應對新能源汽車市場爆發(fā)增長，ADI給出突破電池生產(chǎn)效率瓶頸的兩大秘笈

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2017年，中國新能源汽車產(chǎn)銷均接近80萬輛，分別達到79.4萬輛和77.7萬輛，而在新能源乘用車中，純電動乘用車(EV)產(chǎn)銷分別完成47.8萬輛和46.8萬輛，同比分別增長81.7%和82.1%。

電動車輛需求日益增長，對電池的需求自然水漲船高，但電池的生產(chǎn)很耗費時間，因而形成了供應瓶頸，而且它的成本很高，占EV成本的比例高達40%。目前，電動汽車廣泛應用的無論是小體積小容量還是大體積大容量的電池，在出廠前都需要經(jīng)過兩個過程：化成和分容?；蛇^程就是電池從無效到有效的過程，簡單的說就是將電池激活?；芍缶褪欠秩荩炊ㄏ氯萘看笮?。這兩步?jīng)Q定了鋰離子電池的性能指標，而鋰離子電池的一致性好壞，直接影響到電動車的續(xù)航里程。

因此在電池完成階段，特別是電池化成和測試尤其具有挑戰(zhàn)性，其成本占電池成本的比例高達20%~30%。對于電池制造商和儀器儀表提供商來說，擴大EV生產(chǎn)規(guī)模和提高效率是在電動車輛市場上抓住這一機會的關(guān)鍵。如何減少電池化成和測試的時間和成本?業(yè)界半導體方案提供商ADI汽車技術(shù)專家在最近的一場演講中提及ADI突破電池生產(chǎn)效率的兩大秘笈。

秘笈一：啟用靈活多通道，容量和精度雙雙大漲

目前，分容化成的方案有兩種，一種為線性方案，另一種為PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)。線性方案的功率消耗會比較大，且需要更好的散熱設(shè)備。目前市面上的解決方案也根據(jù)電池容量的大小進行了區(qū)分，小容量的仍然會采用線性方案，效率低但設(shè)備成本低，而到了6A以上時，功率消耗會高很多，采用PWM方式就顯得很合適。

ADI目前用于電池測試和化成的集成式精密解決方案AD8452集模擬前端、控制器和PWM于一體，能夠提高鋰離子電池化成與分級的系統(tǒng)精度和效率。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新款AD8452能夠在相同空間內(nèi)多提供50%的通道，從而擴充容量并提高電池產(chǎn)量。同時，AD8452所采用的開關(guān)技術(shù)可在放電時回收電池的能量，精度高達傳統(tǒng)開關(guān)解決方案的10倍。更高的精度意味著電池包內(nèi)可以放更多的電芯，這有助于延長電動汽車等應用的電池壽命。

此外，AD8452還兼具更為出色的檢測和監(jiān)控功能，能夠有效防止可能導致電池故障的過度充電和充電不足行為，從而提高制造過程的安全性。AD8452可為充電/放電板節(jié)省高達50%的物料清單(BoM)成本，系統(tǒng)成本可節(jié)約20%左右。該器件具有配套的系統(tǒng)仿真演示板，能夠為測試設(shè)備制造商降低研發(fā)工程成本并縮短上市時間。

秘笈二：精確模擬控制器，高效鋰離子電池制造

對于如何以更低成本更快生產(chǎn)電池，ADI同樣有深入的見解。目前，高品質(zhì)、高功率的鋰離子電池單元代表了現(xiàn)今最佳的解決方案，廣泛用于筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機、攝像機和其他便攜式設(shè)備中，但生產(chǎn)效率并未成為一個主要問題，因為這些電池的容量較低，通常為每單元或每組低于5安時(Ah)。一個典型的電池組由不到一打的電池單元組成，因此匹配也不是什么重要問題。

然而用于車輛或電能存儲的電池具有高得多的容量，通常為幾百Ah。這是通過大量小型電池單元或一些高容量電池來實現(xiàn)的。例如，某種型號的電動汽車采用大約6800個18650鋰離子電池單元，重達450 kg。由于這個原因，電池生產(chǎn)需要制造速度更快、效率更高以及控制更精確以滿足市場的價格需求。

典型的鋰離子電池制造過程如下圖所示，下線調(diào)理步驟中的電池化成和測試不僅對電池壽命和品質(zhì)產(chǎn)生極大影響，還是電池生產(chǎn)工藝瓶頸。就目前的技術(shù)來說，必須在電池單元級完成化成，這可能需耗時數(shù)小時甚至數(shù)天，具體取決于電池化學特性。在化成時通常采用0.1 C(C是電池容量)電流，因此一次完整的充放電循環(huán)將需要20小時，且一個典型的測試序列包括多個充放電周期。

鋰離子電池制造過程

為了以更低的成本更快地生產(chǎn)電池，系統(tǒng)在化成和測試階段使用了成百上千的通道，其測試儀拓撲取決于系統(tǒng)的總能源容量。而化成和電氣測試則具有嚴格的精度規(guī)格，電流和電壓控制在±0.05%以內(nèi)。測試儀中的大電流會導致溫度大幅上升，增加隨時間推移而維持高測量精度和可重復性的難度。ADI公司用于電池測試和化成系統(tǒng)的精密集成模擬前端、控制器和 PWM產(chǎn)品系列，可通過控制環(huán)路設(shè)計、減少校準時間、減少紋波、均流控制等方式，簡化系統(tǒng)設(shè)計，具有優(yōu)于0.05%的系統(tǒng)精度和超過90%的能效，有助于解決可充電電池制造瓶頸問題，同時為環(huán)保技術(shù)的普及做出貢獻。

典型鋰離子電池充放電曲線

樹行業(yè)標準，打造更好更快的電池化成和測試解決方案

一直以來，行業(yè)內(nèi)努力為電池化成和測試制定各種標準，這些標準是確保電池質(zhì)量和安全性的關(guān)鍵所在。ADI等全球領(lǐng)先的半導體方案提供商持續(xù)的研究催生了全新的產(chǎn)品、參考設(shè)計和集成解決方案，不但實現(xiàn)了高精度，而且讓制造商能夠更高效地生產(chǎn)電池，提高工廠產(chǎn)出。所有這些可幫助擴大電池化成和測試的規(guī)模，因而相關(guān)客戶可以更好地擴展其EV生產(chǎn)規(guī)模。