Litiumioniakun latausmenetelmä energian varastointiin

著者：Iflowpower – Provedor de central eléctrica portátil

Verrattuna vanhoihin teknologioihin, kuten nikkeli-kadmiumiin, litiumioniakkujen kemiallinen tekniikka parantaa huomattavasti kannettavien laitteiden tehotiheyttä ja seuraa näiden järjestelmien normaalia toiminta-aikaa kertalatauksella. Litiumioniakun itsepurkautumissuhde on puolet nikkeli-kadmiumista ja nikkelimetallihydrideistä, mikä myös parantaa säilyvyyttä, mahdollistaa laitteiden latauksen, joten asiakkaiden ei tarvitse ostaa ennen käyttöä. Litium-ionien haittapuoli on monimutkaisempi kuin vanha tekniikka kuin varhainen kemia.

Varovaista hallintaa voidaan kuitenkin käyttää litiumionien tehonsiirron maksimoimiseksi, ei vain tarjoa parempaa kokemusta, vaan mahdollistaa myös suunnittelun rajaamisen pienempien akkujen käyttöön. Koska akun osuus puettavan laitteen koosta ja painosta on merkittävä, se on huomattava korvaamalla latauspiirin toiseen latauspiiriin. Litiumioniakkujen keskeinen ongelma on, että ne ovat erittäin herkkiä liialliselle lataukselle, koska liian korkea jännite voi aiheuttaa materiaalin rasitusta, mikä lyhentää akun käyttöikää.

Jos lataus ylittää 4,2 V:n jännitteen akkua kohti, ne tuovat mukanaan myös turvallisuusriskejä. Edulliset latauspiirit voivat ylilatautua, koska akku ei saavuta todellista rajaa.

He käyttävät niin kutsuttuja lataus- ja käyttöstrategioita, tällä strategialla on se etu, että se näyttää nopeasti. Tämä strategia käyttää litiumionivarauskäyrän ominaisuuksia, jotka voidaan jakaa neljään avainvaiheeseen. Ensimmäinen vaihe käyttää vakiovirtaa akun syöttämiseen.

Akun kanssa sen jännite on enemmän tai vähemmän lineaarinen. Jännite tasoittuu huipun läheisyydessä, jolloin laturi voi pysähtyä. Kuitenkin vain noin 85% lataus tällä hetkellä, jolloin käyttöaika on teoriassa pieni.

Lisäksi katkaisujännite asetetaan turvallisuussyistä tyypillisesti maksimijännitteen alapuolelle, mikä edelleen vähentää akkuun kohdistuvaa maksimivarausta. Katkaisujännite on 3,8 V tyypillisen maksimi 4:n sijaan.

2V, joten 60% akun kapasiteetista on käytettävissä. Loput latauksesta suoritetaan kyllästys- tai vakiojännitevaiheen aikana. Vaikka pikalaturi voi lyhentää kyllästysvaiheen saavuttamiseen tarvittavaa aikaa lisäämällä latausvirtaa, tämä pidentää kyllästysvaihetta ja hallitsee kyllästymisvaihetta huolellisesti ja tarkasti suojatakseen stressiä.

Kuva 1: Litiumioniakkujen latausvaihe, mukaan lukien lämpösäätövaiheet korkeissa lämpötiloissa. On vaikea testata, että akku on täynnä ylivuotoa, joten aikaa tai virtatasoa käytetään välityspalvelimena osoittamaan, että akku on ollut lähellä täydellistä latausta. Yleensä kyllästyslataus on noin kaksi tuntia, mikä tarjoaa kohtuullisen ajan.

Kyllästyslatauksen aikana virtaindeksi laskee. Kun virta saavuttaa noin 3 % ensimmäisessä vaiheessa käytetystä tasosta, akun katsotaan yleensä olevan täyteen ladattu ja prosessi voi pysähtyä. Kyllästetyn latauksen aikana käytettävä jännite on säädetty yhteen prosenttiin tai paremmaksi.

Kyllästettyä varausta suorittavat piirit voivat käyttää virtatestausta ja puristusta prosessien hallintaan varmistaakseen, että virta katkeaa tietyn ajan kuluttua ja metallilitium kerääntyy, mikä johtaa tulipaloon. Lämpötila on hyödyllinen myös ohjauslatauksessa. Ensimmäisessä vaiheessa sisäinen vastus on suhteellisen alhainen, akku ei kapene.

Kun akku on siirtynyt kyllästysvaiheeseen, se lämpenee. Siksi lämpötila-anturi liittyy sen varmistamiseen, että akku ei ylikuumene ja on turvallinen riski. Akkujen valmistajat tarjoavat tuotteilleen turvallisen lämpötilarajan ja yleensä toimittavat termistoreita, joita voidaan käyttää ADC:iden tai vertailupiirien kanssa akun latauspiirissä.

Latausprosessi on ladattava ennen syvyyden tyhjenemistä. Tämä käyttää nollalatausta ladattavan akun jatkamiseksi - testattu, että niiden jännite on alle 3 V. Kun valumisprosessiin on syötetty riittävästi latausta, jännite nousee 3 V:iin tai enemmän ja normaali ensimmäisen vaiheen latausprosessi voidaan ottaa haltuun.

Linglurt LTC4065 laturi IC käyttää pienikokoista DFN-pakettia, joka tarjoaa palautesilmukoiden järjestämisen tukemaan litiumioniakkujen vaatimia erilaisia ​​lataustiloja. Laite tukee vakiovirran ja vakiojännitteen latausmenetelmiä sekä vakiolämpötilaa, joka mahdollistaa tehokkaan latauksen lähellä akkua. Korkean lämpötilan latauksen tukemiseksi LTC4065:ssä on lämpörajoituspiiri.

Tämä voi asettaa latausvirran tyypillisen ympäristön lämpötilan mukaan (eikä pahimmassa tapauksessa) ja varmistaa, että laturi laskee automaattisesti pahimmassa tapauksessa. LTC4065:ssä kolme vahvistimen takaisinkytkentäsilmukkaa ohjaavat vakiovirtaa, vakiojännitettä ja vakiolämpötilatilaa. Neljännellä vahvistimen takaisinkytkentäsilmukalla lisätään virtalähdeparin lähtöimpedanssi sen varmistamiseksi, että yksi nieluvirta on vain tuhat kertaa toisen nieluvirran määrä.

Erillinen takaisinkytkentäsilmukka vakiovirta- ja vakiojännitetoimintoja varten pakottaa laturin mihin tahansa malliin, joka yrittää minimoida latausvirran. Toinen vahvistimen lähtö on kyllästynyt, mikä eliminoi sen silmukan tehokkaasti järjestelmästä. Vakiovirtatilassa se ohjataan tarkasti 1v:iin.

Prog pin ohjelmoidaksesi virran käyttämällä prosentuaalista toleranssivastusta (rPROG). Kun vakiojännitetilaa rakastetaan, vakiojännitesilmukka ohjaa käänteisen tulonsa sisäiseen referenssijännitteeseen. Sisäinen vastuksen jakaja varmistaa, että akun jännite pysyy 4:ssä.

2V.Prog pin jännite voi myös osoittaa latausvirran vakiojännitetilassa. Tyypillisessä työssä latausjakso alkaa vakiovirtatilalla - akkuun toimitettu virta on 1000V / rProg.

Jos LTC4065:n virrankulutus on lähellä 115°C, rajalämpötilavahvistin alkaa laskea latausvirtaa, rajoittaa sirun lämpötilaa n. 115°C. Kun lämpötilanrajoitustilasta poistutaan, LTC 4065 palaa vakiovirtatilaan tai siirtyy vakiojännitetilaan vakiolämpötilatilasta. Olipa kyseessä tila, PROG-nastan jännite on verrannollinen akkuun syötettyyn virtaan.

Sisäinen paine-of-aikapiiri ja nollalatauksen hallinta ovat parantaneet tehokkaan litiumioniakun hallinnan edellyttämiä toimintoja. Laite tarjoaa 0,6 % kelluvan jännitteen tarkkuuden, vain kaksi ulkoista komponenttia.

Kun syöttöjännite katkaistaan, LTC4065 siirtyy automaattisesti matalan virran tilaan ja akun vuoto laskee 1μA alla. Kun virta on kytketty, LTC4065 voi siirtyä sammutustilaan ja pudottaa virtalähteen 20:een.

μA alla. Kuva 2: Lataustilan vuokaavio LTC4065 vastaava päätös. Samoin kuin LTC4065, MaximIntegrated MAX1551:ssä on myös lämpörajoitustoiminnot, optimaalinen lataus ilman, että pahimman mahdollisen akun ja syöttöjännitteen lämpö rajoita sitä.

Kun lämpöraja saavutetaan, MAX 15551 ja MAX 1555 eivät lopeta lataamista kokonaan, vaan vähentävät vähitellen latausvirtaa, mikä auttaa säilyttämään toiminnan jäähdytettäessä järjestelmässä. Käytössä on SOT23-paketti, kuten MAX1551 ja MAX 1555, Microchiptechnologyn kehittämä MCP73811 toimitetaan vakiopaineella ja vakiovirtalatauksella, jälkimmäinen vain ulkoisen vastuksen ohjelmoituna, ja se on varustettu sisäänrakennetulla lämpöanturin ohjauslämpötilarajalatauksella. Texas Instrumentsin (TI) BQ2409X-sarja on erittäin integroitu lineaarinen latauslaite, joka on tarkoitettu avaruuteen tarkoitettuun kannettavaan käyttöön.

Nämä IC:t on suunniteltu USB-porttivirtaa varten tai niitä ei saa olla säädetyillä AC-sovittimilla, joissa on korkea tulojännitealue ja tulon ylijännitesuoja. BQ2904X suorittaa säädön, vakiovirran ja jatkuvan jännitteen latauksen. Kaikissa latausvaiheissa sisäinen ohjaussilmukka valvoo IC-liitoksen lämpötilaa ja alentaa latausvirtaa, kun sisäiset lämpötilakynnykset ylittyvät.

Vaikka litiumioniakkujen yhdistäminen lataustekniikoihin mahdollistaa kannettavien ja puettavien järjestelmien rakentamisen, mikä pidentää kannettavien ja puettavien järjestelmien rakentamista, toimitetaan pisin toiminto ja akun kokoa voidaan pienentää. Paras kompromissi pienen, painon ja elämän välillä. .