電池測(cè)試設(shè)備數(shù)字控制解決方案

2022-06-23 19:01:51 編輯：燕琴宏來(lái)源：

導(dǎo)讀大家好，小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。電池測(cè)試設(shè)備數(shù)字控制解決方案這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！1、電池檢測(cè)設(shè)備是鋰離子

大家好，小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。電池測(cè)試設(shè)備數(shù)字控制解決方案這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、電池檢測(cè)設(shè)備是鋰離子電池生產(chǎn)線后處理系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)鋰離子電池的質(zhì)量至關(guān)重要。

2、電池測(cè)試設(shè)備的核心功能是在恒流或恒壓下對(duì)鋰離子電池進(jìn)行高精度的充放電。傳統(tǒng)的控制方法主要采用分立器件搭建的模擬控制方案。

3、與傳統(tǒng)的模擬控制方案相比，基于TI的C2000的數(shù)字控制方案因其成本低、精度高、靈活性強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)電池測(cè)試設(shè)備的主流發(fā)展方向。

4、本文將詳細(xì)介紹如何通過(guò)TI的C2000數(shù)字控制方案，有效降低系統(tǒng)成本，保證極高的電流電壓控制精度。

5、1.低成本

6、TI的C2000數(shù)字控制方案的典型結(jié)構(gòu)如下：電流/電壓放大器對(duì)電池充放電的電流/電壓進(jìn)行采樣，模擬信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并發(fā)送給C2000，C2000根據(jù)恒流或恒壓命令對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行環(huán)路計(jì)算，輸出一定占空比的PWM來(lái)調(diào)節(jié)MOSFET的開(kāi)關(guān)，最后降壓/升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)命令以恒流或恒壓方式對(duì)鋰電池進(jìn)行充放電。

7、與模擬方案相比，由于電壓、電流指令和環(huán)路控制均在C2000中產(chǎn)生和完成，省去了高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC和誤差放大器，有效降低了系統(tǒng)成本。

8、TMS320F280049是一款C2000 32位MCU，主頻100MHz，閃存256KB。它可以通過(guò)高分辨率16位PWM控制多達(dá)8個(gè)獨(dú)立通道的同步降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。

9、與傳統(tǒng)的模擬控制方案相比，TMS320F280049的數(shù)字控制方案可節(jié)省30%以上的BOM成本。

10、此外，由于鋰離子電池廣泛應(yīng)用于3C產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等諸多領(lǐng)域，各種鋰離子電池的電流往往相差很大。

11、因此，如果電池測(cè)試設(shè)備采用模擬控制，往往需要根據(jù)電流選擇不同的硬件方案，增加了研發(fā)周期和設(shè)備成本。

12、如果采用C2000數(shù)字控制方案，在不改變硬件的情況下，可以在低電流或高電流模式之間自由切換：8路可在低電流下獨(dú)立工作；在大電流的情況下，多個(gè)通道將并行運(yùn)行，以輸出更多的電流。

13、當(dāng)多個(gè)通道并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，每個(gè)通道將使用相同的恒壓回路，而恒流回路是獨(dú)立的，因此只有并聯(lián)輸出才能獲得更大的輸出電流范圍。

14、因此，與模擬控制相比，C2000數(shù)字控制方案可以在不改變硬件的情況下適應(yīng)更廣泛的測(cè)試場(chǎng)景，大大降低了設(shè)備成本。

15、2.高精度

16、通過(guò)校準(zhǔn)，電池測(cè)試設(shè)備通常可以消除大多數(shù)初始系統(tǒng)錯(cuò)誤。

17、其余難以校準(zhǔn)的誤差源主要包括：電流檢測(cè)電阻的溫度漂移、電流電壓檢測(cè)放大器的失調(diào)和增益溫度漂移、輸入共模電壓變化引起的失調(diào)、ADC的非線性和參考電壓源的溫度漂移。

18、本文根據(jù)5的溫度范圍計(jì)算誤差值

19、電流檢測(cè)電阻

20、電流檢測(cè)電阻的溫度漂移是系統(tǒng)總誤差的重要來(lái)源。對(duì)于CC控制，需要一個(gè)具有幾毫歐和低溫度系數(shù)的高精度電流檢測(cè)電阻。

21、本文采用一種高精度、電流敏感的金屬條貼片功率電阻，檢測(cè)電阻阻值為5 m，溫漂值為10ppm。

22、那么，電流檢測(cè)電阻的溫度漂移引起的誤差為50ppm。

23、電流檢測(cè)放大器

24、為了減少大電流引起的溫升和功率損耗，電流檢測(cè)電阻的阻值一般較小，因此電流檢測(cè)放大器的輸入差分信號(hào)一般不超過(guò)幾十毫伏，信號(hào)調(diào)理常選用儀表放大器。

25、儀表放大器的誤差主要來(lái)自以下兩個(gè)方面：當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，失調(diào)電壓和增益漂移；當(dāng)電池電壓變化時(shí)，輸入共模電壓變化引起的失調(diào)電壓。

26、因此，在選擇儀表放大器時(shí)，

27、下表是TI主要為電池測(cè)試設(shè)備推廣的幾款儀表放大器的關(guān)鍵參數(shù)：

28、INA821是一款高精度、低漂移的儀表放大器。最大失調(diào)電壓漂移為

29、在 10A 充電電流下，滿量程采樣電阻的電壓信號(hào)為 50mV，即輸入共模電壓變化帶來(lái) 10ppm 滿量程誤差。

電壓檢測(cè)放大器

電壓檢測(cè)放大器的誤差來(lái)源同樣主要來(lái)源于失調(diào)電壓和增益的漂移，以及輸入共模電壓變化造成的失調(diào)電壓。

32、因此，在選擇儀表放大器時(shí)，同樣應(yīng)該主要關(guān)注失調(diào)電壓漂移、增益漂移、CMRR 等參數(shù)。

TLV07 是一款成本敏感型、低噪聲、軌到軌輸出、精密運(yùn)算放大器，失調(diào)電壓漂移的典型值為 0.9μV/°C，那么 ±5°C 溫度偏移將會(huì)產(chǎn)生 4.5μV 失調(diào)電壓，即 1ppm 滿量程誤差；增益漂移主要受輸入電阻與反饋電阻的漂移誤差的影響，在這里取 5ppm/°C，那么 ±5°C 溫度偏移會(huì)產(chǎn)生 25ppm 誤差。

34、共模電壓抑制比最小值為 104dB，那么輸入共模電壓范圍在 0~5V 變化時(shí)，將產(chǎn)生 31.5μV 失調(diào)電壓，即 6ppm 滿量程誤差。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器及基準(zhǔn)電壓源

模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 的誤差主要是由于非線性度和基準(zhǔn)電壓源的漂移造成的。

37、ADS131M08 是 24位、32kSPS、8 通道同步采樣的 Δ-Σ 高精度 ADC，由于 ADS131M08 是差分輸入，可以有效減小由于各通道間串?dāng)_引起的誤差。

38、從數(shù)據(jù)表中可以查到，ADS131M08 的非線性度 INL 僅為 7.5ppm 滿量程誤差。

39、如果采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，溫漂最大值為 20ppm/°C，那么 ±5°C 溫度偏移會(huì)產(chǎn)生 100ppm 誤差。

40、如果采用外部基準(zhǔn)電壓源 REF2025，溫漂最大值僅為 8ppm/°C，那么 ±5°C 溫度偏移誤差將會(huì)降至 40ppm。

誤差匯總

根據(jù)以上分析，將各誤差來(lái)源造成的誤差值匯總，即可計(jì)算得到在恒流、恒壓控制時(shí)，電池測(cè)試設(shè)備的系統(tǒng)總誤差如下圖所示。

43、可以看到，采用 C2000 的數(shù)字控制方案，電流和電壓誤差范圍都在萬(wàn)二以?xún)?nèi)，達(dá)到了極高的控制精度。

綜上所述，在電池測(cè)試設(shè)備中采用 TI 的 C2000 數(shù)字控制方案，在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)，可以保證極高的電流、電壓控制精度，非常適合在各類(lèi)電池測(cè)試方案中的應(yīng)用。

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