Metoda punjenja litij-ionske baterije za pohranu energije

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - პორტატული ელექტროსადგურის მიმწოდებელი

U usporedbi sa starim tehnologijama kao što je nikal-kadmij, kemijska tehnologija litij-ionskih baterija uvelike poboljšava gustoću snage prijenosne opreme i prati normalno vrijeme rada ovih sustava kada je jednokratno punjenje. Omjer samopražnjenja litij-ionske baterije je polovica nikal-kadmijevih i nikal metal hidrida, što također pomaže u vijeku trajanja, omogućuje punjenje opreme, tako da kupci ne moraju kupovati prije upotrebe. Nedostatak litijevih iona je složeniji od stare tehnologije nego rane kemije.

Međutim, oprezno upravljanje može se upotrijebiti za maksimiziranje isporuke energije litijevih iona, ne samo za pružanje boljeg iskustva, već vam također omogućuje sužavanje dizajna na upotrebu manjih baterija. Budući da baterija čini značajan omjer u veličini i težini nosivog uređaja, izvanredna je zamjenom kruga punjenja drugim krugom punjenja. Ključni problem litij-ionskih baterija je što su vrlo osjetljive na prekomjerno punjenje, jer previsok napon može uzrokovati stres materijala, a time i skraćivanje vijeka trajanja baterije.

Ako punjenje prelazi napon od 4,2 V po bateriji, oni će također donijeti sigurnosne rizike. Jeftini krugovi za punjenje mogu se prepuniti jer baterija ne doseže stvarni limit.

Koriste takozvane strategije punjenja i rada, ova strategija ima prednost što izgleda brzo. Ova strategija koristi karakteristike krivulje naboja litij-iona, koja se može podijeliti u četiri ključne faze. Prva faza koristi konstantnu struju za napajanje baterije.

Kod baterije je njen napon više-manje linearan. Napon se izravnava u blizini vrha, a tada se punjač može zaustaviti. Međutim, samo oko 85% napunjenosti u ovom trenutku, što rezultira niskim vremenom korištenja u teoriji.

Osim toga, zbog sigurnosnih razloga, granični napon obično je postavljen ispod maksimalnog napona, što dodatno smanjuje maksimalno punjenje baterije. Isključni napon je 3,8 V umjesto uobičajenog maksimuma od 4.

2V, tako da je dostupno 60% kapaciteta baterije. Ostatak punjenja provodi se tijekom faze zasićenja ili konstantnog napona. Iako brzi punjač može smanjiti vrijeme potrebno za postizanje faze zasićenja dodavanjem struje punjenja, to ima učinak produljenja faze zasićenja te pažljivo i točno upravlja stupnjem zasićenja kako bi se zaštitio od stresa.

Slika 1: Faza punjenja litij-ionskih baterija, uključujući faze toplinske prilagodbe u uvjetima visoke temperature. Teško je testirati bateriju punu preljeva, pa se vrijeme ili trenutna razina koriste kao zamjena za označavanje da je baterija bila blizu potpunog punjenja. Obično je zasićenje punjenja oko dva sata, čime se osigurava razumno vrijeme.

Tijekom punjenja zasićenja, indeks struje opada. Kada struja dosegne oko 3% razine korištene u prvoj fazi, općenito se smatra da je baterija potpuno napunjena i proces se može zaustaviti. Napon koji se koristi tijekom zasićenog punjenja je podešen na jedan posto ili bolji.

Krugovi koji izvode zasićeni naboj mogu koristiti ispitivanje struje i pritisak za upravljanje procesima kako bi se osiguralo da će struja biti prekinuta nakon određenog vremena, a metalni litij se nakuplja, što rezultira požarom. Temperatura je također korisna u kontroli punjenja. U prvoj fazi, unutarnji otpor je relativno nizak, baterija neće biti sužena.

Nakon što uđe u fazu zasićenja, baterija će postati toplija. Stoga je senzor temperature povezan s osiguravanjem da se baterija neće pregrijati i da postoji siguran rizik koji je vrlo važan. Proizvođači baterija osigurat će sigurnu temperaturnu granicu za svoje proizvode i obično isporučuju termistore koji se mogu koristiti s ADC-ovima ili komparatorskim krugovima u krugu punjača u paketu baterija.

Proces punjenja treba napuniti prije pražnjenja dubine. Ovo koristi postupno punjenje za nastavak punjenja baterije - testirano je da će njihov napon biti niži od 3 V. Nakon što se proces kapanja dovoljno napuni, napon će porasti na 3 V ili više i može se preuzeti normalan proces punjenja prve faze.

Linglurt LTC4065 IC punjača koristi DFN paket male veličine koji opisuje kako organizirati petlje povratnih informacija za podršku različitim načinima punjenja potrebnim za litij-ionske baterije. Uređaj podržava metode punjenja konstantnom strujom i konstantnim naponom, kao i konstantnu temperaturu kako bi se omogućilo učinkovito punjenje u blizini baterije. Kako bi podržao visokotemperaturno punjenje, LTC4065 ima krug za ograničavanje topline.

Ovo može postaviti struju punjenja u skladu s tipičnom temperaturom okoline (umjesto u najgorem slučaju) i osigurati da se punjač automatski smanji u najgorem slučaju. U LTC4065, tri povratne petlje pojačala kontroliraju način konstantne struje, konstantnog napona i konstantne temperature. Četvrta povratna petlja pojačala koristi se za dodavanje izlazne impedancije strujnog para izvora kako bi se osiguralo da je jedna odvodna struja samo tisuću puta veća od druge odvodne struje.

Zasebna povratna petlja za operacije konstantne struje i konstantnog napona prisiljava punjač na temelju bilo kojeg modela koji pokušava minimizirati struju punjenja. Drugi izlaz pojačala je zasićen, što učinkovito eliminira njegovu petlju iz sustava. Kada je u načinu rada konstantne struje, točno se dovodi do 1v.

Prog pin za programiranje struje pomoću postotnog otpornika tolerancije (rPROG). Kada se voli način rada konstantnog napona, petlja konstantnog napona pokreće svoj invertirani ulaz na interni referentni napon. Unutarnji razdjelnik otpornika osigurava da napon baterije ostane na 4.

2V.Prog pin napon također može označavati struju punjenja u načinu konstantnog napona. U tipičnom radu, razdoblje punjenja počinje s načinom konstantne struje - struja isporučena bateriji jednaka je 1000 V / rProg.

Ako je potrošnja energije LTC4065 blizu 115°C, granično temperaturno pojačalo počet će snižavati struju punjenja, ograničiti temperaturu čipa za oko 115°C. Nakon što se izađe iz načina rada ograničenja temperature, LTC 4065 će se vratiti u način rada konstantne struje ili će ući u način rada konstantnog napona iz načina rada konstantne temperature. Bilo da je u modu, napon PROG pina proporcionalan je struji koja se isporučuje bateriji.

Unutarnji strujni krug za kratkotrajno punjenje i upravljanje postupnim punjenjem poboljšali su funkcije potrebne za učinkovito upravljanje litij-ionskom baterijom. Uređaj isporučuje točnost promjenjivog napona od 0,6%, samo dvije vanjske komponente.

Kada se prekine ulazno napajanje, LTC4065 automatski ulazi u stanje niske struje i curenje baterije se smanjuje na 1μA ispod. Nakon što se uključi napajanje, LTC4065 može ući u način rada za isključivanje i smanjiti napajanje na 20.

μA ispod. Slika 2: Dijagram toka statusa punjenja LTC4065 odluka slična ovoj. Slično LTC4065, MaximIntegrated MAX1551 također ima funkcije ograničavanja topline, optimalno punjenje, bez termičkog ograničenja baterijom u najgorem slučaju i ulaznim naponom.

Kada se dosegne ograničenje topline, MAX 15551 i MAX 1555 neće potpuno prekinuti punjenje, već će postupno smanjiti struju punjenja, što pomaže u održavanju funkcije tijekom hlađenja u sustavu. Upotrebljava se paket SOT23, sličan MAX1551 i MAX 1555, MCP73811 koji je razvio Microchiptechnology isporučuje se s punjenjem konstantnim tlakom i konstantnom strujom, potonje se samo programira vanjskim otporom, te je opremljen ugrađenim senzorom topline za kontrolu ograničenja temperature punjenja. Serija BQ2409X tvrtke Texas Instruments (TI) je visoko integrirani linearni punjač, ​​namijenjen svemirski orijentiranoj prijenosnoj uporabi.

Ovi IC-ovi su dizajnirani za napajanje preko USB priključka ili mogu biti neprilagođeni AC adapteri s visokim rasponom ulaznog napona i zaštitom od ulaznog prenapona. BQ2904X vrši podešavanje, punjenje konstantnom strujom i konstantnim naponom. U svim fazama punjenja, unutarnja kontrolna petlja prati temperaturu IC spoja i nižu struju punjenja kada se prekorače pragovi interne temperature.

Iako kombinacija litij-ionskih baterija za punjenje tehnika omogućuje izgradnju prijenosnih i nosivih sustava kako bi izrada prijenosnih i nosivih sustava bila dulja, pruža se najduža funkcija, a veličina baterije može se smanjiti. Najbolji kompromis između male težine i životnog vijeka. .