Lithium-ion batterij oplaadmethode voor energieopslag

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

Vergeleken met oude technologieën zoals nikkel-cadmium, verbetert de chemische technologie van lithium-ionbatterijen de vermogensdichtheid van draagbare apparatuur aanzienlijk en volgt de normale bedrijfstijd van deze systemen bij één enkele oplaadbeurt. De zelfontladingsverhouding van de lithium-ionbatterij bedraagt ​​de helft van nikkel-cadmium en nikkelmetaalhydriden, wat ook de houdbaarheid ten goede komt en ervoor zorgt dat de apparatuur kan worden opgeladen, zodat klanten deze niet hoeven te kopen vóór gebruik. Het nadeel van lithiumionen is complexer dan de oude technologie, dan de vroege chemie.

Met voorzichtig beheer kunt u echter de vermogensafgifte van lithiumionen maximaliseren. Dit levert niet alleen een betere ervaring op, maar zorgt er ook voor dat u uw ontwerp kunt beperken tot het gebruik van kleinere batterijen. Omdat de batterij een belangrijk deel uitmaakt van de grootte en het gewicht van het draagbare apparaat, is het opmerkelijk dat het vervangen van een oplaadcircuit door een ander oplaadcircuit de oplossing is. Het grootste probleem met lithium-ionbatterijen is dat ze erg gevoelig zijn voor overmatig opladen. Een te hoge spanning kan namelijk leiden tot materiaalstress, waardoor de levensduur van de batterij wordt verkort.

Als de lading de spanning van 4,2V per batterij overschrijdt, brengen ze ook veiligheidsrisico&39;s met zich mee. Goedkope laadcircuits kunnen overladen worden, omdat de accu de werkelijke limiet niet bereikt.

Ze maken gebruik van zogenaamde oplaad- en hardloopstrategieën, deze strategie heeft als voordeel dat het er snel uitziet. Deze strategie maakt gebruik van de kenmerken van de lithium-ionlaadcurve, die kan worden onderverdeeld in vier belangrijke fasen. De eerste fase gebruikt een constante stroom om de batterij te voeden.

Bij de batterij is de spanning min of meer lineair. De spanning vlakt af in de buurt van de piekspanning, waarna de lader kan stoppen. De batterij is op dat moment echter slechts voor 85% opgeladen, waardoor de gebruikstijd in theorie laag is.

Bovendien wordt de afsluitspanning om veiligheidsredenen doorgaans ingesteld op een spanning die lager is dan de maximumspanning, waardoor de maximale lading die op de accu wordt toegepast, nog verder wordt verlaagd. De afsluitspanning bedraagt ​​3,8 V in plaats van het gebruikelijke maximum van 4.

2V, dus 60% van de batterijcapaciteit is beschikbaar. De rest van het opladen vindt plaats tijdens de verzadigingsfase of de constante spanningsfase. Hoewel de snellader de tijd die nodig is om de verzadigingsfase te bereiken kan verkorten door laadstroom toe te voegen, heeft dit tot gevolg dat de verzadigingsfase wordt verlengd. De verzadigingsfase wordt zorgvuldig en nauwkeurig beheerd om stress te voorkomen.

Figuur 1: Laadfase van lithium-ionbatterijen, inclusief thermische aanpassingsfasen onder hoge temperatuuromstandigheden. Het is lastig om de batterij te testen als deze helemaal is opgeladen. Daarom wordt de tijd of het stroomniveau gebruikt als indicator om aan te geven dat de batterij bijna volledig is opgeladen. Normaal gesproken duurt het verzadigingsladen ongeveer twee uur, waardoor er voldoende tijd beschikbaar is.

Tijdens verzadigingsladen neemt de stroomindex af. Wanneer de stroomsterkte ongeveer 3% bedraagt ​​van het niveau dat in de eerste fase werd gebruikt, wordt de batterij over het algemeen als volledig opgeladen beschouwd en kan het proces stoppen. De spanning die tijdens verzadigd opladen wordt gebruikt, wordt aangepast naar één procent of beter.

Circuits die een verzadigde lading uitvoeren, kunnen stroomtests uitvoeren en processen beheren om ervoor te zorgen dat de stroom na een bepaalde tijd wordt uitgeschakeld en het metaal lithium zich ophoopt, wat resulteert in brand. Temperatuur is ook nuttig bij het regelen van het opladen. In de eerste fase is de inwendige weerstand relatief laag, de batterij zal niet taps toelopen.

Zodra de batterij in een verzadigingsfase komt, wordt deze warmer. Daarom is de temperatuursensor erg belangrijk om ervoor te zorgen dat de batterij niet oververhit raakt en dat er een veilig risico is. Batterijfabrikanten stellen een veilige temperatuurlimiet voor hun producten vast en leveren doorgaans thermistoren die kunnen worden gebruikt met ADC&39;s of vergelijkingscircuits in het laadcircuit van de batterij.

Het opladen moet plaatsvinden vóór de diepte-uitputting. Hierbij wordt druppelladen gebruikt om de oplaadbare batterij te hervatten. Uit tests is gebleken dat de spanning lager is dan 3V. Zodra het druppellaadproces van voldoende lading is voorzien, zal de spanning stijgen tot 3V of meer en kan het normale laadproces van de eerste fase worden voortgezet.

De LTC4065-lader-IC van Linglurt maakt gebruik van een klein DFN-pakket dat uitlegt hoe feedbacklussen georganiseerd moeten worden ter ondersteuning van de verschillende laadmodi die vereist zijn voor lithium-ionbatterijen. Het apparaat ondersteunt oplaadmethoden met constante stroom en constante spanning, en een constante temperatuur, zodat er effectief kan worden opgeladen in de buurt van de accu. Om opladen bij hoge temperaturen te ondersteunen, beschikt de LTC4065 over een warmtelimietcircuit.

Hiermee kunt u de laadstroom instellen op basis van een typische omgevingstemperatuur (in plaats van het slechtste geval) en ervoor zorgen dat de lader in het slechtste geval automatisch wordt verlaagd. In de LTC4065 regelen drie versterkerfeedbacklussen de modus voor constante stroom, constante spanning en constante temperatuur. De vierde feedbacklus van de versterker wordt gebruikt om de uitgangsimpedantie van het stroombronpaar op te tellen, zodat de ene drainstroom precies duizend keer zo groot is als de tweede drainstroom.

Een aparte feedbacklus voor constante stroom- en spanningsbewerkingen dwingt de lader om op basis van elk model de laadstroom te minimaliseren. Een andere versterkeruitgang is verzadigd, waardoor de lus ervan effectief uit het systeem wordt verwijderd. Wanneer de spanning constant is, wordt deze nauwkeurig aangestuurd tot 1 V.

Prog-pin om de stroom te programmeren met behulp van een weerstand met procentuele tolerantie (rPROG). Wanneer de constante spanningsmodus actief is, stuurt de constante spanningslus de omgekeerde ingang naar de interne referentiespanning. De interne weerstandsdeler zorgt ervoor dat de batterijspanning op 4 blijft.

De 2V.Prog-pinspanning kan ook de laadstroom in de constante spanningsmodus aangeven. Bij normaal gebruik begint de laadperiode met een constante stroommodus: de stroom die aan de accu wordt geleverd, is gelijk aan 1000 V / rProg.

Als het stroomverbruik van de LTC4065 dicht bij 115°C, de limiettemperatuurversterker zal de laadstroom beginnen te verlagen, de temperatuur van de chip in ongeveer beperken 115°C. Zodra de temperatuurbeperkingsmodus wordt verlaten, keert de LTC 4065 terug naar de constante stroommodus of schakelt hij over van de constante temperatuurmodus naar de constante spanningsmodus. Ongeacht of het om de modus gaat, is de spanning van de PROG-pin evenredig met de stroom die naar de batterij wordt geleverd.

Interne tijdsdrukschakelingen en druppellaadbeheer hebben de functies verbeterd die nodig zijn voor effectief beheer van lithium-ionbatterijen. Het apparaat levert een nauwkeurigheid van 0,6% zwevende spanning en gebruikt slechts twee externe componenten.

Wanneer de ingangsstroom wordt verwijderd, gaat de LTC4065 automatisch naar een lage stroomstatus en wordt de batterijlekkage verlaagd tot 1μEen hieronder. Nadat de stroom is ingeschakeld, kan de LTC4065 in de uitschakelmodus gaan en de stroomtoevoer terugbrengen naar 20.

μEen hieronder. Figuur 2: Stroomdiagram van de laadstatus. LTC4065-beslissing is vergelijkbaar met deze. Net als de LTC4065 beschikt de MaximIntegrated MAX1551 ook over thermische beperkingsfuncties en optimaal opladen, zonder dat de batterij en ingangsspanning de slechtste thermische beperkingen opleggen.

Wanneer de warmtelimiet is bereikt, stoppen de MAX 15551 en de MAX 1555 niet helemaal met opladen, maar verlagen ze geleidelijk de laadstroom. Dit helpt de werking te behouden tijdens het koelen in het systeem. Er wordt gebruik gemaakt van het SOT23-pakket, vergelijkbaar met de MAX1551 en MAX 1555. De door Microchiptechnology ontwikkelde MCP73811 wordt geleverd met een constante druk- en constante stroomlading, waarbij de laatste alleen wordt geprogrammeerd door een externe weerstand, en is uitgerust met een ingebouwde warmtesensor die de temperatuurlimiet voor het laden regelt. De BQ2409X-serie van Texas Instruments (TI) is een sterk geïntegreerd lineair oplaadapparaat, speciaal ontworpen voor gebruik in de ruimte.

Deze IC&39;s zijn ontworpen voor stroomvoorziening via een USB-poort en kunnen niet worden aangepast aan AC-adapters met een hoog ingangsspanningsbereik en beveiliging tegen overspanning. De BQ2904X voert afstelling, constante stroom- en constante spanningslading uit. In alle laadfasen bewaakt een interne regelkring de temperatuur van de IC-overgang en verlaagt de laadstroom wanneer de interne temperatuurdrempels worden overschreden.

Hoewel de combinatie van lithium-ionbatterijen en oplaadtechnieken het mogelijk maakt om draagbare en draagbare systemen te bouwen, wordt de langste functie geleverd en kan de batterijgrootte worden verkleind. De beste afweging tussen klein, licht en duurzaam. .