ポータブル機器向けリチウム電池管理ソリューション

著者：Iflowpower – Provedor de central eléctrica portátil

バッテリー管理の重要性は自明です。 これまでにない独立性を活かして、ますます多くの製品がポータブルな方向へと進んでいます。 12 年以上前、コードレス電話が初めて家庭内を歩き回る自由をもたらしました。

現在では、ポータブル充電式製品により、旅行中でも家族と連絡を取り合うことができます。 充電式バッテリーを使用する製品が増えており、製品の容積が減少するにつれて、これらの製品の複雑さは継続的に向上しています。 充電用バッテリー自体も変化しており、バッテリーメーカーは急速に変化する市場に適応する新製品の発売に努めています。

バッテリー電圧の追加、形状仕様の変更により、エネルギー密度も上昇しています。 消費者のバッテリーに対する理解も深くなっており、より柔軟で、より長い稼働時間、より低いコスト、より高いセキュリティが求められています。 Microchip 社は長年にわたり、PIC マイクロコントローラを使用したシステム設計の簡素化に取り組んできました。

現在、マイクロチップ社はこの技術をバッテリー管理製品ラインに導入し、充電システムの簡素化と管理の改善に取り組んでいます。 方法 まず、一般的なバッテリー管理システムは、充電、保護、電気測定、および安全の 4 つのモジュールに分かれています。1. 二次電池をベースにしたバッテリーパックはバッテリーパックとは異なり、二次電池パックは使用後に充電されます。

電池のように捨てられるのではなく。 充電回路の種類や充電アルゴリズムは多様であり、特定の化学タイプの電池に合わせて適切に充電されます。 充電器の位置も適切に選択する必要があります。

充電器はスタンドアロン ユニットです。コンバーターから直接充電するか、コンバーターを介して充電します。充電器はシステム内またはバッテリー パック内に統合されています。その他の重要な考慮事項には、充電時間、温度範囲、ノイズ要件などがあります。 Microchip 社は、シングルまたはダブルのリチウムイオン/ポリマー バッテリー パックのリニア チャージャー向けに、さまざまな充電管理製品を提供しています。 リニア充電器の出力ノイズは低く、音声やデータを送受信する人にとっては非常に重要です。

高効率向けに設計された、最大 1MHz の PS200 スイッチ モード充電コントローラー。 リチウムイオン電池、ニッケル電池、鉛蓄電池の充電アルゴリズムが含まれています。 スイッチ充電器の設計はより複雑であるため、Microchip は設計者が IC 構成と回路図を作成できるようにガイドするソフトウェア ツールを提供しています。

充電器製品に標準的に供給される業界の場合、別のソリューションは、充電コントローラを備えた電力メーター IC を使用することです。 PS501 には、ユニバーサル入力/出力を制御するパルス充電回路があり、この要件を満たすことができます。 このトポロジーは、非常にコンパクトでコスト効率の高いソリューションを提供します。

システムの充電部分は分離されており、Microchip は充電容量の最大化、充電時間の短縮など、充電を最適化するために必要なアルゴリズムを備えており、顧客に最高の満足度をもたらします。 2. 保護 リチウムイオン/ポリマー電池を使用する場合は、過充電や過熱により火災や爆発が発生する可能性があるため、保護対策を講じる必要があります。

鉛蓄電池やニッケル電池は保護する必要はありませんが、電池の損傷や劣化を防ぐために回路を保護するために供給されることがよくあります。 メイン保護回路は、危険な状況が発生したかどうかを検知する専用回路であり、危険な状況を検出するとバッテリーパックの電源をオフにして損傷を防止します。 二次保護回路は、安全でない状態でバッテリーが充電および/または放電を継続するのを防ぎます。

主保護回路に障害が発生した場合、二次回路にバックアップ保護を提供できます。 ユーザーは、化学ヒューズなどの新しいレベルの保護を追加することもできます。また、他のレベルの保護が失敗した場合は、化学ヒューズを永続的に閉じることができます。 メイン保護回路には通常、専用のセキュリティ IC が使用されます。

二次保護および安定性保護回路に関しては、ソリューションのコストを追加しないため、バッテリー管理 IC が理想的です。 PS501 や PS810 などの MICORCHIP の電力メーターは、各バッテリーの電圧、バッテリー パックの電圧、電流、温度を監視できます。 ユニバーサル入力/出力 (GPIO) ピンには強力な構成機能があり、あらゆる可能な電気定量条件を設定およびリセットします。

この柔軟性により、電気メーターは非常に複雑な安全要件を満たすことができます。 3. 電気量の計測は、バッテリーパックから流れ出る電流を監視するだけではありません。

正確な電力計測はシステム方式であるべきであり、一般的な方法、環境、顧客の期待を総合的に考慮する必要があります。 理想的には、バッテリー管理 IC は、ユーザーに優れた動作性能を提供すると同時に、システムに必要な情報を提供してインテリジェントな選択を行い、システム性能を向上させることができます。 インテリジェントな電力計測アルゴリズムにより、システムの実行時間とバッテリー寿命を延ばし、完全充電と完全放電のポイントを正確に検出することでさらなるセキュリティを実現できます。

また、バッテリーの不均衡や過熱を検出して防止します。 これらのアルゴリズムはシステムの状態に応じて調整でき、バッテリーの劣化を遅らせることができます。 バッテリー動作の構成可能なモデルを使用して、自己放電と充電によって生じる損失が正しく行われるようにします。

これらのアルゴリズムは、ユーザーが関連情報のみを受け入れるように顧客がカスタマイズできますが、データ損失につながる可能性のある偶発的なシャットダウンを心配する必要はありません。 Microchip の電力メーターは機能が強化されており、電力計測の信頼性が向上しています。 システムが突然シャットダウンすることは、ポータブルデバイスを使用する上で最も不快なことの一つであり、ほとんどの人が同じように感じているはずです。

顧客満足度が低下し、多大なデータ損失と時間と費用が発生します。 予期しないシャットダウンは通常、バッテリー電圧がサポート システムの下まで低下したときに発生します。 負荷が追加されると、バッテリー電圧が低下し、特に放電ラインが終了すると、放電曲線の傾斜が追加されます。

偶発的なシャットダウンを防ぐために、Microchip はシャットダウン時に以下に示すようにエネルギー需要情報に基づいたアルゴリズムを使用します。 電力メーターは適切なシャットダウン ポイントを自動的に選択し、十分な残留エネルギーの問題が警告され、ユーザーにデータが保存されるようにします。 時間の経過とともに、シャットダウン ポイントも変化します。

バッテリーの経年劣化により全容量が低下し、放電曲線の電圧も変化します。 老化アルゴリズムは、シャットダウン ポイントを調整して、バッテリーの老化に伴ってエネルギーが浪費されないようにすることができます。 4.

取り外し可能なバッテリー パックを備えたシステムでは、システムが不合理なバッテリー設計の下で動作することを防ぐために、安全対策を講じる必要があります。 システムが非組織化された化学セルを採用する場合、過剰または重複により安全でない状態が発生する可能性があります。 定常化学セルを製造元の要件に従って使用しないと、パフォーマンスが低下し、寿命が短くなる可能性があります。

現在は、独自の形状仕様やコネクタ、バッテリーからのサイン読み取りサインなど、シンプルな機械的バリアが採用されています。 しかし残念なことに、これらのセキュリティ対策は簡単に破られてしまいます。 ユーザーが本当に望んでいるのは、ユーザーのセキュリティを確保し、システム パフォーマンスを向上させ、長期的な信頼性を提供する柔軟なシステム レベルのソリューションです。

マイクロチップはバッテリー検証のための優れたソリューションを提供します、KeeloQ°暗号化アルゴリズム。この圧縮された 64 ビット エンコーディング アルゴリズムは、業界、ホスト、および周辺機器によって提供されるさまざまなアプリケーションに KEELOQ アルゴリズムのハードウェアを提供できます。 現在、KeeloQ アルゴリズムは、キーアクセス制御システム (自動車業界での重要なアプリケーション) などのさまざまな安全システムに適用されています。 バッテリー検証に KeeloQ テクノロジーを使用する場合、システムはホストとなり、バッテリーは周辺機器となります。

システムには製造元コードと乱数ジェネレータが保存されます。 バッテリーが製造されると、固有のシリアル番号とキーが生成され、メモリに保存され、変更されることはありません。 バッテリーがシステムに接続されると、システムはシリアル番号を要求し、32 ビットのチャンピオンを送信します。

バッテリーは対応するシリアル番号を提供し、32 ビットの応答を返します。 バッテリー管理システムは多種多様であるため、Microchip はバッテリー管理製品と多くの PIC マイクロコントローラに KeelOQ テクノロジを使用しています。 バッテリー パックで Microchip 電源タイミングを使用する場合、システム セキュリティ機能を実現するために追加のハードウェアは必要ありません。

バッテリー パックに電力メーターがない場合は、PIC マイクロコントローラーを KeeloQ 周辺ハードウェアとして使用できます。 KeeloQ テクノロジーをサポートするホスト ハードウェアには、プロセッサ、電気量計、充電器が含まれます。 .