تعد معدات اختبار البطارية جزءًا مهمًا من نظام ما بعد المعالجة لخط إنتاج بطارية الليثيوم أيون ، وهي ضرورية لجودة بطارية الليثيوم أيون. تتمثل الوظيفة الأساسية لمعدات اختبار البطارية في أداء شحن تيار ثابت عالي الدقة أو جهد ثابت وتفريغ بطاريات الليثيوم أيون. تعتمد طريقة التحكم التقليدية على مخطط التحكم التناظري المصمم بأجهزة منفصلة. بالمقارنة مع مخطط التحكم التناظري التقليدي ، فإن مخطط التحكم الرقمي المنفذ مع TI’s C2000® باعتباره جوهرًا سيصبح اتجاه التطوير السائد لمعدات اختبار البطاريات في المستقبل نظرًا لمزاياها من حيث التكلفة المنخفضة والدقة العالية والمزيد من المرونة والسرية الأفضل. . في هذه المقالة ، سوف نقدم بالتفصيل كيفية استخدام نظام التحكم الرقمي C2000 الخاص بـ TI لتقليل تكاليف النظام بشكل فعال وضمان دقة عالية للغاية في التحكم في التيار والجهد.
1 تكلفة منخفضة
يظهر الهيكل النموذجي لنظام التحكم الرقمي C2000 الخاص بـ TI في الشكل 1: يقوم مضخم التيار / الجهد بأخذ عينات التيار / الجهد لشحن البطارية وتفريغها ، ويحول الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية من خلال المحول التناظري إلى الرقمي ADC و يرسله إلى C2000؟ ، يقوم C2000 بحساب الحلقة وفقًا لأمر التيار الثابت أو الجهد الثابت وإشارة أخذ العينات ، ويخرج PWM مع دورة عمل معينة لضبط مفتاح MOSFET ، وأخيراً يجعل محول باك / دفعة يمر تيار ثابت أو جهد ثابت حسب الأمر الشحن والتفريغ.
شكل 1
مقارنة بالحل التناظري ، نظرًا لأن الجهد والتحكم الحالي والتحكم في الحلقة يتم إنشاؤه وإكماله في C2000 ، يتم حذف المحول الرقمي إلى التناظري عالي الدقة DAC ومكبر الخطأ ، مما يقلل بشكل فعال من تكلفة النظام.
TMS320F280049 عبارة عن MCU 32 بت C2000 بتردد رئيسي 100 ميجاهرتز وذاكرة فلاش 256 كيلوبايت.من خلال PWM عالي الدقة 16 بت ، يمكنه التحكم في ما يصل إلى 8 قنوات مستقلة من محولات باك / دفعة متزامنة. يمكن أن يوفر استخدام نظام التحكم الرقمي لـ TMS320F280049 أكثر من 30٪ من تكلفة قائمة المواد مقارنة بنظام التحكم التناظري التقليدي.
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في منتجات 3C والمركبات الكهربائية وتخزين الطاقة والعديد من المجالات الأخرى ، غالبًا ما يكون تيار أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم أيون مختلفًا تمامًا. نتيجة لذلك ، إذا كانت معدات اختبار البطارية تعتمد تحكمًا تناظريًا ، فغالبًا ما يكون من الضروري اختيار حلول أجهزة مختلفة وفقًا للحجم الحالي ، مما يزيد من دورة البحث والتطوير وتكلفة المعدات. إذا تم اعتماد نظام التحكم الرقمي لـ C2000 ، فمن الممكن التبديل بحرية بين أوضاع التيار المنخفض أو التيار العالي دون تغيير الأجهزة: عندما يكون التيار منخفضًا ، يمكن لكل قناة 8 أن تعمل بشكل مستقل ؛ عندما يكون التيار مرتفعًا ، أكثر تعمل القنوات بالتوازي لإخراج المزيد من التيار.
الشكل 2
كما هو مبين في الشكل 2 ، عندما تعمل قنوات متعددة بالتوازي ، ستستخدم كل قناة نفس حلقة الجهد الثابت ، وستكون حلقات التيار الثابت مستقلة عن بعضها البعض ، ويمكن تحقيق نطاق تيار إخراج أكبر ببساطة عن طريق توصيل المخرجات في موازى. لذلك ، بالمقارنة مع التحكم التناظري ، يمكن لنظام التحكم الرقمي لـ C2000 التكيف مع مجموعة واسعة من سيناريوهات الاختبار دون تغيير الأجهزة ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة المعدات.
2 دقة عالية
من خلال المعايرة ، يمكن لمعدات اختبار البطارية في كثير من الأحيان إزالة معظم الأخطاء المنهجية الأولية. تشمل مصادر الأخطاء المتبقية التي يصعب معايرتها بشكل أساسي: انجراف درجة حرارة مقاوم الإحساس الحالي ، والانحراف عن درجة حرارة التيار ومضخمات الإحساس بالجهد واكتسابه ، والانحراف الناجم عن تغيير جهد الوضع المشترك للإدخال ، اللاخطية من ADC ودرجة حرارة مصدر الجهد المرجعي. في هذا البحث ، يتم حساب قيمة الخطأ على مدى تغير درجة الحرارة ± 5 درجة مئوية.
المقاوم المعنى الحالي:
انجراف درجة الحرارة لمقاوم الإحساس الحالي هو مصدر مهم لخطأ النظام الكلي ، ولتحكم CC ، يلزم وجود مقاومة عالية الدقة لاستشعار التيار ببضعة ملي أوم ومعامل درجة حرارة منخفضة. في هذا الورق ، يتم استخدام مقاوم طاقة SMD ذو شريط معدني عالي الدقة ومستشعر للتيار ، وقيمة مقاومة المقاوم للكشف هي 5mΩ ، وقيمة الانجراف في درجة الحرارة هي 10 جزء في المليون. بعد ذلك ، الخطأ الناتج عن انجراف درجة الحرارة لمقاوم الإحساس الحالي هو 50 جزء في المليون.
مضخم الإحساس الحالي:
من أجل تقليل ارتفاع درجة الحرارة وفقدان الطاقة الناجم عن ارتفاع التيار ، تكون مقاومة المقاوم للكشف الحالي صغيرة بشكل عام ، لذلك لا تتجاوز إشارة الإدخال التفاضلية لمكبر الكشف الحالي بشكل عام عدة عشرات من الميلي فولت ، ومضخم الأجهزة هو غالبًا ما يتم اختياره لتكييف الإشارة. يأتي خطأ مضخم الأجهزة بشكل أساسي من الجانبين التاليين: عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة ، فإن جهد الإزاحة وانجراف الكسب ؛ عندما يتغير جهد البطارية ، فإن جهد الإزاحة الناجم عن تغيير جهد الوضع المشترك للإدخال. لذلك ، عند اختيار مضخم للأجهزة ، يجب أن تكون المعلمات مثل انحراف الجهد الكهربي ، وانجراف الكسب ، و CMRR ، وما إلى ذلك ، هي التركيز الرئيسي. يوضح الجدول 1 المعلمات الرئيسية للعديد من مضخمات الأجهزة المستخدمة في معدات اختبار البطارية التي يتم الترويج لها بواسطة TI:
بصفته مضخمًا للأجهزة عالي الدقة ومنخفض الانجراف ، فإن INA821 لديه أقصى انحراف للجهد يبلغ 0.4 درجة مئوية / درجة مئوية ، ثم سينتج إزاحة درجة الحرارة ± 5 درجة مئوية جهد إزاحة 2 × فولت ، أو 40 جزء في المليون كامل النطاق خطأ ؛ كسب مع انجراف 5 جزء في المليون / درجة مئوية ، سينتج عن تعويض درجة الحرارة ± 5 درجة مئوية خطأ 25 جزء في المليون ؛ مع نسبة رفض جهد الوضع المشترك 140 ديسيبل ، سيتم إنشاء جهد إزاحة قدره 0.5 فولت عند الإدخال يتراوح نطاق الجهد العادي من 0 إلى 5 فولت. تحت تيار الشحن 10A ، تكون إشارة الجهد لمقاوم أخذ العينات على نطاق كامل 50mV ، أي أن تغيير جهد الوضع المشترك للإدخال يجلب خطأ كامل النطاق قدره 10 جزء في المليون.
مضخم تحسس الجهد:
مصدر الخطأ في مضخمات استشعار الجهد يرجع أيضًا بشكل أساسي إلى جهد الإزاحة وانحراف الكسب ، بالإضافة إلى جهد الإزاحة الناجم عن تغيرات جهد الوضع المشترك للإدخال. لذلك ، يجب أن تكون المعلمات مثل انحراف الجهد الكهربي وانجراف الكسب و CMRR هي التركيز الرئيسي عند اختيار مضخم الأجهزة.
يُعد TLV07 ناتجًا حساسًا للتكلفة ، ومنخفض الضوضاء ، وإخراجًا من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية ، ومضخم صوت دقيق مع انجراف جهد إزاحة نموذجي يبلغ 0.9 µV / ° C ، ثم ستؤدي رحلة درجة الحرارة ± 5 ° C إلى جهد إزاحة 4.5 µV ، أي 1 جزء في المليون خطأ كامل النطاق ؛ يتأثر انجراف الكسب بشكل أساسي بخطأ الانجراف لمقاوم الإدخال ومقاوم التغذية المرتدة ، وإذا تم أخذ 5 جزء في المليون / درجة مئوية هنا ، فإن إزاحة درجة الحرارة ± 5 درجة مئوية ستنتج خطأ 25 جزء في المليون. الحد الأدنى لنسبة رفض الجهد في الوضع المشترك هو 104 ديسيبل ، لذلك عندما يكون نطاق جهد الوضع المشترك للإدخال 0 ~ 5 فولت ، سيتم إنشاء جهد تعويض قدره 31.5 فولت ، أي 6 جزء في المليون خطأ كامل النطاق.
المحولات والمراجع التناظرية إلى الرقمية:
يرجع خطأ المحول التناظري إلى الرقمي ADC بشكل أساسي إلى عدم الخطية وانجراف مصدر الجهد المرجعي. ADS131M08 عبارة عن 24 بت ، 32 كيلو بايت في الثانية ، 8 قنوات لأخذ العينات المتزامن دلتا سيغما عالية الدقة ADC. نظرًا لأن ADS131M08 هو إدخال تفاضلي ، فإنه يمكن أن يقلل بشكل فعال الأخطاء الناتجة عن الحديث المتبادل بين القنوات. من ورقة البيانات ، يكون INL اللاخطي لـ ADS131M08 هو 7.5 جزء في المليون من الخطأ الكامل النطاق. إذا تم استخدام المرجع الداخلي مع انجراف درجة حرارة قصوى يبلغ 20 جزء في المليون / درجة مئوية ، فإن إزاحة درجة الحرارة ± 5 درجة مئوية سيكون لها خطأ 100 جزء في المليون. في حالة استخدام مرجع خارجي ، REF2025 ، يكون الحد الأقصى للانحراف في درجة الحرارة هو 8 جزء في المليون / درجة مئوية فقط ، ويتم تقليل خطأ تعويض درجة الحرارة ± 5 درجة مئوية إلى 40 جزء في المليون.
ملخص الخطأ:
وفقًا للتحليل أعلاه ، من خلال تلخيص قيم الخطأ الناتجة عن مصادر الخطأ المختلفة ، يمكن حساب الخطأ الكلي للنظام لمعدات اختبار البطارية تحت التحكم في التيار المستمر والجهد الثابت كما هو موضح في الجدول 2. يمكن ملاحظة أنه باستخدام مخطط التحكم الرقمي لـ C2000 ، يكون نطاق الخطأ للتيار والجهد في حدود 10000 ، مما يحقق دقة تحكم عالية للغاية.
باختصار ، يمكن أن يؤدي استخدام حل التحكم الرقمي C2000 من TI في معدات اختبار البطارية إلى تقليل تكاليف النظام مع ضمان دقة عالية للغاية في التحكم في التيار والجهد ، وهو مناسب جدًا للتطبيق في مختلف حلول اختبار البطارية.
حول شركة Texas Instruments (TI)
Texas Instruments (TI) (NASDAQ: TXN) هي شركة عالمية لأشباه الموصلات تصمم وتصنع وتختبر وتبيع رقائق المعالجة التناظرية والمدمجة للصناعة والسيارات والإلكترونيات الشخصية وأسواق الاتصالات مثل الأجهزة وأنظمة المؤسسات. نحن ملتزمون بجعل الإلكترونيات ميسورة التكلفة وخلق عالم أفضل من خلال تكنولوجيا أشباه الموصلات. اليوم ، يعتمد كل جيل من الابتكار على الجيل السابق ، مما يجعل تقنيتنا أصغر وأسرع وأكثر موثوقية وبأسعار معقولة ، مما يتيح استخدام أشباه الموصلات على نطاق واسع في الإلكترونيات ، وهذا هو التقدم الهندسي. هذا هو بالضبط ما كنا نفعله منذ عقود والآن. لمزيد من المعلومات ، يرجى زيارة موقع الشركة http://www.ti.com.cn/.