ADI突破電池生產(chǎn)效率瓶頸的兩大秘笈是什么？

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年，中國新能源汽車產(chǎn)銷均接近80萬輛，分別達(dá)到79.4萬輛和77.7萬輛，而在新能源乘用車中，純電動(dòng)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(dòng)車輛需求日益增長，對(duì)電池的需求自然水漲船高，但電池的生產(chǎn)很耗費(fèi)時(shí)間，因而形成了供應(yīng)瓶頸，而且它的成本很高，占EV成本的比例高達(dá)40%。目前，電動(dòng)汽車廣泛應(yīng)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(gè)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?，即定下容量大小。這兩步?jīng)Q定了鋰離子電池的性能指標(biāo)，而鋰離子電池的一致性好壞，直接影響到電動(dòng)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(cè)試尤其具有挑戰(zhàn)性，其成本占電池成本的比例高達(dá)20%~30%。對(duì)于電池制造商和儀器儀表提供商來說，擴(kuò)大EV生產(chǎn)規(guī)模和提高效率是在電動(dòng)車輛市場(chǎng)上抓住這一機(jī)會(huì)的關(guān)鍵。如何減少電池化成和測(cè)試的時(shí)間和成本？業(yè)界半導(dǎo)體方案提供商ADI汽車技術(shù)專家在最近的一場(chǎng)演講中提及ADI突破電池生產(chǎn)效率的兩大秘笈。

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

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(huì)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(jìn)行了區(qū)分，小容量的仍然會(huì)采用線性方案，效率低但設(shè)備成本低，而到了6A以上時(shí)，功率消耗會(huì)高很多，采用PWM方式就顯得很合適。

ADI目前用于電池測(cè)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(jí)的系統(tǒng)精度和效率。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新款A(yù)D8452能夠在相同空間內(nèi)多提供50％的通道，從而擴(kuò)充容量并提高電池產(chǎn)量。同時(shí)，AD8452所采用的開關(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(dòng)汽車等應(yīng)用的電池壽命。

此外，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(dá)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?yàn)闇y(cè)試設(shè)備制造商降低研發(fā)工程成本并縮短上市時(shí)間。

秘笈二：精確模擬控制器，高效鋰離子電池制造

對(duì)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(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和其他便攜式設(shè)備中，但生產(chǎn)效率并未成為一個(gè)主要問題，因?yàn)檫@些電池的容量較低，通常為每單元或每組低于5安時(shí)（Ah）。一個(gè)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)的。例如，某種型號(hào)的電動(dòng)汽車采用大約6800個(gè)18650鋰離子電池單元，重達(dá)450 kg。由于這個(gè)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(chǎng)的價(jià)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(cè)試不僅對(duì)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(jí)完成化成，這可能需耗時(shí)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，具體取決于電池化學(xué)特性。在化成時(shí)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(shí)，且一個(gè)典型的測(cè)試序列包括多個(gè)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(cè)試階段使用了成百上千的通道，其測(cè)試儀拓?fù)淙Q于系統(tǒng)的總能源容量。而化成和電氣測(cè)試則具有嚴(yán)格的精度規(guī)格，電流和電壓控制在±0.05%以內(nèi)。測(cè)試儀中的大電流會(huì)導(dǎo)致溫度大幅上升，增加隨時(shí)間推移而維持高測(cè)量精度和可重復(fù)性的難度。ADI公司用于電池測(cè)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(jì)、減少校準(zhǔn)時(shí)間、減少紋波、均流控制等方式，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shí)為環(huán)保技術(shù)的普及做出貢獻(xiàn)。