如圖1所示，鋰離子(Li-Ion)制造是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過(guò)程。前三個(gè)階段準(zhǔn)備必要的材料（電極、電解質(zhì)、分離器等），并將它們組裝成電池。最后一個(gè)階段激活電池，使電池能夠執(zhí)行電氣功能。這個(gè)激活過(guò)程稱(chēng)之為電池化成。這種分級(jí)過(guò)程可以確保電池的一致性。低存儲(chǔ)容量（低于5A）鋰離子電池被廣泛用于各種便攜式設(shè)備，例如筆記本電腦和手機(jī)。對(duì)這些電池而言，生產(chǎn)成本問(wèn)題比生產(chǎn)效率更為重要。同時(shí)，汽車(chē)蓄電池的總?cè)萘縿t要高得多，一般都是幾百安培，這是通過(guò)上千個(gè)小型電池單元或幾個(gè)高容量電池來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于這種類(lèi)型的應(yīng)用，電池的一致性更為重要，因此分級(jí)過(guò)程（提高電池的一致性）至關(guān)重要。與此同時(shí)，作為電池制造過(guò)程中化成成本的一部分，功率效率變得尤為重要。如果這些環(huán)保汽車(chē)使用的電池卻是以浪費(fèi)大量能源的方式生產(chǎn)出來(lái)的，那將是極大的諷刺。

 

圖1. 鋰離子電池制造過(guò)程。

 

目前可以使用集成精密模擬前端和降壓-升壓PWM控制器的單硅芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量、更高效的電池化成/分級(jí)過(guò)程。此解決方案的精度優(yōu)于0.02%，功效比高于90%。此外，在電池化成和分級(jí)期間，釋放的能量可以被其他電池制造流程循環(huán)利用。很多現(xiàn)有系統(tǒng)會(huì)將電池放電至阻性負(fù)載。有些客戶將此能量用作樓宇供暖或直接把熱空氣排出至室外。盡管將電池放電至阻性負(fù)載是最簡(jiǎn)單的電池放電方式，但是當(dāng)大量電池需要經(jīng)歷充放電循環(huán)時(shí)，成本就會(huì)快速增加。我們所提議的系統(tǒng)具有高單通道效率，但其真正的價(jià)值在于，這種系統(tǒng)只需增加少量復(fù)雜性，即可收回電池放電時(shí)釋放的能量。這種架構(gòu)可以節(jié)省超過(guò)40%的能量。

 

簡(jiǎn)言之，基于AD8452的單芯片解決方案使電池化成/分級(jí)過(guò)程具備以下特性：

 

● 降低電池成本

● 能量回收利用

● 高功效比

● 高測(cè)試精度

 

鋰離子電池制造概述

 

圖1顯示鋰離子電池制造過(guò)程。下線調(diào)理步驟中的電池化成和測(cè)試不僅是工藝瓶頸，還會(huì)對(duì)電池壽命、品質(zhì)和成本產(chǎn)生極大影響。

 

電池化成是對(duì)電池進(jìn)行初始充放電操作的過(guò)程。在這個(gè)階段，將在電極上，主要是在陽(yáng)極上形成特殊的電化學(xué)固體電解質(zhì)界面層(SEI)。這個(gè)界面層對(duì)許多不同的因素都很敏感，在電池的整個(gè)使用壽命期間對(duì)電池的性能有很大的影響。根據(jù)電池的化學(xué)性質(zhì)，電池化成可能需要許多天。在化成時(shí)使用 0.1C(C表示電池容量)電流是很典型的做法，需花費(fèi)20小時(shí)完成完整的充放電周期，占總電池成本的20%至30%。

 

電氣測(cè)試可使用1C電流充電、0.5C電流放電，但每個(gè)周期依然需要花大約三小時(shí)。典型的測(cè)試序列要求執(zhí)行多個(gè)周期。電池化成/分級(jí)和其他電氣測(cè)試具有嚴(yán)格的精度規(guī)格，電流和電壓控制在額定溫度范圍的±0.02%以?xún)?nèi)。分級(jí)過(guò)程會(huì)使電池的電化學(xué)性能穩(wěn)定下來(lái)。根據(jù)這一階段記錄的數(shù)據(jù)，具有相似電化學(xué)行為的電池將被分到一個(gè)模塊和/或電池組。通過(guò)這種方式，最大限度使電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)達(dá)到一致。測(cè)量和控制精度將決定數(shù)據(jù)記錄的質(zhì)量，因此對(duì)整個(gè)電池電力系統(tǒng)的性能有著不可忽視的影響。

 

AD8452 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

 

● 具有透明和自動(dòng)切換特性的 CC 和 CV 電池測(cè)試和化成模式，適用于 20 Ah 或以下的系統(tǒng)

● 精確測(cè)量電壓和電流

● 獨(dú)立的反饋控制塊

● 經(jīng)過(guò)工廠微調(diào)的高精度儀器儀表和差分放大器

● 電流感應(yīng)儀器放大器增益：66 V/V

● 電壓感應(yīng)差分放大器增益：0.4 V/V

● 不同溫度下的穩(wěn)定性：失調(diào)電壓漂移 <0.6 μV/°C（最小值）

● 增益漂移：<3 ppm/°C（最大值）

● 電流感應(yīng) CMRR：120 dB（最小值）

● 常見(jiàn) SMPS 控制，用于充電/放電

● 內(nèi)部斜坡電壓具有高 PWM 線性度

● 50 kHz 至 300 kHz 用戶控制的開(kāi)關(guān)頻率

● 同步輸出或輸入，相移可調(diào)

● 可編程軟啟動(dòng)

 

汽車(chē)電池制造面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是功效比。效率在充電時(shí)也必須保持在較高水平，并且如果可能的話應(yīng)當(dāng)在放電時(shí)進(jìn)行能源的再循環(huán)。這不僅有助于遵守環(huán)保政策，還可以節(jié)省大規(guī)模電池制造的成本。隨著如今電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的興起，大規(guī)模電池制造日益普及。

 

此單硅芯片解決方案將精密模擬前端和降壓-升壓PWM控制器集成在一個(gè)封裝中，以解決上述挑戰(zhàn)。內(nèi)部薄膜匹配電阻幫助確保準(zhǔn)確可靠的電流信號(hào)傳感。精心設(shè)計(jì)的模擬控制環(huán)路與PWM控制電路相互配合，以實(shí)現(xiàn)可能最優(yōu)化的充放電操作。由此實(shí)現(xiàn)的高性能可以減輕系統(tǒng)定期校準(zhǔn)和維護(hù)的工作強(qiáng)度，獲得高功率轉(zhuǎn)換和回收效率。這兩者都有助于控制從材料到制造和維護(hù)的整個(gè)過(guò)程的成本。

 

電池化成和測(cè)試系統(tǒng)拓?fù)?/div>