에너지 저장을 위한 리튬이온 배터리 충전 방법

著者：Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

니켈-카드뮴 등의 기존 기술과 비교해 리튬 이온 배터리 화학 기술은 휴대용 장비의 전력 밀도를 크게 향상시켰으며, 단일 충전 시 이들 시스템의 정상 작동 시간을 따릅니다. 리튬 이온 배터리의 자가방전율은 니켈-카드뮴과 니켈 수소화물의 절반으로, 보관 수명에도 도움이 되고, 장비를 충전할 수 있어 고객이 사용 전에 별도로 구매할 필요가 없습니다. 리튬 이온의 단점은 초기 화학보다 오래된 기술에 비해 더 복잡합니다.

그러나 신중하게 관리하면 리튬 이온의 전력 공급을 극대화하여 더 나은 경험을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 더 작은 배터리를 사용하도록 설계 범위를 좁힐 수도 있습니다. 배터리는 웨어러블 기기의 크기와 무게에서 상당한 비중을 차지하므로, 충전 회로를 다른 충전 회로로 대체하는 것은 주목할 만한 일입니다. 리튬 이온 배터리의 핵심 문제는 과도한 충전에 매우 민감하다는 것입니다. 전압이 너무 높으면 재료에 응력이 발생하여 배터리 수명이 단축될 수 있습니다.

배터리 당 4.2V의 전압을 초과하면 보안 위험도 발생합니다. 저가형 충전 회로는 배터리가 실제 한계에 도달하지 않기 때문에 과충전될 수 있습니다.

그들은 소위 &39;충전 및 실행&39; 전략을 사용하는데, 이 전략은 빠르게 보인다는 장점이 있습니다. 이 전략은 리튬 이온 충전 곡선의 특성을 활용하는데, 이 곡선은 4가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 단계에서는 일정한 전류를 사용하여 배터리에 전원을 공급합니다.

배터리의 경우 전압은 다소 선형적입니다. 전압은 피크 부근에서 평탄해지며, 이 시점에서 충전기는 멈출 수 있습니다. 하지만 현재 충전량은 85% 정도에 불과해 이론상 사용 시간은 짧을 수 있습니다.

또한 안전상의 이유로 차단 전압은 일반적으로 최대 전압보다 낮게 설정되어 배터리에 적용되는 최대 전하량이 더욱 감소합니다. 차단 전압은 일반적인 최대값 4V가 아닌 3.8V입니다.

2V이므로 배터리 용량의 60%를 사용할 수 있습니다. 나머지 충전은 포화 또는 일정 전압 단계에서 수행됩니다. 고속 충전기는 충전 전류를 추가하여 포화 단계에 도달하는 데 필요한 시간을 줄일 수 있지만, 이는 포화 단계를 늘리는 효과가 있으므로 스트레스로부터 보호하기 위해 포화 단계를 조심스럽고 정확하게 관리합니다.

그림 1: 고온 조건에서의 열 조정 단계를 포함한 리튬 이온 배터리의 충전 단계. 배터리가 완전히 충전된 상태를 테스트하는 것은 어렵기 때문에, 시간이나 전류 수준을 배터리가 거의 완전히 충전되었음을 나타내는 지표로 사용합니다. 일반적으로 포화 충전은 약 2시간 정도이므로 적절한 시간 세트를 제공합니다.

포화 충전 중에는 전류 지수가 감소합니다. 전류가 첫 번째 단계에서 사용된 수준의 약 3%에 도달하면 일반적으로 배터리가 완전히 충전된 것으로 간주되어 프로세스를 중단할 수 있습니다. 포화 충전 중에 사용되는 전압은 1% 이상으로 조정됩니다.

포화된 충전을 수행하는 회로는 전류 테스트를 사용하고 프로세스를 관리하여 일정 시간 후 전원이 차단되고 금속 리튬이 축적되어 화재가 발생하는지 확인할 수 있습니다. 온도는 충전을 제어하는 ​​데에도 유용합니다. 첫 번째 단계에서는 내부 저항이 비교적 낮으므로 배터리가 가늘어지지 않습니다.

포화 단계에 들어가면 배터리가 따뜻해집니다. 따라서 온도 센서는 배터리가 과열되지 않고 안전한지 확인하는 데 매우 중요합니다. 배터리 제조업체는 자사 제품에 대한 안전한 온도 한계를 제공하고 일반적으로 배터리 팩의 충전기 회로에서 ADC 또는 비교기 회로와 함께 사용할 수 있는 서미스터를 공급합니다.

충전 과정은 수심이 고갈되기 전에 이루어져야 합니다. 이 방법은 충전 가능한 배터리를 다시 충전하기 위해 트리클 충전을 사용합니다. 테스트 결과 전압은 3V보다 낮았습니다. 일단 트리클 공정에 충분한 전하가 공급되면 전압이 3V 이상으로 상승하고 정상적인 1단계 충전 공정을 수행할 수 있습니다.

Linglurt의 LTC4065 충전 IC는 리튬 이온 배터리에 필요한 다양한 충전 모드를 지원하기 위해 피드백 루프를 구성하는 방법을 제공하는 소형 DFN 패키지를 사용합니다. 이 장치는 일정한 전류 및 일정한 전압 충전 방법을 지원하고 일정한 온도를 유지하여 배터리와의 근접성을 효과적으로 충전할 수 있습니다. 고온 충전을 지원하기 위해 LTC4065에는 열 제한 회로가 있습니다.

이를 통해 일반적인 주변 온도(최악의 경우가 아님)에 따라 충전 전류를 설정하고, 최악의 경우 충전기가 자동으로 감소되도록 할 수 있습니다. LTC4065에서는 3개의 증폭기 피드백 루프가 정전류, 정전압, 정온도 모드를 제어합니다. 네 번째 증폭기 피드백 루프는 전류 소스 쌍의 출력 임피던스를 추가하여 하나의 드레인 전류가 두 번째 드레인 전류의 천 배에 불과하도록 하는 데 사용됩니다.

정전류 및 정전압 작동을 위한 별도의 피드백 루프는 충전 전류를 최소화하려는 모든 모델을 기반으로 충전기를 강제로 작동시킵니다. 또 다른 증폭기 출력은 포화 상태이며, 이로 인해 시스템에서 루프가 효과적으로 제거됩니다. 정전류 모드에서는 정확하게 1V로 구동됩니다.

rPROG(퍼센트 허용 오차 저항기)를 사용하여 전류를 프로그래밍하는 Prog 핀입니다. 정전압 모드가 적용되면, 정전압 루프는 반전된 입력을 내부 기준 전압으로 구동합니다. 내부 저항 분배기는 배터리 전압이 4로 유지되도록 보장합니다.

2V.Prog 핀 전압은 정전압 모드에서 충전 전류를 나타낼 수도 있습니다. 일반적인 작업에서는 충전 기간이 일정 전류 모드로 시작됩니다. 즉, 배터리에 전달되는 전류는 1000V/rProg와 같습니다.

LTC4065의 전력 소모량이 115°C, 한계 온도 증폭기는 충전 전류를 낮추기 시작하여 칩의 온도를 약 1000℃로 제한합니다. 115°C. 온도 제한 모드에서 벗어나면 LTC 4065는 정전류 모드로 돌아가거나 정온도 모드에서 정전압 모드로 전환됩니다. 모드에 관계없이 PROG 핀의 전압은 배터리에 전달되는 전류에 비례합니다.

내부 충전 시간 회로와 트리클 충전 관리 기능을 통해 리튬 이온 배터리의 효과적인 관리에 필요한 기능이 개선되었습니다. 이 장치는 0.6%의 부동 전압 정확도를 제공하며 외부 구성 요소는 단 2개뿐입니다.

입력 전원이 제거되면 LTC4065는 자동으로 저전류 상태로 전환되고 배터리 누설이 낮아집니다. 1μ아래에 있습니다. 전원이 공급되면 LTC4065는 종료 모드로 전환되어 전원 공급량을 20%로 낮출 수 있습니다.

μ아래에 있습니다. 그림 2: 충전 상태 흐름 차트 LTC4065 결정은 이와 유사합니다. LTC4065와 유사하게 MaximIntegrated MAX1551도 열 제한 기능과 최적의 충전 기능을 갖추고 있으며, 최악의 배터리 및 입력 전압으로 인해 열적으로 제한을 받지 않습니다.

MAX 15551 및 MAX 1555는 열 한계에 도달하면 충전을 완전히 중단하지 않고 점차적으로 충전 전류를 줄여 시스템을 냉각하는 동안 기능을 유지하는 데 도움이 됩니다. SOT23 패키지가 사용되며, MAX1551 및 MAX 1555와 유사하게 Microchiptechnology에서 개발한 MCP73811은 정전압 및 정전류 충전 기능을 제공합니다. 정전류 충전 기능은 외부 저항에 의해서만 프로그래밍되며, 내장형 열 센서 제어 온도 제한 충전 기능을 갖추고 있습니다. Texas Instruments(TI)의 BQ2409X 시리즈는 우주 공간에서의 휴대형 사용을 목표로 한 고도로 통합된 선형 충전기 장치입니다.

이러한 IC는 USB 포트 전원용으로 설계되었거나 높은 입력 전압 범위와 입력 과전압 보호 기능이 있는 AC 어댑터에는 적합하지 않을 수 있습니다. BQ2904X는 조정, 정전류, 정전압 충전을 수행합니다. 모든 충전 단계에서 내부 제어 루프는 IC 접합 온도를 모니터링하고 내부 온도 임계값을 초과할 경우 충전 전류를 낮춥니다.

리튬 이온 배터리와 충전 기술을 결합하면 휴대용 및 착용형 시스템을 구축할 수 있어 구축된 휴대용 및 착용형 시스템의 수명이 길어지고, 가장 긴 기능을 제공할 수 있으며 배터리 크기를 줄일 수 있습니다. 소형, 경량, 수명의 최적의 균형점. .