TI能量回馈型的锂电池化成分容测试设备应用案例

来源:德州仪器 作者:佚名2017年08月09日 15:55
关键词:ti锂电池
随着手机,智能无线设备和电动汽车的快速发展,锂电池的市场需求越来越广,锂电池的生产制造效率也越来越高。同时,由于节能减排的需要,锂电池的化成,分容的充电,放电,也大量采用能量回馈的形式,将锂电池的放电能量,回馈回电网或对其它电池充电,实现节能环保。 为了更准确的获得锂电池的容量,对锂电池的充放电的电流电压测量的误差要求也显著提高,许多客户需要达到万分之五到万分之一的误差精度,这样,对整个测量控制电路中的放大器,ADC, DAC的误差要求也相应提高。 一般来说,一个完整的能量回馈型的锂电池化成分容测试设备,分为3级结构。如下图:   TI能量回馈型的锂电池化成分容测试设备应用案例 第一级为220、380V AC到400-500V DC的双向变换器,第二级为400V DC到12V DC的双向变换器,第三级位12V DC到5V DC的双向变换器,直接对电池进行充放电。具体的功率取决于电池充放电大小和电池的数量。采用TI的C2000 TMS320F280XX,就很容易的实现第一级和第二级的功能,并且,可以把第一级和第二级合并,直接实现220V AC到12V DC的模式,进一步降低陈本。 TI能量回馈型的锂电池化成分容测试设备应用案例 对于第三极12V DC到5VDC的双向变换器,通常采用模拟环路控制方案,稍后我们也会介绍一种C2000的数字方案介绍。
TI能量回馈型的锂电池化成分容测试设备应用案例
上图是TI的模拟环路控制方案参考设计,也是目前大多数客户采用的一种性价比比较高的分立器件方案。TL594实现PWM控制,LM5106为半桥MOSFET驱动。LM5060为电池防反接控制。高精度电流电压采集和环路调节,主要是INA225和OPA180实现。INA225是TI的专用电流检测放大器,集成了外部的增益电阻,提供固定的增益输出,在简化电路的同时提供非常好的温飘特性;并且,INA225是自动的实现双向电流检测,无需额外控制信号,使用非常方便。OPA180为自稳零,低温飘运放,做PID调节和CV, CC控制。外部ADC ADS1248是24位D-S ADC, 用于采集充放电的电压电流,不参与环路控制。一个ADS1248可以同时测量4路电池充放电的电流电压,如果加外部开关切换,可以测量更多,实现更好的性价比。DAC80004是16位DAC,用来设定充放电的电压电流,其零点误差小于2mV,可以实现更低的充电电流门限设置。 这个参考设计的关键是温飘的控制,选用低温飘特性的放大器,电阻尤其重要,TI 的INA225, INA240都是非常好的低温飘电流检测专用放大器,增益误差的温飘小于2.5ppm。并且,采样电阻的温飘也直接决定了系统的温飘性能,20ppm的采样电阻已经非常好了,在采样电流时,电阻是一个功率热源,会显著造成周围PCB的温升,更恶化了温度的影响,所以,采样电阻的PCB布板非常重要。 TI的这个参考设计—PMP40182的资料和测试数据已经放到网上了,有需要可以到TI的官网下载。 随着TI的C2000 DSP的普及,越来越多的工程师也尝试采用C2000来实现12V 到5V,10A的双向电池充放电控制,从而实现整个链路,从220V AC到5V DC的全数字双向转换。 如下为C2000的12V到5VDC 双向DC-DC的示意图。采用TI的最新的TMS320F2837X,CC, CV环路控制均由C2000软件实现,F2837X的高精度PWM(HRPWM)可以实现高精度(>16位)的DAC+PWM的功能,无需外部DAC; F2837X内部还集成了多路16位ADC,同样无需外部ADC,只需要外部电流检测和放大。采用F2837X的设计,可以大大简化电路设计,提供更高的可靠性和温飘特性。单个F2837X可能价格比较高,但一个F2837X可以支持多路电池的充放电,这样平均到每个通道上成本就非常低。   TI能量回馈型的锂电池化成分容测试设备应用案例 总的来说,TI可以为现代化的电池化成分容测试设备提供端到端的全套解决方案,协助客户解决研发过程中的相关技术问题,将产品以最快的速度推向市场。
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