电池测试设备--信号链篇

大家好，小科来为大家解答以上问题。电池测试设备--信号链篇这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、后文中讨论的其他部分：INA821、INA188、INA826、INA129、INA128、INA828、ADS131M08

2、何鸿燊

3、随着锂电池行业的兴起，电池检测设备市场变得巨大，主要用于3C电池和动力电池的化学成分检测。3C电池的串数较少，每串电池的实际使用要求一致性较低。但由于动力电池的串数高达数百串，且使用环境相对极端，为了保证较长的使用寿命，与3C电池相比，对一致性的要求要高得多。因此，电池在容量划分上要求的电流精度更高。目前根据市场要求，保持0.02%的要求是电池测试设备厂商面临的设计挑战。为了获得更高的市场份额，有必要提高精度、效率和功率。需要知道的是，电池设备主要分为三部分，即双向交流-DC功率转换、数据处理单元和电池测试单元。本文主要分析电池测试单元的信号链部分，它与实现电池组件的技术要点密切相关。

4、信号链

5、由于电池测试设备对输出电压和电流的精度要求较高，尤其是动力电池测试系统，需要明确各个级别的信号调理环节。典型的框图如图1所示。由于第一级信号的放大倍数在50~100的范围内，分流电阻的压降很小，微伏级的电压变化会引起万分之一的误差。

6、图1电压回路和电流回路

7、第一级信号放大

8、在设备的最终校准过程中，可以消除输入偏置电压引起的DC误差，但根据温度和输入输出条件变化的误差很难通过线性校准消除。第一阶段的主要影响因素有：

9、1.放大器的输入电压失调漂移

10、一般根据设备的温升选择合适的取值范围。通常，应用场景如表1所示：

11、表1:典型的应用环境

12、升温

13、50

14、输出电压

15、0~60A

16、电源电压

17、36V

18、并联电阻

19、1

20、仪表放大器INA821用于电流检测：温度漂移为0.4 V/C。

21、在可以知道最大电流的情况下，分流电阻的压降为60mV，温度漂移引起的INA821输出漂移为0.4 * 50=20 V，此时误差为0.0333%，实际电路板温升低于50，因此INA821在实际使用中肯定有很好的优势。同时也可以选择INA188等零温漂器件。

22、2.放大器CMRR的共模抑制比

23、高精度电池测试设备通常采用噪声环境好、可靠性高的高端电流检测方法。由于高共模电压，需要具有高共模抑制的放大器。首先，CMRR可以表示为

24、Ad是共模增益，Acm是差模增益，共模抑制比引起的误差可表示为

25、Vin_cm为输入共模电压，Vin_d为输入差模电压，共模误差似乎是可以校准的误差。当共模电压恒定时，这确实可以通过软件校准来抵消。然而，由于分容电池的实际电压在充满电时从0V增加到4.2V，共模电压随着充放电时间而变化，因此共模误差将成为不可校准的误差，因此有必要选择具有更高CMRR的器件。当增益为100倍时，由几个不同器件的CMRR引起的误差根据公式(1)和(2)给出：

26、模型

27、误差电压

28、稻826，稻129，稻128

29、420伏

30、稻821，稻828，稻188

31、42伏

32、3.其他因素

33、其他无

当然也有存在一些厂家通过实现多段拟合的方法尽量降低校准时的非线性误差，但是由于批量生产时的一致性问题，这需要很大的工作量通过批量的数据校验，找出具有普适性的温漂多段校准折线，但是如果因为一致性的问题也容易导致出现过拟合误差。

第二级补偿器的设计

补偿器中运算放大器这一级的增益10倍以内，补偿器的输出电压在1V以上，通常运放的噪声以及温漂都在微伏级别，造成的误差也只是十万分位的差值。由于电池测试设备所需要的输出动态响应不高，因此补偿器参数的设计只需要保证良好的稳态特性即—充足的相位裕度，较大补偿器的直流增益。

电流指令给定与数据采集

小电流电池测试设备只需要一两片ADC与DAC可以解决整机的电流指令的传输与信息的采集，采用如图2所示的结构，多MUX的方案可以实现主控板ADC或DAC与测试通道1:128或者1:256的用量。

由于前面提到系统软件校准技术，因此误差主要来源于ADC非线性误差INL，温漂，以及

考虑在小电流电池测试设备中，读取系统中所有通道的电压电流值的时间可以为秒的量级，因此需求的采样率不需要很快，但是为了满足千分之一的电流精度，需要bit位12bit以上的成本敏感型ADC，如：

42、

而大电流电池检测设备中，目前市面上新出厂的设备可达0.02%，那么需要ADC精度较高，且每通道采样率大于1kHz，提高系统的电压电流值刷新率，允许双极性差分输入的ADC提供更宽的电流变化范围，同时保证了从仪表放大器到ADC检测所有信号链中的参考均为地。采样速率低于100kHz时，delta-sigma的ADC较为常见使用：建议采用ADS131M08

45、

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