Způsob nabíjení lithium-iontových baterií pro ukládání energie

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - អ្នកផ្គត់ផ្គង់ស្ថានីយ៍ថាមពលចល័ត

Ve srovnání se starými technologiemi, jako je nikl-kadmium, technologie chemie lithium-iontových baterií výrazně zlepšuje hustotu výkonu přenosných zařízení a sleduje normální provozní dobu těchto systémů při jednorázovém nabíjení. Poměr samovybíjení lithium-iontové baterie je poloviční z nikl-kadmiových a nikl-kovových hydridů, což také napomáhá trvanlivosti, umožňuje nabíjení zařízení, takže zákazníci nemusí kupovat před použitím. Nevýhodou lithiových iontů je složitější než stará technologie než raná chemie.

Opatrné řízení však může být použito k maximalizaci dodávky energie lithiových iontů, nejenže poskytuje lepší zážitek, ale také vám umožňuje zúžit svůj design na použití menších baterií. Vzhledem k tomu, že baterie představuje významný poměr velikosti a hmotnosti nositelného zařízení, je pozoruhodné nahrazením nabíjecího obvodu jiným nabíjecím obvodem. Klíčovým problémem lithium-iontových baterií je, že jsou velmi citlivé na nadměrné nabíjení, protože příliš vysoké napětí může způsobit namáhání materiálu a tím zkracovat životnost baterie.

Pokud nabití překročí napětí 4,2V na baterii, přinesou i bezpečnostní rizika. Nízkonákladové nabíjecí obvody se mohou přebíjet, protože baterie nedosahuje skutečného limitu.

Používají takzvané strategie nabíjení a běhu, tato strategie má výhodu v tom, že rychle vypadá. Tato strategie využívá charakteristiky lithium-iontové nabíjecí křivky, kterou lze rozdělit do čtyř klíčových fází. První fáze využívá k napájení baterie konstantní proud.

U baterie je její napětí víceméně lineární. Napětí se zplošťuje v blízkosti špičky, kdy se nabíječka může zastavit. V tuto chvíli je však nabito pouze asi 85 %, což má za následek, že doba používání je teoreticky nízká.

Kromě toho je z bezpečnostních důvodů mezní napětí obvykle nastaveno pod maximální napětí, což dále snižuje maximální nabíjení baterie. Mezní napětí je 3,8 V spíše než typické maximum 4.

2V, takže je k dispozici 60 % kapacity baterie. Zbytek nabíjení se provádí ve fázi saturace nebo konstantního napětí. Ačkoli rychlonabíječka může zkrátit dobu potřebnou k dosažení saturační fáze přidáním nabíjecího proudu, má to za následek prodloužení saturační fáze a pečlivě a přesně řídí saturační fázi, aby byla chráněna před stresem.

Obrázek 1: Stupeň nabíjení lithium-iontových baterií, včetně stupňů tepelného nastavení při vysokých teplotách. Je obtížné testovat baterii plnou přetečení, takže čas nebo aktuální úroveň se používá jako proxy k označení, že baterie byla blízko úplného nabití. Obvykle je saturační nabíjení asi dvě hodiny, což poskytuje rozumnou sadu času.

Během saturačního nabíjení aktuální index klesá. Když proud dosáhne přibližně 3 % úrovně použité v první fázi, je baterie obecně považována za plně nabitou a proces se může zastavit. Napětí použité během saturovaného nabíjení je upraveno na jedno procento nebo lepší.

Obvody provádějící nasycené nabíjení mohou používat testování proudu a lisování k řízení procesů, aby bylo zajištěno, že po určité době dojde k přerušení napájení a nahromadění kovového lithia, což povede k požáru. Teplota je také užitečná při řízení nabíjení. V první fázi je vnitřní odpor relativně nízký, baterie nebude zúžená.

Jakmile vstoupí do fáze nasycení, baterie se zahřeje. Proto je teplotní čidlo velmi důležité zajistit, aby se baterie nepřehřívala a měla bezpečné riziko. Výrobci baterií poskytnou svým produktům bezpečný teplotní limit a obvykle dodávají termistory, které lze použít s ADC nebo komparačními obvody v obvodu nabíječky v sadě baterií.

Proces nabíjení se musí nabíjet před vyčerpáním hloubky. To využívá udržovací nabíjení k obnovení nabíjecí baterie - testované jejich napětí bude nižší než 3V. Jakmile je proces nabíjení dostatečně nabitý, napětí stoupne na 3V nebo více a lze převzít běžný proces prvního stupně nabíjení.

Nabíjecí IC LTC4065 společnosti Linglurt používá malý balíček DFN, který poskytuje způsob, jak organizovat zpětnovazební smyčky pro podporu různých režimů nabíjení požadovaných pro lithium-iontové baterie. Zařízení podporuje metody nabíjení konstantním proudem a konstantním napětím, stejně jako konstantní teplotu, která umožňuje efektivní nabíjení v blízkosti baterie. Pro podporu vysokoteplotního nabíjení má LTC4065 obvod tepelného limitu.

To může nastavit nabíjecí proud v souladu s typickou okolní teplotou (spíše než v nejhorším případě) a zajistit, že se nabíječka v nejhorším případě automaticky sníží. V LTC4065 tři zesilovače zpětnovazební smyčky řídí režim konstantního proudu, konstantního napětí a konstantní teploty. Čtvrtá zpětnovazební smyčka zesilovače se používá k přidání výstupní impedance páru zdroje proudu, aby se zajistilo, že jeden odběrový proud je právě tisíckrát větší než druhý odběrový proud.

Samostatná zpětná vazba pro operace s konstantním proudem a konstantním napětím nutí nabíječku na základě jakéhokoli modelu, který se snaží minimalizovat nabíjecí proud. Další výstup zesilovače je saturovaný, což efektivně eliminuje jeho smyčku ze systému. V režimu konstantního proudu je přesně řízen na 1V.

Prog pin pro programování proudu pomocí rezistoru s procentuální tolerancí (rPROG). Když je preferován režim konstantního napětí, smyčka konstantního napětí řídí svůj invertovaný vstup na vnitřní referenční napětí. Vnitřní odporový dělič zajišťuje, že napětí baterie zůstane na 4.

2V.Prog pin napětí může také indikovat nabíjecí proud v režimu konstantního napětí. V typické práci začíná doba nabíjení v režimu konstantního proudu - proud dodávaný do baterie je roven 1000 V / rProg.

Pokud se spotřeba energie LTC4065 blíží 115°C, mezní teplotní zesilovač začne snižovat nabíjecí proud, omezuje teplotu čipu v cca 115°C. Jakmile je režim omezení teploty opuštěn, LTC 4065 se vrátí do režimu konstantního proudu nebo vstoupí do režimu konstantního napětí z režimu konstantní teploty. Ať už je to režim, napětí pinu PROG je úměrné proudu dodávanému do baterie.

Vnitřní obvody s časovým tlakem a řízení udržovacího nabíjení zlepšily funkce potřebné pro efektivní řízení lithium-iontových baterií. Zařízení dodává 0,6% přesnost plovoucího napětí, pouze dvě externí komponenty.

Když je odpojeno vstupní napájení, LTC4065 automaticky přejde do stavu nízkého proudu a únik z baterie se sníží na 1μA níže. Po připojení napájení může LTC4065 přejít do režimu vypnutí a snížit napájení na 20.

μA níže. Obrázek 2: Vývojový diagram stavu nabíjení Rozhodnutí LTC4065 podobné tomuto. Podobně jako LTC4065 má MaximIntegrated MAX1551 také funkce tepelného omezení, optimální nabíjení, aniž by byl tepelně omezován nejhorším případem baterie a vstupního napětí.

Po dosažení tepelného limitu MAX 15551 a MAX 1555 zcela nepřestanou nabíjet, ale postupně sníží nabíjecí proud, což pomáhá zachovat funkci při chlazení v systému. Používá se pouzdro SOT23, podobně jako MAX1551 a MAX 1555, MCP73811 vyvinutý společností Microchiptechnology je dodáván s nabíjením konstantním tlakem a konstantním proudem, který je naprogramován pouze externím odporem, a je vybaven vestavěným teplotním senzorem pro řízení limitního nabíjení. Řada BQ2409X od Texas Instruments (TI) je vysoce integrovaná lineární nabíječka určená pro přenosné použití orientované na prostor.

Tyto integrované obvody jsou navrženy pro napájení z USB portu nebo pro adaptéry AC s vysokým rozsahem vstupního napětí a ochranou proti přepětí. BQ2904X provádí nastavení, nabíjení konstantním proudem a konstantním napětím. Ve všech fázích nabíjení monitoruje vnitřní řídicí smyčka teplotu IC přechodu a nižší nabíjecí proud při překročení vnitřních teplotních prahů.

Přestože kombinace lithium-iontových baterií k nabíjecím technikám umožňuje vytvářet přenosné a nositelné systémy, aby se přenosné a nositelné systémy prodlužovaly, je dodávána nejdelší funkce a velikost baterie lze zmenšit. Nejlepší kompromis mezi malou hmotností a životností. .