如何設(shè)計(jì)一款適用于各類電池尺寸電壓和外形的電池測試儀

大家好，小科來為大家解答以上問題。如何設(shè)計(jì)一款適用于各類電池尺寸 電壓和外形的電池測試儀這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、鋰離子電池不僅可以用于小型電子設(shè)備，還可以用于大型應(yīng)用，如電動(dòng)汽車和電網(wǎng)。它們可以輕松滿足各種尺寸、電壓和形狀的要求。

2、但應(yīng)用的廣度意味著電池廠商不得不采購和維護(hù)每種電池類型的測試方案，導(dǎo)致相關(guān)資金投入巨大，直接占最終電池成本的20%。

3、顯然，需要一種經(jīng)濟(jì)高效的多量程電池測試解決方案，能夠處理不同的電壓、容量和尺寸。

4、介紹了數(shù)字控制回路電池測試儀的優(yōu)點(diǎn)，并提供了一個(gè)靈活、經(jīng)濟(jì)的電池測試設(shè)計(jì)實(shí)例。

5、數(shù)字控制回路的優(yōu)點(diǎn)

6、電池測試儀的主要功能是控制和監(jiān)測電池的充放電。

7、圖1示出了開關(guān)電池測試儀的原理框圖。

8、控制部分可以模擬或數(shù)字模式實(shí)現(xiàn)。

9、在模擬實(shí)現(xiàn)中，脈寬調(diào)制控制器可以調(diào)節(jié)流經(jīng)高壓和低壓電源的輸出電壓或電流。

10、保護(hù)電路集成在脈寬調(diào)制控制器中。

11、恒流恒壓反饋回路驅(qū)動(dòng)PWM控制器的參考輸入，精確控制輸出電流和電壓。

12、連接到反饋控制器的16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)置輸出電流和電壓。

13、最后，一個(gè)精密的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)監(jiān)控電池電壓和電流。

14、圖1:電池測試儀的框圖

15、在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，微控制器(MCU)執(zhí)行圖1中紅色方框中的所有功能。

16、借助C2000實(shí)時(shí)控制單片機(jī)，可產(chǎn)生16位脈寬調(diào)制，并利用其比較器實(shí)現(xiàn)保護(hù)算法。

17、通過單片機(jī)ADC反饋的數(shù)據(jù)來調(diào)整電流電壓控制器。

18、因?yàn)榭刂破魑挥跀?shù)字域，所以這種架構(gòu)不需要復(fù)雜的16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

19、一個(gè)12位片上ADC可以實(shí)現(xiàn)小于0.05%的控制精度，對于成本優(yōu)化的電池測試系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。

20、然而，如果要達(dá)到0.01%的控制精度，該方案需要16位的外部反饋精度，數(shù)字解決方案可以輕松實(shí)現(xiàn)精度和靈活性。性能和成本差異僅取決于反饋中選擇使用外部16位ADC還是內(nèi)部12位ADC。

21、在該方案中，單片機(jī)的高效使用可以節(jié)省30%以上的材料成本。

22、各種電壓、容量和尺寸，參考設(shè)計(jì)。

23、我們使用自己設(shè)計(jì)的靈活測試儀來測量各種電壓、容量和尺寸的電池。

24、目前的測試設(shè)備是為特定類型的電池設(shè)計(jì)的。

25、更大的電池需要更高的電流，因此電池測試儀有多個(gè)并聯(lián)的通道。

26、然而，如果電池制造商正在生產(chǎn)低電流要求的小型電池，他們通常會(huì)使用針對較低電流水平優(yōu)化的測試儀，并讓高電流電池測試儀閑置。

27、使用可以同時(shí)測試大小電池的測試儀可以減少此類設(shè)備的冗余，并有助于降低電池生產(chǎn)的整體成本。

28、數(shù)字控制回路增加了用軟件測試大小電池的靈活性，而模擬解決方案需要改變硬件。

29、隨著電池技術(shù)的發(fā)展，電池制造商需要新的功能和測試方法。

30、在軟件中使用控制回路可以使測試設(shè)備制造商更容易提供其他測試功能。

31、多量程電池測試儀的設(shè)計(jì)

32、適用于成本優(yōu)化電池測試系統(tǒng)的數(shù)字控制參考設(shè)計(jì)，采用多個(gè)獨(dú)立控制和低電流電池測試儀通道并聯(lián)，滿足不同級別高電流電池測試儀的需求。

33、通過簡單的軟件更改，參考設(shè)計(jì)可以配置為多相運(yùn)行，如圖2所示。

34、在多相配置中，每相使用并聯(lián)的獨(dú)立恒流環(huán)路。

35、在恒壓模式下，將一個(gè)恒壓回路連接到所有恒流回路，以確保電流平衡。

36、因此，相同的測試環(huán)境可以提供多個(gè)輸出電流范圍。

37、圖2:多相配置中的反饋控制器

38、參考設(shè)計(jì)的框圖如圖3所示。

39、TMS320F280049單片機(jī)最多可控制8個(gè)獨(dú)立通道。

40、它可以為同步降壓功率級產(chǎn)生高分辨率的16位脈寬調(diào)制，并執(zhí)行電流和電壓控制回路的子程序。

41、 外部ADS131M08的ADC和C2000片上ADC均將電流和電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。

42、根據(jù)反饋的16bit ADC信號可獲得優(yōu)于±0.01％的控制精度。

43、對于成本優(yōu)化的系統(tǒng)，可根據(jù)反饋移除ADS131M08，使用片上12位ADC可實(shí)現(xiàn)低于±0.05％的控制精度。

實(shí)現(xiàn)多反饋控制器可實(shí)現(xiàn)從恒流到恒壓的平穩(wěn)過渡，其中內(nèi)部回路始終處于恒流模式。

45、檢測到恒壓模式條件時(shí)，恒壓回路輸出會(huì)連接到恒流回路。

結(jié)論

數(shù)字架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高精度、高電流、高速度和靈活性，無需在電池測試設(shè)備上投入大量資金。

48、您不再需要為不同的電流水平投資多種體系結(jié)構(gòu)的測試儀，這樣，在測試低電流應(yīng)用時(shí)，高電流設(shè)備便不再閑置。

借助TI的數(shù)字控制參考設(shè)計(jì)，可通過投資低電流電池測試設(shè)備來節(jié)省總體系統(tǒng)成本，從而在不影響精度的情況下提升測試多個(gè)電流范圍的能力和靈活性。

審核

本文到此結(jié)束，希望對大家有所幫助。