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  在全球“碳中和”的大背景下，隨著新能源汽車(chē)帶來(lái)的動(dòng)力電池需求爆發(fā)，以及風(fēng)電與光電擴(kuò)產(chǎn)帶來(lái)的儲(chǔ)能需求激增，世界各地掀起了大規(guī)模的電動(dòng)化浪潮，鋰電池作為新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能的主要能量?jī)?chǔ)備載體，可以說(shuō)掌握了新能源行業(yè)發(fā)展的“命脈”。

  自今年以來(lái)，全球鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的投資熱度持續(xù)高漲。據(jù)國(guó)際能源網(wǎng)/儲(chǔ)能頭條不完全統(tǒng)計(jì)，僅國(guó)內(nèi)2022年前三季度各個(gè)鋰電池企業(yè)投資擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目多達(dá)97個(gè)，投資金額累計(jì)超4609.07億元，新增裝機(jī)規(guī)模超726GWh!

  產(chǎn)業(yè)擴(kuò)產(chǎn)熱潮背后，是鋰電制造設(shè)備行業(yè)的大好機(jī)遇。隨著產(chǎn)業(yè)鏈走向高精度化，高效率、低能耗的設(shè)備備受歡迎，制造工藝鏈末端的兩大重要工序尤其是重中之重——電池分容與化成設(shè)備。

  “畫(huà)龍點(diǎn)睛”的關(guān)鍵兩個(gè)步驟，避免耗時(shí)費(fèi)力的分容化成很關(guān)鍵

  分容化成是鋰電池制造過(guò)程的關(guān)鍵，二者都是通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行精密控制的充放電過(guò)程來(lái)達(dá)到目的。前者起到的是一個(gè)“激活”的作用，使得電池開(kāi)始具有儲(chǔ)存和釋放電能的能力;后者是把具有相似特性的電池進(jìn)行分選，這樣才可以提高成品電池的一致性。電池的性能一致性對(duì)于車(chē)用動(dòng)力電池包的性能至關(guān)重要。

  鋰電池分容與化成占到了鋰電池生產(chǎn)制造過(guò)程成本的20~30%。電池化成和測(cè)試是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，涉及多次充電和放電以激活電池的化學(xué)性質(zhì)，時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)兩天。這個(gè)必要的過(guò)程使得電池可以被投入實(shí)際使用，且對(duì)于確保電池的可靠性和質(zhì)量至關(guān)重要。這個(gè)過(guò)程極其緩慢，因此是阻礙電池制造提高產(chǎn)量從而降低電池生產(chǎn)總成本的重要瓶頸之一。為了降低電池成本，制造商需要統(tǒng)籌兼顧，首先利用供應(yīng)商的系統(tǒng)級(jí)專業(yè)知識(shí)來(lái)減少整體電池測(cè)試電路面積大小，同時(shí)增加通道的數(shù)量。需要注意的是，兩者必須同時(shí)保持電池化成和測(cè)試測(cè)量的準(zhǔn)確性、精確性、可靠性和速度，確保滿足安全、性能和可靠性要求。這并不容易做到。

鋰離子電池制造環(huán)境一角

ADI 創(chuàng)新為電池化成和測(cè)試設(shè)備制造商帶來(lái)可度量的結(jié)果

  基于AD8452的集成化解決方案

  高精度、小尺寸、低成本ADI將模擬前端、功率控制和監(jiān)控電路集成在單個(gè)IC AD8452中，允許電池制造商將更多的功能整合到測(cè)試系統(tǒng)中，提高了通道密度，比一些市場(chǎng)的離散解決方案尺寸小四倍，更有效地利用工廠的空間。AD8452可以提供包括電池反向電流預(yù)防功能、過(guò)壓保護(hù)開(kāi)關(guān)和防止電池充電過(guò)度的智能控制功能，減少50%的系統(tǒng)占用空間。這套功能允許電池制造商將更多的功能整合到測(cè)試系統(tǒng)中，同時(shí)更有效地利用工廠的空間。此外，它們還允許制造商設(shè)計(jì)具有更多功能和更可靠測(cè)試過(guò)程的系統(tǒng)。

  ADI擁有業(yè)界先進(jìn)的儀表放大器技術(shù)，通過(guò)把高性能儀表放大器/差分放大器與增益設(shè)置電阻網(wǎng)絡(luò)一起集成到芯片中，AD8452提供了高水準(zhǔn)的電流電壓測(cè)量精度(依據(jù)具體設(shè)計(jì)方法，最多可達(dá)0.01%精度)，高可靠性，高效率的單芯片方案，同時(shí)減少了所需器件數(shù)量和電路板布板面積。每片AD8452既可以單獨(dú)控制最多30A的充放電流，也可以多片并聯(lián)，來(lái)控制更大的輸出電流。

  此外，充放電過(guò)程中的電流電壓控制精度很大程度上決定了對(duì)于鋰電池一致性控制的可靠性。與此同時(shí)，ADI也擁有獨(dú)特的電流檢流器標(biāo)定和校準(zhǔn)技術(shù)。從多個(gè)維度來(lái)全面改善鋰電池一致性控制能力的水準(zhǔn)。對(duì)于與ADI在AD8452上達(dá)成戰(zhàn)略性合作意向的客戶，ADI會(huì)分享這一類技術(shù)，共同提高系統(tǒng)的精度和可靠性。

AD8452電池分容化成解決方案

  高精度、檢測(cè)與監(jiān)測(cè)功能，延長(zhǎng)電池壽命與提高制造安全很關(guān)鍵。無(wú)論是使用中還是制造中，電池的安全可靠性至關(guān)重要。電池的化成和測(cè)試需要密切監(jiān)測(cè)電池循環(huán)期間使用的電流和電壓分布，以防止充電過(guò)度和充電不足。這既確保了測(cè)試期間的安全性，又較大限度地延長(zhǎng)了電池使用壽命，從而大幅降低最終用戶的總擁有成本。此外，AD8452所采用的開(kāi)關(guān)技術(shù)可在放電時(shí)回收電池的能量，精度高達(dá)傳統(tǒng)開(kāi)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(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用的電池壽命。值得一提的是，AD8452還兼具更為出色的檢測(cè)和監(jiān)控功能，能夠有效防止可能導(dǎo)致電池故障的過(guò)度充電和充電不足行為，從而提高制造過(guò)程的安全性。

雙AD8452錯(cuò)相并聯(lián)60A解決方案如上文提到，鋰電池分容與化成占到了鋰電池生產(chǎn)制造過(guò)程成本的20~30%，鋰電池生產(chǎn)者迫切期待能夠在這一領(lǐng)域降在保證安全的前提下低成本提高能效。降低電池成本的難點(diǎn)在于它涉及整個(gè)制造過(guò)程?；诟呔鹊膯涡酒珹D8452解決方案可以在多個(gè)維度降低制造成本：更高的精度可以減少校準(zhǔn)周期時(shí)間和次數(shù)，進(jìn)一步增加正常運(yùn)行時(shí)間;更高的開(kāi)關(guān)頻率簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)并使用小體積的電子元件，所以能進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本;這個(gè)方案還可以把通道并聯(lián)使用以輸出更大的電流，且操作非常簡(jiǎn)便;控制操作均可在模擬域中完成，無(wú)需開(kāi)發(fā)復(fù)雜的算法，因而該方法還可最大程度降低軟件開(kāi)發(fā)成本;最后，能量回收功能，加上超高的系統(tǒng)效率，有利于大幅降低持續(xù)運(yùn)營(yíng)成本。AD8452為充電/放電板節(jié)省高達(dá)50%的物料清單(BoM)成本，系統(tǒng)成本可節(jié)約20%左右。

  高功效比電池化成

  解決新能源先鋒的低碳焦慮長(zhǎng)時(shí)間、大批量的電池充放電，本身產(chǎn)生巨大的能耗，通過(guò)使用先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源架構(gòu)，測(cè)試系統(tǒng)可以通過(guò)與電網(wǎng)進(jìn)行雙向能量交換來(lái)較大限度地減少功耗。高效的功率轉(zhuǎn)換也減少了對(duì)熱管理設(shè)備的需求，熱管理設(shè)備會(huì)增加系統(tǒng)的總體成本和功耗。最終的結(jié)果就是減少了能源的浪費(fèi)和制造成本。與電池放電至阻性負(fù)載的傳統(tǒng)架構(gòu)相比，基于AD8452構(gòu)建的分容化成系統(tǒng)可以在每個(gè)電池通道都可能處于充電模式，從直流總線吸收能量，或者處于放電狀態(tài)，將能量推回直流總線。(為解決推進(jìn)直流總線的電能超過(guò)充電通道消耗的電流，導(dǎo)致總線電壓增加有可能損壞部分組件，基于雙向AC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)將電能推回交流電網(wǎng)解決了上述難題，見(jiàn)下圖)。在運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備功效比可達(dá)92%，可有效降低電池制造成本，節(jié)省設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

帶電池芯間能量回收功能的電池測(cè)試系統(tǒng)

帶交流市電能量回收功能的電池測(cè)試系統(tǒng)

  壓縮設(shè)計(jì)周期

  從五六個(gè)月到四五周基于AD8452的系統(tǒng)解決方案有效地減少了所需使用的器件數(shù)量，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程與生產(chǎn)測(cè)試流程，這極大地減少了客戶從開(kāi)始設(shè)計(jì)到完成產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間。同時(shí)因?yàn)槔^承了高性能放大器和增益電阻網(wǎng)絡(luò)，使得達(dá)成高測(cè)量精度變得簡(jiǎn)單易行。對(duì)電流和電壓測(cè)量，ADI可以提供極度精密的性能，我們提供了可以立即投產(chǎn)的參考解決方案，幫助解決了許多系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，客戶可以用無(wú)論是線性組件、電源組件還是ASSP，以及我們參考設(shè)計(jì)中系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)，獲得一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只需要四到五周就可以投產(chǎn)，而過(guò)去可能需要六個(gè)月的時(shí)間。