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精密模拟控制器助力解决可充电电池制造瓶颈问题

上网日期: 2014年10月24日 ?? 作者: 廖文帅,Luis Orozco ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:精密模拟控制器? 锂离子电池? 线性电压调节器?

线性或开关化成及测试系统

选择制造方法时,需考虑到的最重要因素是功效、系统精度和成本。当然,其他因素——比如小尺寸和易于维护——也十分重要。

为满足电池制造中的高精度要求,系统设计人员原来会采用线性电压调节器;这样做可以轻松满足精度要求,但效率较低。用在低容量电池生产可能是一个较好的选择,但某些制造商依然可以 采用开关技术来凸显他们的优势。最终决策将是效率、通道成本和电流之间的取舍。原则上讲,开关技术能够以相同的单通道成本为容量超过3 Ah 电池单元提供更高的效率。表1 显示各类电池单元的功率容量和最终用途。

精密模拟控制器助力解决可充电电池制造瓶颈问题(电子工程专辑)
表1. 线性和开关系统对比

为了以更低的成本更快地生产电池,系统在化成和测试阶段使用 了成百上千的通道,其测试仪拓扑取决于系统的总能源容量。测试仪中的大电流会导致温度大幅上升,增加随时间推移而维持高测量精度和可重复性的难度。

在放电阶段,保存的电能必须要有地方能够输出。一个解决方法是把电池放电到阻性负载,将电能转化为热能而浪费。一个更好的解决方案是循环使用这些电能,通过精密控制电路将电流从放 电电池单元馈入另一组充电电池单元中。这项技术可以显著提高测试仪效率。

一般而言,通过每个电池单元的直流总线和双向PWM转换器,可实现电能平衡。直流总线电压与特定系统有关,电压值可以是12 V、24 V 甚至高达350 V。对于同样的电量而言,由于存在导 通电阻,较低的电压总线具有较高的电流和较高的损耗。较高的电压会产生安全性方面的额外担忧,并且需要使用成本高昂的电源和隔离电子器件。

图3 显示可实现电能循环的典型开关拓扑。各电池单元之间(红色路径)或各电池单元之间的直流链路总线(绿色路径)可实现电能的循环利用,也可将其返回电网(紫色路径)。这些灵活的 高效率设计可降低生产成本,并获得90%以上的效率。

精密模拟控制器助力解决可充电电池制造瓶颈问题(电子工程专辑)
图3. 利用电源循环功能切换系统

虽然这项技术具有很多好处,但也存在一些技术难题。电压和电流控制环路速度必须足够高,并且必须能随时间和温度的变化保持高精度。使用空气冷却或水冷却会有所帮助,但采用低漂移电 路更为重要。该系统包括开关电源,因此必须以合理的成本抑制电源纹波。另外最大程度缩短系统校准时间也很重要,因为系统关断进行校准时不会产生收益。

下一页:控制环路设计:模拟或数字


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