電池測(cè)試設(shè)備--信號(hào)鏈篇

大家好，小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。電池測(cè)試設(shè)備--信號(hào)鏈篇這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、后文中討論的其他部分：INA821、INA188、INA826、INA129、INA128、INA828、ADS131M08

2、何鴻燊

3、隨著鋰電池行業(yè)的興起，電池檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)變得巨大，主要用于3C電池和動(dòng)力電池的化學(xué)成分檢測(cè)。3C電池的串?dāng)?shù)較少，每串電池的實(shí)際使用要求一致性較低。但由于動(dòng)力電池的串?dāng)?shù)高達(dá)數(shù)百串，且使用環(huán)境相對(duì)極端，為了保證較長(zhǎng)的使用壽命，與3C電池相比，對(duì)一致性的要求要高得多。因此，電池在容量劃分上要求的電流精度更高。目前根據(jù)市場(chǎng)要求，保持0.02%的要求是電池測(cè)試設(shè)備廠商面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。為了獲得更高的市場(chǎng)份額，有必要提高精度、效率和功率。需要知道的是，電池設(shè)備主要分為三部分，即雙向交流-DC功率轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理單元和電池測(cè)試單元。本文主要分析電池測(cè)試單元的信號(hào)鏈部分，它與實(shí)現(xiàn)電池組件的技術(shù)要點(diǎn)密切相關(guān)。

4、信號(hào)鏈

5、由于電池測(cè)試設(shè)備對(duì)輸出電壓和電流的精度要求較高，尤其是動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)，需要明確各個(gè)級(jí)別的信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)。典型的框圖如圖1所示。由于第一級(jí)信號(hào)的放大倍數(shù)在50~100的范圍內(nèi)，分流電阻的壓降很小，微伏級(jí)的電壓變化會(huì)引起萬(wàn)分之一的誤差。

6、圖1電壓回路和電流回路

7、第一級(jí)信號(hào)放大

8、在設(shè)備的最終校準(zhǔn)過(guò)程中，可以消除輸入偏置電壓引起的DC誤差，但根據(jù)溫度和輸入輸出條件變化的誤差很難通過(guò)線性校準(zhǔn)消除。第一階段的主要影響因素有：

9、1.放大器的輸入電壓失調(diào)漂移

10、一般根據(jù)設(shè)備的溫升選擇合適的取值范圍。通常，應(yīng)用場(chǎng)景如表1所示：

11、表1:典型的應(yīng)用環(huán)境

12、升溫

13、50

14、輸出電壓

15、0~60A

16、電源電壓

17、36V

18、并聯(lián)電阻

19、1

20、儀表放大器INA821用于電流檢測(cè)：溫度漂移為0.4 V/C。

21、在可以知道最大電流的情況下，分流電阻的壓降為60mV，溫度漂移引起的INA821輸出漂移為0.4 * 50=20 V，此時(shí)誤差為0.0333%，實(shí)際電路板溫升低于50，因此INA821在實(shí)際使用中肯定有很好的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也可以選擇INA188等零溫漂器件。

22、2.放大器CMRR的共模抑制比

23、高精度電池測(cè)試設(shè)備通常采用噪聲環(huán)境好、可靠性高的高端電流檢測(cè)方法。由于高共模電壓，需要具有高共模抑制的放大器。首先，CMRR可以表示為

24、Ad是共模增益，Acm是差模增益，共模抑制比引起的誤差可表示為

25、Vin_cm為輸入共模電壓，Vin_d為輸入差模電壓，共模誤差似乎是可以校準(zhǔn)的誤差。當(dāng)共模電壓恒定時(shí)，這確實(shí)可以通過(guò)軟件校準(zhǔn)來(lái)抵消。然而，由于分容電池的實(shí)際電壓在充滿電時(shí)從0V增加到4.2V，共模電壓隨著充放電時(shí)間而變化，因此共模誤差將成為不可校準(zhǔn)的誤差，因此有必要選擇具有更高CMRR的器件。當(dāng)增益為100倍時(shí)，由幾個(gè)不同器件的CMRR引起的誤差根據(jù)公式(1)和(2)給出：

26、模型

27、誤差電壓

28、稻826，稻129，稻128

29、420伏

30、稻821，稻828，稻188

31、42伏

32、3.其他因素

33、其他無(wú)

當(dāng)然也有存在一些廠家通過(guò)實(shí)現(xiàn)多段擬合的方法盡量降低校準(zhǔn)時(shí)的非線性誤差，但是由于批量生產(chǎn)時(shí)的一致性問(wèn)題，這需要很大的工作量通過(guò)批量的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，找出具有普適性的溫漂多段校準(zhǔn)折線，但是如果因?yàn)橐恢滦缘膯?wèn)題也容易導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)擬合誤差。

第二級(jí)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)

補(bǔ)償器中運(yùn)算放大器這一級(jí)的增益10倍以內(nèi)，補(bǔ)償器的輸出電壓在1V以上，通常運(yùn)放的噪聲以及溫漂都在微伏級(jí)別，造成的誤差也只是十萬(wàn)分位的差值。由于電池測(cè)試設(shè)備所需要的輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)不高，因此補(bǔ)償器參數(shù)的設(shè)計(jì)只需要保證良好的穩(wěn)態(tài)特性即—充足的相位裕度，較大補(bǔ)償器的直流增益。

電流指令給定與數(shù)據(jù)采集

小電流電池測(cè)試設(shè)備只需要一兩片ADC與DAC可以解決整機(jī)的電流指令的傳輸與信息的采集，采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，多MUX的方案可以實(shí)現(xiàn)主控板ADC或DAC與測(cè)試通道1:128或者1:256的用量。

由于前面提到系統(tǒng)軟件校準(zhǔn)技術(shù)，因此誤差主要來(lái)源于ADC非線性誤差I(lǐng)NL，溫漂，以及

考慮在小電流電池測(cè)試設(shè)備中，讀取系統(tǒng)中所有通道的電壓電流值的時(shí)間可以為秒的量級(jí)，因此需求的采樣率不需要很快，但是為了滿足千分之一的電流精度，需要bit位12bit以上的成本敏感型ADC，如：

42、

而大電流電池檢測(cè)設(shè)備中，目前市面上新出廠的設(shè)備可達(dá)0.02%，那么需要ADC精度較高，且每通道采樣率大于1kHz，提高系統(tǒng)的電壓電流值刷新率，允許雙極性差分輸入的ADC提供更寬的電流變化范圍，同時(shí)保證了從儀表放大器到ADC檢測(cè)所有信號(hào)鏈中的參考均為地。采樣速率低于100kHz時(shí)，delta-sigma的ADC較為常見使用：建議采用ADS131M08

45、

審核

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