ADI突破電池生產效率瓶頸的兩大秘笈是什么？

據中國汽車工業協會數據統計，2017年，中國新能源汽車產銷均接近80萬輛，分別達到79.4萬輛和77.7萬輛，而在新能源乘用車中，純電動乘用車（EV）產銷分別完成47.8萬輛和46.8萬輛，同比分別增長81.7%和82.1%。

電動車輛需求日益增長，對電池的需求自然水漲船高，但電池的生產很耗費時間，因而形成了供應瓶頸，而且它的成本很高，占EV成本的比例高達40%。目前，電動汽車廣泛應用的無論是小體積小容量還是大體積大容量的電池，在出廠前都需要經過兩個過程：化成和分容。化成過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。化成之后就是分容，即定下容量大小。這兩步決定了鋰離子電池的性能指標，而鋰離子電池的一致性好壞，直接影響到電動車的續航里程。

因此在電池完成階段，特別是電池化成和測試尤其具有挑戰性，其成本占電池成本的比例高達20%~30%。對于電池制造商和儀器儀表提供商來說，擴大EV生產規模和提高效率是在電動車輛市場上抓住這一機會的關鍵。如何減少電池化成和測試的時間和成本？業界半導體方案提供商ADI汽車技術專家在最近的一場演講中提及ADI突破電池生產效率的兩大秘笈。

ADI 創新為電池化成和測試設備制造商帶來可度量的結果

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，脈沖寬度調制）。線性方案的功率消耗會比較大，且需要更好的散熱設備。目前市面上的解決方案也根據電池容量的大小進行了區分，小容量的仍然會采用線性方案，效率低但設備成本低，而到了6A以上時，功率消耗會高很多，采用PWM方式就顯得很合適。

ADI目前用于電池測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的系統精度和效率。與傳統技術相比，新款AD8452能夠在相同空間內多提供50％的通道，從而擴充容量并提高電池產量。同時，AD8452所采用的開關技術可在放電時回收電池的能量，精度高達傳統開關解決方案的10倍。更高的精度意味著電池包內可以放更多的電芯，這有助于延長電動汽車等應用的電池壽命。

此外，AD8452還兼具更為出色的檢測和監控功能，能夠有效防止可能導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/放電板節省高達50％的物料清單（BoM）成本，系統成本可節約20％左右。該器件具有配套的系統仿真演示板，能夠為測試設備制造商降低研發工程成本并縮短上市時間。

秘笈二：精確模擬控制器，高效鋰離子電池制造

對于如何以更低成本更快生產電池，ADI同樣有深入的見解。目前，高品質、高功率的鋰離子電池單元代表了現今最佳的解決方案，廣泛用于筆記本電腦、手機、數碼相機、攝像機和其他便攜式設備中，但生產效率并未成為一個主要問題，因為這些電池的容量較低，通常為每單元或每組低于5安時（Ah）。一個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現的。例如，某種型號的電動汽車采用大約6800個18650鋰離子電池單元，重達450 kg。由于這個原因，電池生產需要制造速度更快、效率更高以及控制更精確以滿足市場的價格需求。

典型的鋰離子電池制造過程如下圖所示，下線調理步驟中的電池化成和測試不僅對電池壽命和品質產生極大影響，還是電池生產工藝瓶頸。就目前的技術來說，必須在電池單元級完成化成，這可能需耗時數小時甚至數天，具體取決于電池化學特性。在化成時通常采用0.1 C（C是電池容量）電流，因此一次完整的充放電循環將需要20小時，且一個典型的測試序列包括多個充放電周期。

鋰離子電池制造過程

為了以更低的成本更快地生產電池，系統在化成和測試階段使用了成百上千的通道，其測試儀拓撲取決于系統的總能源容量。而化成和電氣測試則具有嚴格的精度規格，電流和電壓控制在±0.05%以內。測試儀中的大電流會導致溫度大幅上升，增加隨時間推移而維持高測量精度和可重復性的難度。ADI公司用于電池測試和化成系統的精密集成模擬前端、控制器和 PWM產品系列，可通過控制環路設計、減少校準時間、減少紋波、均流控制等方式，簡化系統設計，具有優于0.05%的系統精度和超過90%的能效，有助于解決可充電電池制造瓶頸問題，同時為環保技術的普及做出貢獻。