Метод за зареждане на литиево-йонна батерия за съхранение на енергия

著者：Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

В сравнение със старите технологии като никел-кадмиевите, литиево-йонните батерийни химични технологии значително подобряват плътността на мощността на преносимото оборудване и следват нормалното време на работа на тези системи при еднократно зареждане. Коефициентът на саморазреждане на литиево-йонната батерия е половината от никел-кадмиевите и никел-металните хидриди, което също помага за срока на годност, позволява на оборудването да се зарежда, така че клиентите да не купуват преди употреба. Недостатъкът на литиевите йони е по-сложен от старата технология, отколкото от ранната химия.

Предпазливото управление обаче може да се използва за максимизиране на захранването с литиеви йони, не само за по-добро изживяване, но също така ви позволява да стесните дизайна си, за да използвате по-малки батерии. Тъй като батерията представлява значително съотношение в размера и теглото на носимото устройство, тя е забележителна чрез замяна на верига за зареждане с друга верига за зареждане. Основният проблем на литиево-йонните батерии е, че те са много чувствителни към прекомерно зареждане, тъй като твърде високото напрежение може да причини напрежение на материала, като по този начин съкрати живота на батерията.

Ако зарядът надвиши напрежението от 4,2 V на батерия, те също ще донесат рискове за сигурността. Евтините вериги за зареждане могат да бъдат презаредени, тъй като батерията не достига действителния лимит.

Те използват така наречените стратегии за зареждане и бягане, тази стратегия има предимството, че изглежда бързо. Тази стратегия използва характеристиките на кривата на зареждане с литиеви йони, която може да бъде разделена на четири ключови етапа. Първата фаза използва постоянен ток за захранване на батерията.

При батерията нейното напрежение е повече или по-малко линейно. Напрежението се изравнява в близост до пика, в който момент зарядното може да спре. Въпреки това, само около 85% заряд в този момент, което води до ниско време за използване на теория.

В допълнение, поради съображения за безопасност, напрежението на прекъсване обикновено е зададено под максималното напрежение, което допълнително намалява максималното зареждане, приложено към батерията. Напрежението на прекъсване е 3,8 V вместо типичния максимум от 4.

2V, така че 60% от капацитета на батерията е наличен. Останалата част от зареждането се извършва по време на фаза на насищане или постоянно напрежение. Въпреки че бързото зарядно устройство може да намали времето, необходимо за достигане на фазата на насищане чрез добавяне на ток на зареждане, това има ефект на удължаване на фазата на насищане и внимателно и точно управлява етапа на насищане, за да се предпази от стрес.

Фигура 1: Етап на зареждане на литиево-йонни батерии, включително етапи на термична настройка при условия на висока температура. Трудно е да се тества батерията, пълна с препълване, така че времето или текущото ниво се използват като заместител, за да се покаже, че батерията е била близо до пълно зареждане. Обикновено зареждането при насищане е около два часа, като по този начин се осигурява разумен набор от време.

По време на зареждане при насищане индексът на тока намалява. Когато токът достигне около 3% от нивото, използвано в първата фаза, батерията обикновено се счита за напълно заредена и процесът може да спре. Напрежението, използвано по време на наситено зареждане, се регулира на един процент или по-добро.

Вериги, извършващи наситен заряд, могат да използват текущо тестване и натискане, за да управляват процесите, за да гарантират, че захранването ще бъде прекъснато след определен период от време и металният литий се натрупва, което води до пожар. Температурата също е полезна за контрол на зареждането. В първия етап вътрешното съпротивление е относително ниско, батерията няма да бъде заострена.

След като навлезе във фаза на насищане, батерията ще се затопли. Следователно температурният сензор е свързан с гарантирането, че батерията няма да прегрее и има безопасен риск, е много важно. Производителите на батерии ще осигурят безопасна температурна граница за своите продукти и обикновено доставят термистори, които могат да се използват с ADC или сравнителни вериги във веригата на зарядното устройство в батерията.

Процесът на зареждане трябва да бъде зареден преди изчерпването на дълбочината. Това използва бавно зареждане за възобновяване на зареждаемата батерия - тестваното им напрежение ще бъде по-ниско от 3V. След като процесът на бавно зареждане се достави с достатъчен заряд, напрежението ще се повиши до 3 V или повече и може да се поеме нормалният процес на зареждане от първи етап.

IC за зарядно устройство LTC4065 на Linglurt използва малък DFN пакет, който предоставя как да организирате вериги за обратна връзка, за да поддържате различните режими на зареждане, необходими за литиево-йонни батерии. Устройството поддържа методи за зареждане с постоянен ток и постоянно напрежение, както и постоянна температура, за да позволи ефективно зареждане в близост до батерията. За да поддържа високотемпературно зареждане, LTC4065 има верига за ограничаване на топлината.

Това може да настрои тока на зареждане в съответствие с типичната температура на околната среда (а не в най-лошия случай) и да гарантира, че зарядното устройство автоматично се намалява в най-лошия случай. В LTC4065 три вериги за обратна връзка на усилвателя контролират режим на постоянен ток, постоянно напрежение и постоянна температура. Четвъртият контур на обратната връзка на усилвателя се използва за добавяне на изходния импеданс на двойката източник на ток, за да се гарантира, че един дрейн ток е само хиляда пъти по-голям от втория дрейн ток.

Отделна верига за обратна връзка за операции с постоянен ток и постоянно напрежение принуждава зарядното устройство да се базира на всеки модел, който се опитва да минимизира тока на зареждане. Изходът на друг усилвател е наситен, което ефективно елиминира неговата верига от системата. Когато е в режим на постоянен ток, той се управлява точно до 1v.

Програмен щифт за програмиране на тока чрез използване на резистор с процентно отклонение (rPROG). Когато режимът на постоянно напрежение е обичан, веригата на постоянното напрежение задвижва своя инвертиран вход към вътрешното референтно напрежение. Вътрешният резисторен делител гарантира, че напрежението на батерията остава 4.

2V.Prog pin напрежение може също да показва тока на зареждане в режим на постоянно напрежение. При типична работа периодът на зареждане започва с режим на постоянен ток - токът, доставен към батерията, е равен на 1000V / rProg.

Ако консумацията на енергия на LTC4065 е близка до 115°C, усилвателят на граничната температура ще започне да намалява тока на зареждане, ограничавайки температурата на чипа за около 115°C. След като се излезе от режима на ограничаване на температурата, LTC 4065 ще се върне в режим на постоянен ток или ще влезе в режим на постоянно напрежение от режим на постоянна температура. Независимо дали е в режим, напрежението на щифта PROG е пропорционално на тока, доставен към батерията.

Вътрешната схема за натискане на времето и управлението на зареждането са подобрили функциите, необходими за ефективно управление на литиево-йонната батерия. Устройството осигурява 0,6% точност на плаващо напрежение, само два външни компонента.

Когато входното захранване бъде премахнато, LTC4065 автоматично влиза в състояние на нисък ток и изтичането на батерията се понижава до 1μA по-долу. След подаване на захранване LTC4065 може да влезе в режим на изключване и да намали захранването до 20.

μA по-долу. Фигура 2: Диаграма на състоянието на зареждане LTC4065 Решение, подобно на това. Подобно на LTC4065, MaximIntegrated MAX1551 също има функции за термично ограничаване, оптимално зареждане, без да бъде термично ограничен от най-лошия случай на батерията и входното напрежение.

Когато бъде достигната границата на топлината, MAX 15551 и MAX 1555 няма да спрат напълно зареждането, но постепенно ще намалят тока на зареждане, което помага да се поддържа функцията при охлаждане в системата. Използва се пакетът SOT23, подобно на MAX1551 и MAX 1555, MCP73811, разработен от Microchiptechnology, се доставя с постоянно налягане и постоянен ток на зареждане, като последният се програмира само от външно съпротивление, и е оборудван с вграден топлинен сензор за контрол на температурната граница на зареждане. Серията BQ2409X на Texas Instruments (TI) е силно интегрирано линейно зарядно устройство, предназначено за преносимо използване в космоса.

Тези интегрални схеми са проектирани за захранване от USB порт или може да не са регулирани адаптери за променлив ток с висок диапазон на входно напрежение и защита от пренапрежение на входа. BQ2904X извършва настройка, зареждане с постоянен ток и постоянно напрежение. Във всички етапи на зареждане вътрешната контролна верига следи температурата на прехода на IC и по-ниския ток на зареждане, когато надвишава вътрешните температурни прагове.

Въпреки че комбинацията от литиево-йонни батерии за техники за зареждане позволява изграждането на преносими и носими системи, за да направи изграждането на преносими и носими системи по-дълго, осигурява се най-дългата функция и размерът на батерията може да бъде намален. Най-добрият компромис между малко тегло и живот. .