳狀態(tài)，因?yàn)樗鼈兊娜萘繒?huì)被電池監(jiān)測(cè)和再平衡系統(tǒng)降級(jí)，以匹配性能最低的電池。正所謂一顆老鼠屎壞了一鍋粥。

充放電循環(huán)進(jìn)一步說(shuō)明了單塊電池要怎么樣降低整個(gè)電池包的性能。電池包中容量最低的電池將以最快的速度降低其充電狀態(tài)，導(dǎo)致電壓水平不安全，導(dǎo)致整個(gè)電池包無(wú)法再放電。等到電池包充電時(shí)，容量最低的電池會(huì)先洋溢電，其余的電池不會(huì)進(jìn)一步充電。在電動(dòng)汽車中，這會(huì)導(dǎo)致有效的整體可用電池包容量減少，從而降低車輛的續(xù)航里程。此外，低容量電池的退化也會(huì)加速，因?yàn)樵诎踩Ｗo(hù)措施起效前，它就在充電和放電結(jié)束時(shí)達(dá)到了過(guò)高的電壓。

無(wú)論是何種終端設(shè)備，電池包中的電池以串聯(lián)和并聯(lián)方式堆疊得越多，問(wèn)題就越嚴(yán)重。顯而易見(jiàn)的處理辦法是確保每塊電池的制造完全相同，并將相同的電池包合在同一個(gè)電池包中。但是，由于電池阻抗和容量固有的制造工藝差異化，探測(cè)變得至關(guān)緊要——不僅要排除有缺陷的部件，而且要分清什么電池相同，要放在什么電池包中。除此之外，電池在制作過(guò)程中的充放電曲線對(duì)其特性有很大的影響，并且是不斷變化的。

為甚么現(xiàn)代鋰離子電池帶來(lái)了新的探測(cè)挑戰(zhàn)？

電池探測(cè)并非什么新事物，但自從其問(wèn)世以來(lái)，鋰離子電池給探測(cè)設(shè)備的精度、加工量和電路板密度帶來(lái)了新的壓力。

鋰離子電池十分神奇，因?yàn)樗鼈兙哂袠O為密集的儲(chǔ)能容量，倘若充電和放電不當(dāng)，可能會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。在制造和探測(cè)過(guò)程中，這種儲(chǔ)能技術(shù)要求非常高的精度，而許多新興使用進(jìn)一步加劇了這一要求。就形狀、尺寸、容量和化學(xué)成分而言，鋰離子電池的種類更為廣泛，反之其也會(huì)影響探測(cè)設(shè)備，因?yàn)樗鼈円_保準(zhǔn)確遵循正確的充放電曲線，從而達(dá)到最大的存儲(chǔ)容量、可靠性和質(zhì)量。

由于并沒(méi)有一種尺寸適合所有的電池，因此為不同的鋰離子電池選擇適宜的探測(cè)設(shè)備和不同的制造商會(huì)新增探測(cè)成本。此外，不斷的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新意味著不斷變化的充放電曲線進(jìn)一步優(yōu)化，使電池探測(cè)儀成為新電池技術(shù)的緊要發(fā)展工具。不管鋰離子電池的化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)要怎么樣，在其制造過(guò)程中有無(wú)數(shù)種充放電辦法，這使得電池制造商向電池探測(cè)儀施加壓力，要求它們具備神奇的探測(cè)功能。

精度顯然是一項(xiàng)必備能力，它不僅僅意味著能夠?qū)⒋箅娏骺刂凭缺３衷诜浅５偷乃剑€包括在充電和放電模式之間以及在不同電流水平之間非常快速切換的能力。這些要求的出現(xiàn)不僅僅是因?yàn)橐罅考庸ぞ哂幸恢绿匦院唾|(zhì)量的鋰離子電池所驅(qū)動(dòng)，電池制造商還希望將探測(cè)過(guò)程和設(shè)備用作為創(chuàng)新工具，使其在市場(chǎng)上創(chuàng)造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)點(diǎn)，例如修改充電算法以提高容量。

盡管對(duì)不同類型的電池要進(jìn)行各種各樣的探測(cè)，但如今的探測(cè)儀針對(duì)特定的電池尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。例如，倘若探測(cè)的是大型電池，那么就要較大的電流，這會(huì)轉(zhuǎn)化為更大的電感和更粗的電線以及其他特性。所以在創(chuàng)建一個(gè)能夠解決高電流的探測(cè)儀時(shí)會(huì)涉及許多方面。然而，許多廠并不只加工一種電池，它們可能會(huì)為一個(gè)客戶加工一整套大型電池，同時(shí)滿足這些電池所需的所有探測(cè)要求，也可能為一個(gè)智能手機(jī)客戶加工一套更小電流的小型電池。

這就是探測(cè)成本上升的原由——電池探測(cè)儀針對(duì)電流進(jìn)行了優(yōu)化。能夠解決更高電流的探測(cè)儀通常更大、更昂貴，因?yàn)樗鼈儾粌H要更大的硅片，還要磁性元件和布線，以滿足電遷移規(guī)矩并且最大限度地降低系統(tǒng)中的寄生壓降。廠要隨時(shí)準(zhǔn)備各種探測(cè)設(shè)備，來(lái)滿足加工與檢驗(yàn)各種類型的電池。由于廠在不同時(shí)間加工的電池類型不同，一些探測(cè)儀可能與這些特定電池不兼容，并且可能閑置，這進(jìn)一步新增了成本，因?yàn)樘綔y(cè)儀是一項(xiàng)大型投資。

無(wú)論是針對(duì)當(dāng)今常見(jiàn)的和新興的用于批量加工一般鋰離子電池的廠，還是希望利用探測(cè)過(guò)程創(chuàng)新和創(chuàng)造新電池產(chǎn)品的電池制造商，都要使用靈活的探測(cè)設(shè)備，以適應(yīng)更廣泛的電池容量和物理尺寸，從而降低資金投入，并提探測(cè)設(shè)備投資回報(bào)率。

在試圖適當(dāng)優(yōu)化單個(gè)集成探測(cè)處理辦法時(shí)，存在許多沖突的需求。目前還沒(méi)有處理所有種類鋰離子電池探測(cè)辦法的靈丹妙藥，但德州儀器（TI）已經(jīng)提出了一種參考設(shè)計(jì)，將成本效益和精度之間的權(quán)衡降到了最低。

高精度探測(cè)處理辦法，適用于大電流使用

神奇的電池探測(cè)場(chǎng)景需求總是會(huì)存在，而它對(duì)應(yīng)地也要一個(gè)同樣神奇的處理辦法。不過(guò)有關(guān)很多類型的鋰離子電池來(lái)講，無(wú)論是小型智能手機(jī)電池還是電動(dòng)汽車的大型電池包，是可以有一個(gè)高性價(jià)比的探測(cè)設(shè)備的。

為了達(dá)到市場(chǎng)上許多鋰離子電池所需的精確、滿量程充放電電流控制精度，德州儀器的用于50-A、100-A和200-A使用的模塊化電池探測(cè)儀參考設(shè)計(jì)使用50-A和100-A電池探測(cè)設(shè)計(jì)的組合，來(lái)創(chuàng)建一個(gè)能夠達(dá)到200-A最大充放電水平的模塊化版本。此處理辦法的框圖如圖2所示。

圖2：德州儀器電池探測(cè)儀處理辦法

例如，TI針對(duì)用于高電流使用的電池探測(cè)儀參考設(shè)計(jì)采用恒流恒壓控制環(huán)路，支持高達(dá)50A的充放電速率。此參考設(shè)計(jì)利用LM5170-Q1多相雙向電流控制器和INA188儀表放大器精確調(diào)節(jié)流入或流出電池的電流。INA188實(shí)現(xiàn)并監(jiān)控恒流控制回路，而且由于電流可能往任一方向流動(dòng)，SN74LV4053A多路復(fù)用器可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)INA188的輸入。

此特定辦法通過(guò)將幾個(gè)關(guān)鍵的TI技術(shù)結(jié)合在一起，為要更高電流或多相的使用創(chuàng)建了一個(gè)可修改的平臺(tái)，展示了構(gòu)建一個(gè)具有成本效益的探測(cè)處理辦法的可行性。這一靈活、具有前瞻性的處理辦法不僅滿足了當(dāng)今的需求，而且預(yù)測(cè)了將來(lái)汽車電池的上升趨勢(shì)，這將很快新增對(duì)探測(cè)儀電流能力超過(guò)50A的需求。

鋰離子電池探測(cè)設(shè)備投資最大化

德州儀器的模塊化電池探測(cè)儀參考設(shè)計(jì)處理了鋰離子電池探測(cè)設(shè)備的高精度、大電流和靈活性問(wèn)題。此參考設(shè)計(jì)涵蓋了各種可用的電池形狀、尺寸和容量，能夠應(yīng)對(duì)新興使用，如電動(dòng)汽車和太陽(yáng)能發(fā)電廠的大型電池包以及智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中常見(jiàn)的小尺寸電池。

鋰離子電池探測(cè)的參考設(shè)計(jì)使您能夠投資較低電流的電池探測(cè)設(shè)備并能夠并聯(lián)使用，從而不要在不同電流水平的多個(gè)架構(gòu)中進(jìn)行昂貴的投資。能夠在各種電流范圍內(nèi)使用探測(cè)設(shè)備，可以最大程度地優(yōu)化對(duì)電池探測(cè)設(shè)備的投資，降低總成本，并為適應(yīng)不斷變化的鋰離子電池探測(cè)需求供應(yīng)靈活性。