Was ist mit der Lithiumbatterietestlösung basierend auf ad8450 / 1 und ADP1972?

Der Energieverbrauch ist weltweit ein weit verbreitetes Problem, und viele Branchen arbeiten daran, dieses Problem zu lösen, indem sie sicherere, sauberere, effizientere und kostengünstigere Stromversorgungslösungen implementieren. Die wachsende Beliebtheit von Hybrid- und Elektroautos sowie Solar- und Windkraft ist das Ergebnis dieses Trends. Alle diese Lösungen haben eines gemeinsam: Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund des schnellen Wachstums in diesen Bereichen werden Lithium-Ionen-Batterien eine wichtigere Rolle bei der Energieeinsparung spielen.

Der Herstellungsprozess für Lithium-Ionen-Batterien ist komplex, einschließlich Elektrodenherstellung, Stapelkonstruktion und Montage der Einheiten. Anschließend werden elektrische Tests durchgeführt, um die Batteriekapazität und -leistung zu bewerten. Anschließend werden elektrische Tests durchgeführt, um die Arbeitskapazität oder Nennleistung der Batterie zu bewerten. Für diese elektrischen Tests bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien sind Prüfgeräte mit hoher Leistung, hohem Wirkungsgrad und hoher Präzision erforderlich. Basierend auf der ADI-Firma AD8450 / 1 und ADP1972 wird die Lösung eingeführt.

Überlegungen zum Systemdesign

Effizienz

Lithium-Ionen-Batterien in Laptops, Mobiltelefonen und ähnlichen tragbaren Geräten haben normalerweise eine geringe Kapazität, typischerweise mehrere Amperestunden. Lithium-Ionen-Batterien, die in Fahrzeugen oder zur Speicherung von Energie verwendet werden, halten jedoch viel mehr, häufig in Form von zehn oder Hunderten von Ampere. Lineare Testgeräte, die für Batterien mit geringer Kapazität verwendet werden, verbrauchen, wenn sie auch für Tests mit Batterien mit hoher Kapazität verwendet werden, in der Ladestufe viel Strom, was zu einem geringen Wirkungsgrad führt und schwerwiegende thermische Probleme beim Hardware-Design des Geräts mit sich bringt. Die Lösungen ADIAD8450 / 1 und ADP1972 basieren auf der PWM-Architektur und helfen bei der Lösung dieses Problems.

Die ADIPWM-Architektur könnte auch dazu beitragen, mehr Batteriestrom zum Laden an das Netz oder andere Testkanäle zurückzusenden. Dies ist eine umweltfreundliche und effiziente Lösung im Vergleich zu linearen Architekturen, bei denen Batterieenergie an ohmsche Lasten abgegeben wird.

Präzision

Um die genaue Kapazität eines lithium-ionen-akkus zu erhalten, müssen Strom und Spannung im Lade- und Entlademodus genau gemessen werden. In Kombination mit dem Präzisions-ADC, DAC und anderen Komponenten im System ermöglichen die ADI-Lösungen ad8450 / 1 und ADP1972 von ADI eine hochpräzise Messung und Einstellung.

Niedrige Systemkosten

· Höhere Schaltfrequenzen unterstützen die Verwendung kleinerer, kostengünstigerer Leistungskomponenten wie Induktivität und Kondensatoren

· Energierecycling hilft, die Betriebskosten zu senken

· Mit höherer Genauigkeit kann ad8450 / 1 die Kosten für das Wärmemanagement senken und das Design des Regelkreises vereinfachen

· Ad8450 / 1 verwendet ein einzigartiges Instrumentenverstärker-Design, das die Kalibrierungszeit im Herstellungsprozess um die Hälfte verkürzen und eine längere Leistungszeit garantieren kann

· Integrierte Lösungen ermöglichen kleinere Systemgrößen und niedrigere Geräte- und Wartungskosten.

ADI-Lösung

Hinweis: Die obige Signalkette zeigt das Design der Kanalplatte vom DC-Bus zur Batterie. Die technischen Anforderungen des Moduls können variieren, aber die in der folgenden Tabelle aufgeführten Produkte stellen ADI-Lösungen dar, die einige der Anforderungen erfüllen.

1. Analoges Frontend und Controller AD8450 / AD8451

2. Buck und Boost PWM Controller ADP1972

3. Mikrocontroller ADuC7060 / ADuC7061

4. Ad7173-8 / ad7175-2

5. DACAD5686R / AD5668 / AD5676R

6. Referenzspannungsquelle ADR3450 / ADR4550

7. MOSFET-Treiber ADuM7223

8. Energieverwaltung ADP2441 / ADP7102 / ADM8829

9. Multiplexer ADG528F / ADG5408 / ADG658 / ADG1406

Funktionsprinzip des Systems

Die obige Abbildung enthält hauptsächlich zwei Funktionen: Eine dient zum Laden der Batterie und die andere zum Entladen der Batterie, die durch das Modussignal von ad8450 / 1 und ADP1972 bestimmt wird. Jede Funktion verfügt über zwei Modi: den Konstantstrommodus (CC) und den Konstantdruckmodus (CV). Zwei DAC-Kanäle steuern die CC- und CV-Sollwerte. Der CC-Sollwert bestimmt, wie viel Strom in der Schleife im CC-Modus der Lade- und Entladefunktionen vorhanden ist. Der CV-Sollwert bestimmt das Batteriepotential der Schleife von CC nach CV sowie die Lade- und Entladefunktionen.

Das präzise analoge Frontend und der Controller ad8450 / 1 messen die Batteriespannung mit dem internen Differenzverstärker PGDA und den Strom auf der Batterie mit dem internen Instrumentenverstärker PGIA und dem externen Shunt-Widerstand (RS). Anschließend werden Strom und Spannung mit einem internen Fehlerverstärker und einem externen Kompensationsnetzwerk mit dem DAC-Sollwert verglichen (um festzustellen, ob die Schleifenfunktion CC oder CV ist). Nach diesem Modul geht der Ausgang des Fehlerverstärkers in den PWM-Controller ADP1972, um das Tastverhältnis des MOSFET-Leistungspegels zu bestimmen. Und schließlich die Induktivität und die Kondensatoren, aus denen die gesamte Schleife besteht. Die Anweisungen in diesem Abschnitt beziehen sich sowohl auf Lade- als auch auf Entladefunktionen, da ADP1972 ein PWM-Controller zum Herunter- und Hochfahren ist.

In diesem Szenario misst der ADC die Spannung und den Strom der Schleife, ist jedoch nicht Teil des Regelkreises. Die Abtastrate ist unabhängig von der Leistung des Regelkreises, sodass ein ADC den Strom und die Spannung über eine große Anzahl von Kanälen in einem Mehrkanalsystem messen kann. Gleiches gilt für DAC. Sie können also einen kostengünstigen DAC verwenden, um mehrere Kanäle einzurichten. Darüber hinaus muss ein einzelner Prozessor nur die CV- und CC-Sollwerte, Arbeitsmodi und Verwaltungsfunktionen steuern, damit er mit vielen Kanälen verbunden werden kann.

Die Systemleistung

ADI hat die Demo-Karten ADP1972 und AD8450 wie unten gezeigt hergestellt, mit denen ihre Effizienz und Genauigkeit überprüft werden kann. Für das asynchrone Buck- und Boost-Stromversorgungssystem beträgt der DC-Bus-Eingang 12 V und der maximale Lade- / Entladestrom 20 A.

Effizienz: Die Effizienz der Demo-Karte beträgt ca. 90% bei maximaler Nennleistung, 20ACC-Modus (Lade- und Entladefunktionen) und 3,3-V-Last. Um diesen Wert zu erreichen, wurden die externe Diode, der Shunt-Widerstand, die Induktivität und der MOSFET optimiert.

Genauigkeit: Nach der Kalibrierung der Anfangsgenauigkeit umfasst die Stromgenauigkeit Temperaturdrift, Linearität im gesamten Strombereich (0A bis 20A), Kurzzeitstabilität (Rauschen) und CMRR im gesamten Spannungsbereich (0V bis 3,6V). Bei der Überprüfung der Demo-Karte beträgt die typische ADI-Stromgenauigkeit weniger als 0,01% der Lösung (25 ° C + 10 ° C). Eine ähnliche Analyse kann für die Spannungsgenauigkeit durchgeführt werden, die ebenfalls unter 0,01% liegt, wie von dieser Demo-Karte verifiziert.

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