ऊर्जा भंडारण के लिए लिथियम-आयन बैटरी चार्जिंग विधि

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Portable Power Station Supplier

निकेल-कैडमियम जैसी पुरानी प्रौद्योगिकियों की तुलना में, लिथियम-आयन बैटरी रसायन विज्ञान प्रौद्योगिकी पोर्टेबल उपकरणों की शक्ति घनत्व में काफी सुधार करती है, और एकल चार्जिंग होने पर इन प्रणालियों के सामान्य संचालन समय का पालन करती है। लिथियम-आयन बैटरी का स्व-निर्वहन अनुपात निकेल-कैडमियम और निकेल धातु हाइड्राइड का आधा है, जो शेल्फ जीवन में भी मदद करता है, उपकरण को चार्ज करने की अनुमति देता है, ताकि ग्राहकों को उपयोग से पहले खरीदना न पड़े। लिथियम आयनों का नुकसान प्रारंभिक रसायन विज्ञान की तुलना में पुरानी तकनीक से अधिक जटिल है।

हालांकि, सावधानीपूर्वक प्रबंधन का उपयोग लिथियम आयनों की शक्ति वितरण को अधिकतम करने के लिए किया जा सकता है, जो न केवल बेहतर अनुभव प्रदान करेगा, बल्कि आपको छोटी बैटरी का उपयोग करने के लिए अपने डिजाइन को संकीर्ण करने की भी अनुमति देगा। चूंकि बैटरी पहनने योग्य डिवाइस के आकार और वजन में महत्वपूर्ण अनुपात रखती है, इसलिए एक चार्जिंग सर्किट को दूसरे चार्जिंग सर्किट से बदलना उल्लेखनीय है। लिथियम-आयन बैटरियों की मुख्य समस्या यह है कि वे अत्यधिक चार्जिंग के प्रति बहुत संवेदनशील होती हैं, क्योंकि अत्यधिक वोल्टेज के कारण सामग्री पर तनाव उत्पन्न हो सकता है, जिससे बैटरी का जीवन छोटा हो जाता है।

यदि चार्ज प्रति बैटरी 4.2V के वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो इससे सुरक्षा जोखिम भी उत्पन्न होगा। कम लागत वाले चार्जिंग सर्किट को ओवरचार्ज किया जा सकता है, क्योंकि बैटरी वास्तविक सीमा तक नहीं पहुंच पाती।

वे तथाकथित चार्जिंग और रनिंग रणनीति का उपयोग करते हैं, इस रणनीति का लाभ यह है कि यह शीघ्रता से कार्य करती है। यह रणनीति लिथियम आयन चार्जिंग वक्र की विशेषताओं का उपयोग करती है, जिसे चार प्रमुख चरणों में विभाजित किया जा सकता है। प्रथम चरण में बैटरी को आपूर्ति करने के लिए स्थिर धारा का उपयोग किया जाता है।

बैटरी के साथ, इसका वोल्टेज कमोबेश रैखिक होता है। वोल्टेज शिखर के आसपास स्थिर हो जाता है, जिस समय चार्जर रुक सकता है। हालाँकि, इस समय केवल 85% चार्ज होता है, जिसके परिणामस्वरूप सिद्धांत रूप में उपयोग का समय कम होता है।

इसके अतिरिक्त, सुरक्षा कारणों से, कटऑफ वोल्टेज को आमतौर पर अधिकतम वोल्टेज से नीचे सेट किया जाता है, जिससे बैटरी पर लागू अधिकतम चार्ज और कम हो जाता है। कटऑफ वोल्टेज सामान्य अधिकतम 4 के बजाय 3.8V है।

2V, अतः बैटरी क्षमता का 60% उपलब्ध है। शेष चार्जिंग संतृप्ति या स्थिर वोल्टेज चरण के दौरान की जाती है। यद्यपि तीव्र चार्जर, चार्जिंग धारा जोड़कर संतृप्ति चरण तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय को कम कर सकता है, लेकिन इससे संतृप्ति चरण का विस्तार होता है, तथा तनाव से बचाव के लिए संतृप्ति चरण का सावधानीपूर्वक और सटीक प्रबंधन होता है।

चित्र 1: उच्च तापमान स्थितियों के तहत थर्मल समायोजन चरणों सहित लिथियम आयन बैटरी का चार्जिंग चरण। बैटरी के पूरी तरह चार्ज होने या ओवरफ्लो होने का परीक्षण करना कठिन है, इसलिए बैटरी के पूरी तरह चार्ज होने के संकेत के लिए समय या करंट स्तर का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर, संतृप्ति चार्जिंग लगभग दो घंटे की होती है, जिससे उचित समय मिल जाता है।

संतृप्ति चार्जिंग के दौरान, वर्तमान सूचकांक में गिरावट आती है। जब विद्युत धारा प्रथम चरण में प्रयुक्त स्तर के लगभग 3% तक पहुंच जाती है, तो आमतौर पर बैटरी को पूरी तरह चार्ज माना जाता है और प्रक्रिया को रोका जा सकता है। संतृप्त चार्जिंग के दौरान प्रयुक्त वोल्टेज को एक प्रतिशत या उससे बेहतर स्तर पर समायोजित किया जाता है।

संतृप्त चार्ज करने वाले सर्किट वर्तमान परीक्षण का उपयोग कर सकते हैं और प्रक्रियाओं का प्रबंधन करने के लिए प्रेस कर सकते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि समय की अवधि के बाद बिजली काट दी जाएगी, और धातु लिथियम जमा हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप आग लग जाएगी। तापमान नियंत्रण चार्जिंग में भी उपयोगी है। प्रथम चरण में, आंतरिक प्रतिरोध अपेक्षाकृत कम होता है, बैटरी टेपर्ड नहीं होगी।

संतृप्ति चरण में प्रवेश करने पर बैटरी गर्म हो जाएगी। इसलिए, तापमान सेंसर यह सुनिश्चित करने से संबंधित है कि बैटरी ज़्यादा गरम न हो और सुरक्षित जोखिम हो, यह बहुत महत्वपूर्ण है। बैटरी निर्माता अपने उत्पादों के लिए एक सुरक्षित तापमान सीमा प्रदान करते हैं, तथा आमतौर पर थर्मिस्टर की आपूर्ति करते हैं, जिनका उपयोग बैटरी पैक में चार्जर सर्किट में ADC या तुलनित्र सर्किट के साथ किया जा सकता है।

चार्जिंग प्रक्रिया को गहराई कम होने से पहले ही चार्ज कर लेना चाहिए। यह चार्ज करने योग्य बैटरी को फिर से चालू करने के लिए ट्रिकल चार्जिंग का उपयोग करता है - परीक्षण में पाया गया कि उनका वोल्टेज 3V से कम होगा। एक बार जब ट्रिकल प्रक्रिया को पर्याप्त चार्ज प्रदान कर दिया जाता है, तो वोल्टेज 3V या उससे अधिक हो जाएगा और सामान्य प्रथम चरण चार्जिंग प्रक्रिया शुरू की जा सकेगी।

लिंगलर्ट का LTC4065 चार्जर आईसी एक छोटे आकार के DFN पैकेज का उपयोग करता है जो लिथियम आयन बैटरी के लिए आवश्यक विभिन्न चार्जिंग मोड का समर्थन करने के लिए फीडबैक लूप को व्यवस्थित करने का तरीका बताता है। यह उपकरण स्थिर धारा और स्थिर वोल्टेज चार्जिंग विधियों का समर्थन करता है, साथ ही बैटरी के निकट प्रभावी चार्जिंग के लिए स्थिर तापमान का भी समर्थन करता है। उच्च तापमान चार्जिंग का समर्थन करने के लिए, LTC4065 में एक ताप सीमा सर्किट है।

इससे चार्जिंग धारा को सामान्य परिवेशी तापमान के अनुसार निर्धारित किया जा सकता है (सबसे खराब स्थिति के बजाय), तथा यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि सबसे खराब स्थिति में चार्जर की शक्ति स्वचालित रूप से कम हो जाए। LTC4065 में, तीन एम्पलीफायर फीडबैक लूप निरंतर धारा, निरंतर वोल्टेज और निरंतर तापमान मोड को नियंत्रित करते हैं। चौथे एम्प्लीफायर फीडबैक लूप का उपयोग धारा स्रोत युग्म के आउटपुट प्रतिबाधा को जोड़ने के लिए किया जाता है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि एक ड्रेन धारा, दूसरी ड्रेन धारा की हजार गुना हो।

स्थिर धारा और स्थिर वोल्टेज परिचालन के लिए एक अलग फीडबैक लूप चार्जर को किसी भी मॉडल पर आधारित होने के लिए बाध्य करता है जो चार्जिंग धारा को न्यूनतम करने का प्रयास करता है। एक अन्य एम्पलीफायर का आउटपुट संतृप्त है, जो प्रभावी रूप से सिस्टम से इसके लूप को हटा देता है। स्थिर धारा मोड में होने पर, इसे सटीक रूप से 1v तक संचालित किया जाता है।

प्रोग पिन, प्रतिशत सहिष्णुता प्रतिरोधक (rPROG) का उपयोग करके धारा को प्रोग्राम करने के लिए। जब स्थिर वोल्टेज मोड पसंद किया जाता है, तो स्थिर वोल्टेज लूप अपने उल्टे इनपुट को आंतरिक संदर्भ वोल्टेज पर चलाता है। आंतरिक प्रतिरोधक विभाजक यह सुनिश्चित करता है कि बैटरी वोल्टेज 4 पर बना रहे।

2V.प्रोग पिन वोल्टेज निरंतर वोल्टेज मोड में चार्जिंग करंट को भी इंगित कर सकता है। एक सामान्य कार्य में, चार्जिंग अवधि निरंतर-वर्तमान मोड से शुरू होती है - बैटरी को दिया जाने वाला वर्तमान 1000V / rProg के बराबर होता है।

यदि LTC4065 की बिजली खपत करीब है 115°सी, सीमा तापमान एम्पलीफायर चार्जिंग वर्तमान को कम करना शुरू कर देगा, चिप के तापमान को लगभग सीमित कर देगा 115°C. एक बार तापमान प्रतिबंध मोड से बाहर निकलने पर, LTC 4065 स्थिर धारा मोड में वापस आ जाएगा या स्थिर तापमान मोड से स्थिर वोल्टेज मोड में प्रवेश करेगा। चाहे वह कोई भी मोड हो, PROG पिन का वोल्टेज बैटरी को दिए जाने वाले करंट के समानुपाती होता है।

आंतरिक प्रेस-ऑफ-टाइम सर्किटरी और ट्रिकल चार्जिंग प्रबंधन ने प्रभावी लिथियम-आयन बैटरी प्रबंधन के लिए आवश्यक कार्यों में सुधार किया है। यह उपकरण 0.6% फ्लोटिंग वोल्टेज सटीकता प्रदान करता है, केवल दो बाह्य घटकों द्वारा।

जब इनपुट पावर हटा दी जाती है, तो LTC4065 स्वचालित रूप से कम वर्तमान स्थिति में प्रवेश करता है और बैटरी रिसाव कम हो जाता है 1μनीचे A. बिजली लागू होने के बाद, LTC4065 शटडाउन मोड में प्रवेश कर सकता है और बिजली की आपूर्ति को 20 तक गिरा सकता है।

μनीचे A. चित्र 2: चार्जिंग स्थिति प्रवाह चार्ट LTC4065 निर्णय इसी के समान। LTC4065 के समान, MaximIntegrated MAX1551 में भी थर्मल सीमित करने वाले कार्य, इष्टतम चार्जिंग, सबसे खराब स्थिति वाली बैटरी और इनपुट वोल्टेज द्वारा थर्मल रूप से प्रतिबंधित किए बिना, मौजूद हैं।

जब ताप सीमा पूरी हो जाती है, तो MAX 15551 और MAX 1555 पूरी तरह से चार्ज करना बंद नहीं करेंगे, बल्कि धीरे-धीरे चार्जिंग करंट को कम कर देंगे, जिससे सिस्टम में शीतलन होने पर भी कार्य को बनाए रखने में मदद मिलती है। SOT23 पैकेज का उपयोग किया जाता है, MAX1551 और MAX 1555 के समान, माइक्रोचिपटेक्नोलॉजी द्वारा विकसित MCP73811 को निरंतर दबाव और निरंतर वर्तमान चार्जिंग के साथ आपूर्ति की जाती है, बाद वाले को केवल बाहरी प्रतिरोध द्वारा प्रोग्राम किया जाता है, और एक अंतर्निहित ताप सेंसर नियंत्रण तापमान सीमा चार्जिंग से सुसज्जित है। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स (टीआई) की बीक्यू2409एक्स श्रृंखला एक अत्यधिक एकीकृत रैखिक चार्जर डिवाइस है, जो अंतरिक्ष-उन्मुख पोर्टेबल उपयोग का सामना करती है।

ये आईसी यूएसबी पोर्ट पावर के लिए डिज़ाइन किए गए हैं या उच्च इनपुट वोल्टेज रेंज और इनपुट ओवरवोल्टेज सुरक्षा के साथ एसी एडाप्टर को समायोजित नहीं किया जा सकता है। BQ2904X समायोजन, निरंतर वर्तमान और निरंतर वोल्टेज चार्जिंग करता है। सभी चार्जिंग चरणों में, आंतरिक नियंत्रण लूप आईसी जंक्शन तापमान पर नज़र रखता है और आंतरिक तापमान सीमा पार होने पर चार्जिंग करंट को कम करता है।

यद्यपि लिथियम-आयन बैटरियों को चार्ज करने की तकनीकों के संयोजन से पोर्टेबल और पहनने योग्य प्रणालियों के निर्माण की अनुमति मिलती है, लेकिन सबसे लंबे समय तक कार्य करने के लिए बैटरी की आपूर्ति की जाती है, और बैटरी का आकार कम किया जा सकता है। छोटे से वजन और जीवन के बीच सबसे अच्छा समझौता। .