解密ADI高精度电池化成探测方法

新能源汽车产业虽然身历泥泞但是前景远大，整车、电池头部公司都在积极部署补贴退出后的下一个产业周期。

当中，安全、成本和里程作为消费端决策购买新能源汽车的三大要素，成为整车厂和动力锂电池厂商共同努力的目标。

毫无疑问，掌握动力锂电池供应链安全以及从动力锂电池制造端实现更强的成本和性能竞争优点，是公司在日趋猛烈的市场竞争中胜出的关键。

其中，分容化成作为动力锂电池制造的一个关键工序，与动力锂电池的成本和里程高度相关。

分容化成是电池制造后期进行的一项关键探测环节，作为高性能模拟技术的重要供应商，ADI公司（AnalogDevices）对要怎么样从制造环节提高动力锂电池性能并降低成本的见解或许可以作为产业参考。

01、从关键环节冲破制造成本与里程焦虑

目前动力锂电池厂商普遍处于电池“焦虑”的困境中。通常而言，锂离子电池制造程序非常复杂，包括电极加工、堆叠结构和单元装配，然后要执行电气探测，以便评定电池容量和性能以及在工作中的额定值。

分容化成是锂离子电池制造过程中的关键，二者都是通过对电池进行精密控制的充放电过程，前者起到“激活”的用途，使得电池开始具有储存和释放电能的能力，后者是把具有相近特性的电池进行分选，提高成品电池的一致性，保障车用动力锂电池组的高性能。

这是一个相当耗时的过程，涉及多次充放电以激活电池的化学性质。但此过程又非常有必要，对确保成品电池的可靠性和质量至关紧要。

锂离子电池制造过程

锂离子电池分容化成占到了制造过程总成本的三分之一以上，因此分容化成一度成为妨碍电池公司提高产量从而降低电池加工总成本的瓶颈之一。

动力锂电池公司也急切期望能够在这一范畴保证安全的前提下减少分容化成所需的时间，从更多维度以更大密度搜集与监控锂离子电池的参数变化，让充放电过程变得更加高效省电、减小设备占地面积以及减少电缆的使用与发热，最终实现降低成本并提高能效。

此外，为了提高电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能，非得严格控制锂离子电池的一致性或精确评定电池等级，所以对化成和分容设备的电流电压测量精度有很高的要求。

因此，在综合考量成本等因素后，动力锂电池公司更倾向于与拥有化成探测系统级专业知识的供应商紧密合作，不仅仅是能够获得更复杂的组件和构建模块，还能获得更容易采用的系统架构的参考设计，使上市时间比从零开始开发化成和探测系统的时间快三至四倍，同时也保障了电池化成和探测测量的精确性、可靠性。

关于电池探测供应商而言，要满足高效、精确的电池分容化成探测也绝非易事。在模拟前端，驱动电池充电电路的电源要进行严格控制。

从更深层次分解，电池的化成和探测要密切监测电池循环期间使用的电流和电压分布，以戒备充电过度和充电不足。

ADI则是为数不多能满足电池制造商电池化成精确探测需求的专业级供应商之一。

ADI创新为电池化成和探测设备制造商带来可度量的结果

02、“精打细算”的电池探测系统级处理方法

目前，锂离子电子加工过程中化成与探测的方法有两种：一种为线性方法，另一种为PWM（脉宽调制）。线性方法的功率消耗会比较大，且要更好的散热设备。

当前市面上的处理方法也依据电池容量的大小进行了区分，小容量的依然会采用线性方法，效率低但设备成本低。而到了6A以上时，功率消耗会增多，采用PWM方式就显得更为适宜。

ADI电池分容化成充放电集成芯片AD8452蕴含了ADI模拟技术的结晶，能够提高锂离子电池化成与分容的系统精度和效率。

与传统技术相比，通过集成高精度的前端放大器和高频率的PWM控制器，AD8452能够在相同空间内多供应50％的通道，从而扩充容量并提高电池产量。每片AD8452既可以单独控制最多30A的充放电流，也可以多片并联，来控制更大的输出电流。

此外，AD8452所采用的开关技术可在放电时回收电池的能量，精度显著高于传统开关处理方法，更高的精度也意味着电池组内可以放更多的电芯，有助于延长电动汽车等使用的电池寿命。

与此同时，AD8452还兼具出色的测试和监控功能，能够有效戒备可能导致电池故障的过度充电和充电不足行为，从而提高制造过程的安全性。

该器件具有配套的系统仿真演示板，能够为探测设备制造商降低研发工程成本并缩短上市时间，也准许制造商设计具有更多功能和更可靠探测过程的系统。

为了以更低的成本更快地加工电池并更准确的获得锂离子电池的容量，电池系统在化成和探测阶段使用了成百上千的通道，其探测仪拓扑取决于系统的总能源容量，对锂离子电池的充放电的电流电压测量的误差要求也显著提高。

而充放电过程中的电流电压控制精度很大程度上决定了关于锂离子电池一致性控制的可靠性，要高性能仪表放大器和相关的并联电阻来测量电池充放电电流，即使在恶劣的厂条件下，也要实现±0.05%以上的精度，同时用于监测整个热工作范围内电压的差动放大器也需适用于此精度水平。

许多客户要电压探测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。

事实上，要将上述功能组件合并为一个完整精确的处理方法，并尽可能地提高性能和减少系统占用空间，是一个巨大的挑战，也是ADI将模拟前端、功率控制和监控电路集成在单个ICAD8452中的原由之一。

ADI拥有领先的仪表放大器技术，通过把高性能仪表放大器或差分放大器与增益设置电阻网络一起集成到芯片中，AD8452可通过控制环路设计、减少校准时间、减少纹波、均流控制等智能控制功能，供应高水准的电流电压测量精度，减少校准周期时间和次数，进一步新增正常运行时间。

另外，更高的开关频率带来了设计的简化和电子组件体积的缩小，也减少了所需器件数量和充放电电路板布板面，节省可高达50％的物料清单（boM）。所有控制操作均可在模拟域中完成，无需开发复杂的算法，因而该办法还可有效降低软件开发成本。

与此同时，ADI拥有的电流测试放大器标定和校准技术，同步从多个维度改善锂离子电池一致性控制能力的水准，也为环保技术的普及做出贡献。

正如ADI公司系统处理方法事业部总经理赵轶苗指出：“我国制造业在新兴产业跟进上速度非常快，与世界先进水平差距不大，比如锂电产业的蓬勃发展就带动了锂离子电池加工探测的需求，目前我国厂商在锂电探测上走在了前列。”

电池技术是新能源汽车的紧要驱动力，要怎么样改善电池的测量精度和使用寿命，新增电池的续航能力、降低成本，保证使用安全是全行业都面对的挑战。

在这些范畴，ADI正在积极开展研究，并且已经取得一系列前沿性研究成果。关于与ADI在AD8452上达成战略性合作意向的客户，ADI愿意一起就锂离子电池分容化成的将来展开探讨与合作。