Metodo di ricarica della batteria agli ioni di litio per l&39;accumulo di energia

Forfatter: Iflowpower – Fournisseur de centrales électriques portables

Rispetto alle vecchie tecnologie, come quella al nichel-cadmio, la tecnologia chimica delle batterie agli ioni di litio migliora notevolmente la densità di potenza delle apparecchiature portatili e rispetta i normali tempi di funzionamento di questi sistemi quando si effettua una singola ricarica. Il rapporto di autoscarica della batteria agli ioni di litio è la metà di quello delle batterie al nichel-cadmio e al nichel-metallo idruri, il che contribuisce anche alla durata di conservazione e consente di caricare l&39;apparecchiatura, in modo che i clienti non debbano acquistarla prima dell&39;uso. Lo svantaggio degli ioni di litio è più complesso della vecchia tecnologia che della chimica primitiva.

Tuttavia, una gestione attenta può essere utilizzata per massimizzare l&39;erogazione di potenza degli ioni di litio, non solo per offrire un&39;esperienza migliore, ma anche per consentire di restringere la progettazione in modo da utilizzare batterie più piccole. Poiché la batteria rappresenta una parte significativa delle dimensioni e del peso del dispositivo indossabile, è notevole la possibilità di sostituire un circuito di ricarica con un altro circuito di ricarica. Il problema principale delle batterie agli ioni di litio è che sono molto sensibili alla carica eccessiva, perché una tensione troppo alta può causare stress ai materiali, riducendo così la durata della batteria.

Se la carica supera la tensione di 4,2 V per batteria, si verificheranno anche dei rischi per la sicurezza. I circuiti di ricarica a basso costo possono sovraccaricarsi perché la batteria non raggiunge il limite effettivo.

Utilizzano le cosiddette strategie di ricarica e corsa, questa strategia ha il vantaggio di apparire rapidamente. Questa strategia sfrutta le caratteristiche della curva di carica delle batterie agli ioni di litio, che può essere suddivisa in quattro fasi principali. La prima fase utilizza una corrente costante per alimentare la batteria.

Nella batteria, la tensione è più o meno lineare. La tensione si appiattisce in prossimità del picco, momento in cui il caricabatterie può fermarsi. Tuttavia, al momento la carica è solo dell&39;85% circa, il che comporta un tempo di utilizzo teoricamente breve.

Inoltre, per motivi di sicurezza, la tensione di interruzione è solitamente impostata al di sotto della tensione massima, riducendo ulteriormente la carica massima applicata alla batteria. La tensione di interruzione è di 3,8 V anziché del tipico valore massimo di 4.

2V, quindi è disponibile il 60% della capacità della batteria. Il resto della carica avviene durante la fase di saturazione o di tensione costante. Sebbene il caricabatterie rapido possa ridurre il tempo necessario per raggiungere la fase di saturazione aggiungendo corrente di carica, ciò ha l&39;effetto di estendere la fase di saturazione e di gestire con attenzione e precisione la fase di saturazione per proteggere dallo stress.

Figura 1: Fase di carica delle batterie agli ioni di litio, comprese le fasi di regolazione termica in condizioni di alta temperatura. È difficile testare una batteria completamente carica, quindi il tempo o il livello di corrente vengono utilizzati come indicatori per indicare che la batteria è prossima alla carica completa. Solitamente la carica di saturazione dura circa due ore, garantendo quindi un lasso di tempo ragionevole.

Durante la carica di saturazione, l&39;indice di corrente diminuisce. Quando la corrente raggiunge circa il 3% del livello utilizzato nella prima fase, la batteria è generalmente considerata completamente carica e il processo può interrompersi. La tensione utilizzata durante la carica satura viene regolata all&39;uno percento o più.

I circuiti che eseguono una carica satura possono utilizzare test di corrente e presse per gestire i processi per garantire che l&39;alimentazione venga interrotta dopo un certo periodo di tempo e che il litio metallico si accumuli, provocando un incendio. Anche la temperatura è utile per controllare la carica. Nella prima fase, la resistenza interna è relativamente bassa e la batteria non si esaurirà.

Una volta entrata nella fase di saturazione, la batteria si riscalda. Pertanto, il sensore di temperatura è molto importante per garantire che la batteria non si surriscaldi e che non vi siano rischi per la sicurezza. I produttori di batterie specificano un limite di temperatura sicuro per i loro prodotti e solitamente forniscono termistori che possono essere utilizzati con ADC o circuiti comparatori nel circuito del caricabatteria del pacco batteria.

Il processo di carica deve essere caricato prima dell&39;esaurimento della profondità. Utilizza una carica di mantenimento per ripristinare la carica della batteria; la tensione testata sarà inferiore a 3 V. Una volta che il processo di mantenimento è stato alimentato con una carica sufficiente, la tensione salirà a 3 V o più e sarà possibile avviare il normale processo di carica della prima fase.

Il circuito integrato del caricabatterie LTC4065 di Linglurt utilizza un package DFN di piccole dimensioni che fornisce informazioni su come organizzare i circuiti di feedback per supportare le varie modalità di carica richieste per le batterie agli ioni di litio. Il dispositivo supporta metodi di carica a corrente costante e a tensione costante, nonché una temperatura costante per consentire una carica efficace in prossimità della batteria. Per supportare la carica ad alta temperatura, l&39;LTC4065 è dotato di un circuito di limitazione della temperatura.

In questo modo è possibile impostare la corrente di carica in base a una temperatura ambiente tipica (piuttosto che al caso peggiore) e garantire che il caricabatterie venga automaticamente ridotto nel caso peggiore. Nell&39;LTC4065, tre circuiti di feedback degli amplificatori controllano la modalità corrente costante, tensione costante e temperatura costante. Il quarto circuito di feedback dell&39;amplificatore viene utilizzato per aggiungere l&39;impedenza di uscita della coppia di sorgenti di corrente per garantire che una corrente di drain sia appena mille volte la seconda corrente di drain.

Un circuito di feedback separato per operazioni a corrente costante e a tensione costante forza il caricabatterie in base a qualsiasi modello che tenti di ridurre al minimo la corrente di carica. Un&39;altra uscita dell&39;amplificatore è satura, il che elimina di fatto il suo loop dal sistema. In modalità corrente costante, viene pilotato con precisione a 1 V.

Pin Prog per programmare la corrente utilizzando una resistenza con tolleranza percentuale (rPROG). Quando si preferisce la modalità a tensione costante, il circuito a tensione costante pilota il suo ingresso invertito sulla tensione di riferimento interna. Il partitore di resistenza interno assicura che la tensione della batteria rimanga a 4.

La tensione del pin 2V.Prog può anche indicare la corrente di carica in modalità tensione costante. In un funzionamento tipico, il periodo di carica inizia con la modalità a corrente costante: la corrente erogata alla batteria è pari a 1000 V/rProg.

Se il consumo energetico dell&39;LTC4065 è prossimo a 115°C, l&39;amplificatore della temperatura limite inizierà ad abbassare la corrente di carica, limitando la temperatura del chip in circa 115°C. Una volta usciti dalla modalità di limitazione della temperatura, l&39;LTC 4065 tornerà alla modalità corrente costante o entrerà nella modalità tensione costante dalla modalità temperatura costante. Indipendentemente dalla modalità, la tensione del pin PROG è proporzionale alla corrente erogata alla batteria.

I circuiti interni di pressatura temporizzata e la gestione della carica di mantenimento hanno migliorato le funzioni richieste per una gestione efficace delle batterie agli ioni di litio. Il dispositivo fornisce una precisione della tensione flottante dello 0,6%, con solo due componenti esterni.

Quando l&39;alimentazione in ingresso viene rimossa, l&39;LTC4065 entra automaticamente in uno stato di bassa corrente e la perdita della batteria viene ridotta a 1μUn sotto. Dopo aver applicato l&39;alimentazione, l&39;LTC4065 può entrare in modalità di spegnimento e ridurre l&39;alimentazione a 20.

μUn sotto. Figura 2: Diagramma di flusso dello stato di carica Decisione LTC4065 simile a questa. Simile all&39;LTC4065, anche il MaximIntegrated MAX1551 è dotato di funzioni di limitazione termica, carica ottimale, senza essere limitato termicamente dalla batteria e dalla tensione di ingresso nelle condizioni peggiori.

Una volta raggiunto il limite di calore, MAX 15551 e MAX 1555 non interromperanno completamente la carica, ma ridurranno gradualmente la corrente di carica, il che aiuta a mantenere la funzionalità durante il raffreddamento del sistema. Viene utilizzato il package SOT23, simile al MAX1551 e MAX 1555, l&39;MCP73811 sviluppato da Microchiptechnology è alimentato con carica a pressione costante e corrente costante, quest&39;ultima programmabile solo tramite resistenza esterna, ed è dotato di un sensore di calore incorporato che controlla la temperatura limite di carica. La serie BQ2409X di Texas Instruments (TI) è un dispositivo caricabatterie lineare altamente integrato, pensato per l&39;uso portatile in ambito spaziale.

Questi circuiti integrati sono progettati per l&39;alimentazione tramite porta USB oppure potrebbero non essere adatti ad adattatori CA con intervallo di tensione di ingresso elevato e protezione da sovratensione di ingresso. BQ2904X esegue la regolazione, la carica a corrente costante e a tensione costante. In tutte le fasi di carica, il circuito di controllo interno monitora la temperatura di giunzione del circuito integrato e riduce la corrente di carica quando vengono superate le soglie di temperatura interna.

Sebbene la combinazione di batterie agli ioni di litio con tecniche di ricarica consenta di realizzare sistemi portatili e indossabili più duraturi, viene garantita la funzione più duratura e le dimensioni della batteria possono essere ridotte. Il miglior compromesso tra peso ridotto e durata. .