ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിനായി ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി ചാർജിംഗ് രീതി

著者：Iflowpower – Provedor de central eléctrica portátil

നിക്കൽ-കാഡ്മിയം പോലുള്ള പഴയ സാങ്കേതികവിദ്യകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി കെമിസ്ട്രി സാങ്കേതികവിദ്യ പോർട്ടബിൾ ഉപകരണങ്ങളുടെ പവർ ഡെൻസിറ്റി വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, കൂടാതെ ഒറ്റ ചാർജിംഗ് ഉള്ളപ്പോൾ ഈ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ സാധാരണ പ്രവർത്തന സമയം പിന്തുടരുന്നു. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിയുടെ സെൽഫ്-ഡിസ്ചാർജ് അനുപാതം നിക്കൽ-കാഡ്മിയം, നിക്കൽ മെറ്റൽ ഹൈഡ്രൈഡുകളുടെ പകുതിയാണ്, ഇത് ഷെൽഫ് ലൈഫിനെയും സഹായിക്കുന്നു, ഉപകരണങ്ങൾ ചാർജ് ചെയ്യാൻ അനുവദിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഉപഭോക്താക്കൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് വാങ്ങേണ്ടതില്ല. ലിഥിയം അയോണുകളുടെ പോരായ്മ ആദ്യകാല രസതന്ത്രത്തേക്കാൾ പഴയ സാങ്കേതികവിദ്യയേക്കാൾ സങ്കീർണ്ണമാണ്.

എന്നിരുന്നാലും, ലിഥിയം അയോണുകളുടെ പവർ ഡെലിവറി പരമാവധിയാക്കാൻ ജാഗ്രതയോടെയുള്ള മാനേജ്മെന്റ് ഉപയോഗിക്കാം, ഇത് മികച്ച അനുഭവം നൽകുന്നതിന് മാത്രമല്ല, ചെറിയ ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് നിങ്ങളുടെ ഡിസൈൻ ചുരുക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു. ധരിക്കാവുന്ന ഉപകരണത്തിന്റെ വലിപ്പത്തിലും ഭാരത്തിലും ബാറ്ററിയുടെ അനുപാതം ഗണ്യമായതിനാൽ, ഒരു ചാർജിംഗ് സർക്യൂട്ട് മറ്റൊരു ചാർജിംഗ് സർക്യൂട്ടിലേക്ക് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നത് ശ്രദ്ധേയമാണ്. ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രധാന പ്രശ്നം അമിതമായ ചാർജിംഗിനോട് അവ വളരെ സെൻസിറ്റീവ് ആയതിനാലാണ്, കാരണം വളരെ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് മെറ്റീരിയൽ സമ്മർദ്ദത്തിന് കാരണമാകും, അതുവഴി ബാറ്ററി ആയുസ്സ് കുറയും.

ബാറ്ററിയിലെ ചാർജ് വോൾട്ടേജ് 4.2V കവിയുന്നുവെങ്കിൽ, അവ സുരക്ഷാ അപകടസാധ്യതകളും കൊണ്ടുവരും. ബാറ്ററി യഥാർത്ഥ പരിധിയിലെത്താത്തതിനാൽ, കുറഞ്ഞ ചെലവിലുള്ള ചാർജിംഗ് സർക്യൂട്ടുകൾ അമിതമായി ചാർജ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

അവർ ചാർജിംഗ്, റണ്ണിംഗ് തന്ത്രങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നവയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്, ഈ തന്ത്രത്തിന്റെ ഒരു ഗുണം അത് വേഗത്തിൽ ദൃശ്യമാകും എന്നതാണ്. ഈ തന്ത്രം ലിഥിയം അയോൺ ചാർജിംഗ് വക്രത്തിന്റെ സവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇതിനെ നാല് പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളായി തിരിക്കാം. ആദ്യ ഘട്ടത്തിൽ ബാറ്ററി വിതരണം ചെയ്യാൻ സ്ഥിരമായ ഒരു വൈദ്യുതധാര ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ബാറ്ററിയിൽ, അതിന്റെ വോൾട്ടേജ് കൂടുതലോ കുറവോ രേഖീയമാണ്. പീക്കിന്റെ സമീപത്ത് വോൾട്ടേജ് പരന്നതാണ്, ആ സമയത്ത് ചാർജർ നിർത്താൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, ഈ സമയത്ത് ഏകദേശം 85% മാത്രമേ ചാർജ് ചെയ്യുന്നുള്ളൂ, അതിന്റെ ഫലമായി ഉപയോഗ സമയം സിദ്ധാന്തത്തിൽ കുറവായിരിക്കും.

കൂടാതെ, സുരക്ഷാ കാരണങ്ങളാൽ, കട്ട്ഓഫ് വോൾട്ടേജ് സാധാരണയായി പരമാവധി വോൾട്ടേജിന് താഴെയായി സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ബാറ്ററിയിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന പരമാവധി ചാർജ് കുറയ്ക്കുന്നു. കട്ട്ഓഫ് വോൾട്ടേജ് സാധാരണ പരമാവധി 4V ന് പകരം 3.8V ആണ്.

2V, അതിനാൽ ബാറ്ററി ശേഷിയുടെ 60% ലഭ്യമാണ്. ബാക്കിയുള്ള ചാർജിംഗ് സാച്ചുറേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ സ്ഥിരമായ വോൾട്ടേജ് ഘട്ടത്തിൽ നടത്തുന്നു. ചാർജിംഗ് കറന്റ് ചേർത്ത് സാച്ചുറേഷൻ ഘട്ടത്തിലെത്താൻ ആവശ്യമായ സമയം കുറയ്ക്കാൻ ഫാസ്റ്റ് ചാർജറിന് കഴിയുമെങ്കിലും, ഇത് സാച്ചുറേഷൻ ഘട്ടം നീട്ടുന്നതിന്റെ ഫലമുണ്ടാക്കുന്നു, കൂടാതെ സമ്മർദ്ദത്തിൽ നിന്ന് സംരക്ഷിക്കുന്നതിന് സാച്ചുറേഷൻ ഘട്ടം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം കൃത്യമായും കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു.

ചിത്രം 1: ഉയർന്ന താപനില സാഹചര്യങ്ങളിൽ താപ ക്രമീകരണ ഘട്ടങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ചാർജിംഗ് ഘട്ടം. ബാറ്ററി ഓവർഫ്ലോ നിറഞ്ഞിട്ടുണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, അതിനാൽ ബാറ്ററി പൂർണ്ണമായി ചാർജ് ചെയ്യുന്നതിനടുത്താണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നതിന് സമയമോ കറന്റ് ലെവലോ ആണ് പ്രോക്സിയായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. സാധാരണയായി, സാച്ചുറേഷൻ ചാർജിംഗ് ഏകദേശം രണ്ട് മണിക്കൂറാണ്, അതുവഴി ന്യായമായ സമയം ലഭിക്കുന്നു.

സാച്ചുറേഷൻ ചാർജിംഗ് സമയത്ത്, കറന്റ് സൂചിക കുറയുന്നു. ആദ്യ ഘട്ടത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച ലെവലിന്റെ ഏകദേശം 3% കറന്റ് എത്തുമ്പോൾ, ബാറ്ററി പൂർണ്ണമായും ചാർജ്ജ് ചെയ്തതായി കണക്കാക്കുകയും പ്രക്രിയ നിർത്തുകയും ചെയ്യാം. സാച്ചുറേറ്റഡ് ചാർജിംഗ് സമയത്ത് ഉപയോഗിക്കുന്ന വോൾട്ടേജ് ഒരു ശതമാനമോ അതിൽ കൂടുതലോ ആയി ക്രമീകരിക്കുന്നു.

സാച്ചുറേറ്റഡ് ചാർജ് ചെയ്യുന്ന സർക്യൂട്ടുകൾക്ക് കറന്റ് ടെസ്റ്റിംഗും പ്രസ്സിംഗും ഉപയോഗിച്ച് പ്രക്രിയകൾ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, അതുവഴി ഒരു നിശ്ചിത സമയത്തിനുശേഷം വൈദ്യുതി വിച്ഛേദിക്കപ്പെടുകയും ലോഹ ലിഥിയം അടിഞ്ഞുകൂടുകയും തീപിടുത്തത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യും. നിയന്ത്രണ ചാർജിംഗിലും താപനില ഉപയോഗപ്രദമാണ്. ആദ്യ ഘട്ടത്തിൽ, ആന്തരിക പ്രതിരോധം താരതമ്യേന കുറവാണ്, ബാറ്ററി ചുരുങ്ങില്ല.

ഒരു സാച്ചുറേഷൻ ഘട്ടത്തിലേക്ക് കടക്കുമ്പോൾ, ബാറ്ററി ചൂടാകും. അതിനാൽ, ബാറ്ററി അമിതമായി ചൂടാകുന്നില്ലെന്നും സുരക്ഷിതമായ അപകടസാധ്യതയുണ്ടെന്നും ഉറപ്പാക്കുന്നതിൽ താപനില സെൻസർ വളരെ പ്രധാനമാണ്. ബാറ്ററി നിർമ്മാതാക്കൾ അവരുടെ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് സുരക്ഷിതമായ താപനില പരിധി നൽകും, കൂടാതെ സാധാരണയായി ബാറ്ററി പാക്കിലെ ചാർജർ സർക്യൂട്ടിലെ ADC-കളുമായോ താരതമ്യ സർക്യൂട്ടുകളുമായോ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന തെർമിസ്റ്ററുകൾ നൽകും.

ആഴം കുറയുന്നതിന് മുമ്പ് ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയ ചാർജ് ചെയ്യണം. ചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന ബാറ്ററി പുനരാരംഭിക്കാൻ ഇത് ട്രിക്കിൾ ചാർജിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു - അവയുടെ വോൾട്ടേജ് 3V-ൽ താഴെയാണെന്ന് പരിശോധിച്ചു. ട്രിക്കിൾ പ്രക്രിയയ്ക്ക് മതിയായ ചാർജ് ലഭിച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, വോൾട്ടേജ് 3V അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലായി ഉയരുകയും സാധാരണ ആദ്യ ഘട്ട ചാർജിംഗ് പ്രക്രിയ ഏറ്റെടുക്കാൻ കഴിയുകയും ചെയ്യും.

ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് ആവശ്യമായ വിവിധ ചാർജിംഗ് മോഡുകളെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിനായി ഫീഡ്‌ബാക്ക് ലൂപ്പുകൾ എങ്ങനെ ക്രമീകരിക്കാമെന്ന് നൽകുന്ന ഒരു ചെറിയ വലിപ്പത്തിലുള്ള DFN പാക്കേജ് Linglurt-ന്റെ LTC4065 ചാർജർ ഐസി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ബാറ്ററിയുടെ സമീപത്തായി ഫലപ്രദമായ ചാർജിംഗ് ഉറപ്പാക്കുന്നതിന് സ്ഥിരമായ കറന്റ്, സ്ഥിരമായ വോൾട്ടേജ് ചാർജിംഗ് രീതികളും സ്ഥിരമായ താപനിലയും ഉപകരണം പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. ഉയർന്ന താപനില ചാർജിംഗിനെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നതിനായി, LTC4065 ന് ഒരു ഹീറ്റ് ലിമിറ്റ് സർക്യൂട്ട് ഉണ്ട്.

ഇത് ഒരു സാധാരണ ആംബിയന്റ് താപനിലയ്ക്ക് അനുസൃതമായി ചാർജിംഗ് കറന്റ് സജ്ജമാക്കാൻ കഴിയും (ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യത്തിൽ അല്ല), കൂടാതെ ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യത്തിൽ ചാർജർ യാന്ത്രികമായി കുറയുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കാനും കഴിയും. LTC4065-ൽ, മൂന്ന് ആംപ്ലിഫയറുകൾ ഫീഡ്‌ബാക്ക് ലൂപ്പുകൾ സ്ഥിരമായ കറന്റ്, സ്ഥിരമായ വോൾട്ടേജ്, സ്ഥിരമായ താപനില മോഡ് എന്നിവ നിയന്ത്രിക്കുന്നു. ഒരു ഡ്രെയിൻ കറന്റ് രണ്ടാമത്തെ ഡ്രെയിൻ കറന്റിന്റെ ആയിരം മടങ്ങ് മാത്രമാണെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ, കറന്റ് സോഴ്‌സ് ജോഡിയുടെ ഔട്ട്‌പുട്ട് ഇം‌പെഡൻസ് ചേർക്കാൻ നാലാമത്തെ ആംപ്ലിഫയർ ഫീഡ്‌ബാക്ക് ലൂപ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

സ്ഥിരമായ കറന്റിനും സ്ഥിരമായ വോൾട്ടേജ് പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കുമായി ഒരു പ്രത്യേക ഫീഡ്‌ബാക്ക് ലൂപ്പ്, ചാർജിംഗ് കറന്റ് കുറയ്ക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്ന ഏതൊരു മോഡലിനെയും അടിസ്ഥാനമാക്കി ചാർജറിനെ നിർബന്ധിക്കുന്നു. മറ്റൊരു ആംപ്ലിഫയർ ഔട്ട്പുട്ട് പൂരിതമാണ്, ഇത് സിസ്റ്റത്തിൽ നിന്ന് അതിന്റെ ലൂപ്പിനെ ഫലപ്രദമായി ഇല്ലാതാക്കുന്നു. സ്ഥിരമായ കറന്റ് മോഡിൽ ആയിരിക്കുമ്പോൾ, അത് കൃത്യമായി 1v ലേക്ക് നയിക്കപ്പെടുന്നു.

ഒരു ശതമാനം ടോളറൻസ് റെസിസ്റ്റർ (rPROG) ഉപയോഗിച്ച് കറന്റ് പ്രോഗ്രാം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള പ്രോഗ് പിൻ. സ്ഥിര വോൾട്ടേജ് മോഡ് ഇഷ്ടപ്പെടുമ്പോൾ, സ്ഥിര വോൾട്ടേജ് ലൂപ്പ് അതിന്റെ വിപരീത ഇൻപുട്ടിനെ ആന്തരിക റഫറൻസ് വോൾട്ടേജിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് 4-ൽ തന്നെ തുടരുന്നുവെന്ന് ആന്തരിക റെസിസ്റ്റർ ഡിവൈഡർ ഉറപ്പാക്കുന്നു.

2V.Prog പിൻ വോൾട്ടേജ് സ്ഥിര വോൾട്ടേജ് മോഡിൽ ചാർജിംഗ് കറന്റ് സൂചിപ്പിക്കാനും കഴിയും. ഒരു സാധാരണ ജോലിയിൽ, ചാർജിംഗ് കാലയളവ് കോൺസ്റ്റന്റ്-കറന്റ് മോഡിൽ ആരംഭിക്കുന്നു - ബാറ്ററിയിലേക്ക് നൽകുന്ന കറന്റ് 1000V / rProg ന് തുല്യമാണ്.

LTC4065 ന്റെ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം അടുത്താണെങ്കിൽ 115°C, പരിധി താപനില ആംപ്ലിഫയർ ചാർജിംഗ് കറന്റ് കുറയ്ക്കാൻ തുടങ്ങും, ചിപ്പിന്റെ താപനില ഏകദേശം പരിമിതപ്പെടുത്തും 115°C. താപനില നിയന്ത്രണ മോഡിൽ നിന്ന് പുറത്തുകടന്നാൽ, LTC 4065 സ്ഥിരമായ കറന്റ് മോഡ് തിരികെ നൽകും അല്ലെങ്കിൽ സ്ഥിരമായ താപനില മോഡിൽ നിന്ന് സ്ഥിരമായ വോൾട്ടേജ് മോഡിലേക്ക് പ്രവേശിക്കും. അത് മോഡ് ആണെങ്കിലും, PROG പിന്നിന്റെ വോൾട്ടേജ് ബാറ്ററിയിലേക്ക് നൽകുന്ന വൈദ്യുതധാരയ്ക്ക് ആനുപാതികമാണ്.

ഫലപ്രദമായ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി മാനേജ്‌മെന്റിന് ആവശ്യമായ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഇന്റേണൽ പ്രസ്-ഓഫ്-ടൈം സർക്യൂട്ടറിയും ട്രിക്കിൾ ചാർജിംഗ് മാനേജ്‌മെന്റും മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഈ ഉപകരണം 0.6% ഫ്ലോട്ടിംഗ് വോൾട്ടേജ് കൃത്യത നൽകുന്നു, രണ്ട് ബാഹ്യ ഘടകങ്ങൾ മാത്രം.

ഇൻപുട്ട് പവർ നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ, LTC4065 യാന്ത്രികമായി ഒരു താഴ്ന്ന കറന്റ് അവസ്ഥയിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുകയും ബാറ്ററി ചോർച്ച കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. 1μതാഴെ എ. പവർ പ്രയോഗിച്ച ശേഷം, LTC4065 ഷട്ട്ഡൗൺ മോഡിൽ പ്രവേശിച്ച് പവർ സപ്ലൈ 20 ആയി കുറയ്ക്കാം.

μതാഴെ എ. ചിത്രം 2: ചാർജിംഗ് സ്റ്റാറ്റസ് ഫ്ലോ ചാർട്ട് LTC4065 തീരുമാനം ഇതിന് സമാനമാണ്. LTC4065-ന് സമാനമായി, MaximIntegrated MAX1551-നും താപ പരിധി പ്രവർത്തനങ്ങൾ, ഒപ്റ്റിമൽ ചാർജിംഗ് എന്നിവയുണ്ട്, ഏറ്റവും മോശം സാഹചര്യത്തിലുള്ള ബാറ്ററി, ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് എന്നിവയാൽ താപപരമായി നിയന്ത്രിക്കപ്പെടാതെ.

താപ പരിധി എത്തുമ്പോൾ, MAX 15551 ഉം MAX 1555 ഉം ചാർജ് ചെയ്യുന്നത് പൂർണ്ണമായും നിർത്തുകയില്ല, പക്ഷേ ക്രമേണ ചാർജിംഗ് കറന്റ് കുറയ്ക്കും, ഇത് സിസ്റ്റത്തിൽ തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ പ്രവർത്തനം നിലനിർത്താൻ സഹായിക്കുന്നു. MAX1551, MAX 1555 എന്നിവയ്ക്ക് സമാനമായി SOT23 പാക്കേജ് ഉപയോഗിക്കുന്നു, മൈക്രോചിപ്‌ടെക്‌നോളജി വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത MCP73811 സ്ഥിരമായ മർദ്ദവും സ്ഥിരമായ കറന്റ് ചാർജിംഗും നൽകുന്നു, രണ്ടാമത്തേത് ബാഹ്യ പ്രതിരോധം ഉപയോഗിച്ച് മാത്രം പ്രോഗ്രാം ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഒരു ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഹീറ്റ് സെൻസർ നിയന്ത്രണ താപനില പരിധി ചാർജിംഗും സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ടെക്സസ് ഇൻസ്ട്രുമെന്റ്സിന്റെ (TI) BQ2409X സീരീസ്, ബഹിരാകാശത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പോർട്ടബിൾ ഉപയോഗത്തെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്ന, വളരെ സംയോജിതമായ ഒരു ലീനിയർ ചാർജർ ഉപകരണമാണ്.

ഈ ഐസികൾ യുഎസ്ബി പോർട്ട് പവറിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ ഉയർന്ന ഇൻപുട്ട് വോൾട്ടേജ് ശ്രേണിയും ഇൻപുട്ട് ഓവർ വോൾട്ടേജ് പരിരക്ഷയുമുള്ള ക്രമീകരിക്കാവുന്ന എസി അഡാപ്റ്ററുകൾ ആയിരിക്കില്ല. BQ2904X ക്രമീകരണം, സ്ഥിരമായ കറന്റ്, സ്ഥിരമായ വോൾട്ടേജ് ചാർജിംഗ് എന്നിവ നടത്തുന്നു. എല്ലാ ചാർജിംഗ് ഘട്ടങ്ങളിലും, ആന്തരിക നിയന്ത്രണ ലൂപ്പ് ഐസി ജംഗ്ഷൻ താപനിലയും ആന്തരിക താപനില പരിധി കവിയുമ്പോൾ കുറഞ്ഞ ചാർജിംഗ് കറന്റും നിരീക്ഷിക്കുന്നു.

ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ ചാർജ് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള സാങ്കേതിക വിദ്യകളുടെ സംയോജനം പോർട്ടബിൾ, വെയറബിൾ സിസ്റ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ബിൽഡ് പോർട്ടബിൾ, വെയറബിൾ സിസ്റ്റങ്ങൾ ദൈർഘ്യമേറിയതാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു, ഏറ്റവും ദൈർഘ്യമേറിയ പ്രവർത്തനം നൽകുന്നു, ബാറ്ററി വലുപ്പം കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും. ചെറുതും ഭാരവും ആയുസ്സും തമ്മിലുള്ള ഏറ്റവും മികച്ച വിട്ടുവീഴ്ച. .