Metoda ładowania akumulatora litowo-jonowego do magazynowania energii

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pembekal Stesen Janakuasa Mudah Alih

W porównaniu ze starymi technologiami, takimi jak niklowo-kadmowe, technologia chemiczna akumulatorów litowo-jonowych znacznie poprawia gęstość mocy sprzętu przenośnego i zapewnia normalny czas pracy tych systemów przy pojedynczym ładowaniu. Współczynnik samorozładowania akumulatora litowo-jonowego wynosi połowę współczynnika niklowo-kadmowego i niklowo-metalowo-wodorkowego, co również wydłuża okres przydatności do użycia i pozwala na ładowanie sprzętu, dzięki czemu klienci nie muszą kupować akumulatora przed jego użyciem. Wadą jonów litu jest większa złożoność starej technologii i wczesnej chemii.

Jednak dzięki ostrożnemu zarządzaniu można zmaksymalizować dostarczaną moc jonów litowych, co nie tylko zapewni lepsze wrażenia, ale także pozwoli zawęzić konstrukcję w celu użycia mniejszych baterii. Ponieważ bateria ma znaczący wpływ na rozmiar i wagę urządzenia przenośnego, niezwykłe jest zastąpienie jednego obwodu ładowania innym obwodem ładowania. Największym problemem akumulatorów litowo-jonowych jest ich duża wrażliwość na nadmierne ładowanie, gdyż zbyt wysokie napięcie może powodować naprężenia materiału, co skraca żywotność akumulatora.

Jeżeli napięcie ładowania przekroczy 4,2 V na akumulator, będą one również stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa. Obwody taniego ładowania mogą być przeładowywane, ponieważ akumulator nie osiąga rzeczywistego limitu.

Stosują tak zwane strategie ładowania i biegania, ta strategia ma tę zaletę, że wygląda szybko. Strategia ta wykorzystuje charakterystykę krzywej ładowania akumulatora litowo-jonowego, którą można podzielić na cztery kluczowe etapy. W pierwszej fazie do zasilania akumulatora wykorzystywany jest prąd stały.

W przypadku akumulatora jego napięcie jest mniej więcej liniowe. Napięcie ulega spłaszczeniu w pobliżu szczytu, w którym to momencie ładowarka może się zatrzymać. Jednak w tym momencie poziom naładowania wynosi tylko około 85%, co oznacza, że ​​teoretycznie czas użytkowania jest krótki.

Ponadto, ze względów bezpieczeństwa, napięcie odcięcia jest zazwyczaj ustawione poniżej napięcia maksymalnego, co dodatkowo obniża maksymalny ładunek dostarczany do akumulatora. Napięcie odcięcia wynosi 3,8 V, a nie typowe maksymalne napięcie 4 V.

2 V, więc dostępne jest 60% pojemności akumulatora. Pozostała część ładowania odbywa się w fazie nasycenia lub przy stałym napięciu. Chociaż szybka ładowarka może skrócić czas potrzebny do osiągnięcia fazy nasycenia poprzez dodanie prądu ładowania, skutkuje to wydłużeniem fazy nasycenia i ostrożnym oraz dokładnym zarządzaniem fazą nasycenia, chroniąc w ten sposób przed naprężeniami.

Rysunek 1: Etap ładowania akumulatorów litowo-jonowych, obejmujący etapy regulacji termicznej w warunkach wysokiej temperatury. Trudno jest sprawdzić, czy akumulator jest całkowicie naładowany, dlatego jako przybliżony wskaźnik całkowitego naładowania akumulatora stosuje się czas lub poziom prądu. Zazwyczaj ładowanie nasycające trwa około dwóch godzin, co zapewnia rozsądny czas ładowania.

Podczas ładowania nasyconego wskaźnik prądu spada. Gdy natężenie prądu osiągnie około 3% natężenia prądu użytego w pierwszej fazie, akumulator uznaje się za w pełni naładowany i proces można przerwać. Napięcie stosowane podczas ładowania nasyconego jest regulowane z dokładnością do jednego procenta lub większą.

Obwody wykonujące ładowanie nasycone mogą wykorzystywać testowanie prądowe i nacisk do zarządzania procesami, aby zapewnić, że po pewnym czasie zasilanie zostanie odcięte, a lit zacznie się gromadzić, co może spowodować pożar. Temperatura jest również użyteczna w kontrolowaniu ładowania. Na pierwszym etapie rezystancja wewnętrzna jest stosunkowo niska, akumulator nie będzie się zmniejszał.

Gdy akumulator osiągnie fazę nasycenia, zrobi się cieplejszy. Dlatego czujnik temperatury ma za zadanie zapewnić, że akumulator nie przegrzeje się, a bezpieczeństwo jest bardzo ważne. Producenci akumulatorów podają bezpieczny limit temperatury dla swoich produktów i zazwyczaj dostarczają termistory, które można stosować z przetwornikami analogowo-cyfrowymi lub obwodami komparatora w obwodzie ładowarki w zestawie akumulatorów.

Proces ładowania należy przeprowadzić przed wyczerpaniem głębokości. W tym przypadku stosuje się ładowanie podtrzymujące w celu naładowania akumulatora - przetestowane napięcie będzie niższe niż 3 V. Gdy proces ładowania podtrzymującego zostanie odpowiednio naładowany, napięcie wzrośnie do 3 V lub więcej i będzie można przejąć normalny pierwszy etap ładowania.

Układ scalony ładowarki LTC4065 firmy Linglurt wykorzystuje niewielki układ DFN, który umożliwia organizację pętli sprzężenia zwrotnego w celu obsługi różnych trybów ładowania wymaganych dla akumulatorów litowo-jonowych. Urządzenie obsługuje metody ładowania stałym prądem i stałym napięciem, a także stałą temperaturę, aby umożliwić efektywne ładowanie w pobliżu akumulatora. Aby obsługiwać ładowanie w wysokiej temperaturze, układ LTC4065 wyposażono w obwód ograniczający ciepło.

Dzięki temu można ustawić prąd ładowania zgodnie z typową temperaturą otoczenia (a nie z najgorszym przypadkiem) i mieć pewność, że w najgorszym przypadku prąd ładowania zostanie automatycznie zmniejszony. W układzie LTC4065 trzy pętle sprzężenia zwrotnego wzmacniacza kontrolują stały prąd, stałe napięcie i stałą temperaturę. Czwarta pętla sprzężenia zwrotnego wzmacniacza służy do dodawania impedancji wyjściowej pary źródeł prądu, aby zapewnić, że prąd jednego drenu jest zaledwie tysiąc razy większy od prądu drugiego drenu.

Oddzielna pętla sprzężenia zwrotnego dla operacji przy stałym prądzie i stałym napięciu wymusza na ładowarce działanie w oparciu o dowolny model, który próbuje zminimalizować prąd ładowania. Kolejne wyjście wzmacniacza jest nasycone, co skutecznie eliminuje jego pętlę z systemu. W trybie stałego prądu jest sterowany precyzyjnie napięciem 1 V.

Pin progowy do programowania prądu za pomocą rezystora o tolerancji procentowej (rPROG). Gdy preferowany jest tryb stałego napięcia, pętla stałego napięcia steruje swoim odwróconym wejściem do wewnętrznego napięcia odniesienia. Wewnętrzny dzielnik rezystorowy zapewnia utrzymanie napięcia akumulatora na poziomie 4.

2V. Napięcie pinu programowanego może również wskazywać prąd ładowania w trybie stałego napięcia. W typowej pracy okres ładowania rozpoczyna się od trybu stałoprądowego - prąd dostarczany do akumulatora wynosi 1000V / rProg.

Jeżeli pobór mocy układu LTC4065 jest zbliżony do 115°C, wzmacniacz temperatury granicznej zacznie obniżać prąd ładowania, ograniczając temperaturę układu w około 115°C. Po wyjściu z trybu ograniczenia temperatury układ LTC 4065 powróci do trybu stałego prądu lub przejdzie z trybu stałej temperatury do trybu stałego napięcia. Niezależnie od tego, czy jest to tryb, napięcie na pinie PROG jest proporcjonalne do prądu dostarczanego do akumulatora.

Wewnętrzny układ sterowania czasem ładowania i zarządzanie ładowaniem podtrzymującym usprawniły funkcje niezbędne do efektywnego zarządzania akumulatorem litowo-jonowym. Urządzenie zapewnia dokładność napięcia pływającego na poziomie 0,6%, wykorzystuje tylko dwa komponenty zewnętrzne.

Po odcięciu zasilania wejściowego układ LTC4065 automatycznie przechodzi w stan niskiego natężenia prądu, a wyciek z akumulatora zostaje zmniejszony do 1μA poniżej. Po podłączeniu zasilania układ LTC4065 może przejść w tryb wyłączenia i obniżyć napięcie zasilania do 20 V.

μA poniżej. Rysunek 2: Schemat blokowy stanu ładowania. Decyzja LTC4065 jest podobna do tej. Podobnie jak LTC4065, układ MaximIntegrated MAX1551 posiada również funkcje ograniczenia termicznego, co pozwala na optymalne ładowanie bez ograniczeń termicznych ze strony najgorszego akumulatora i napięcia wejściowego.

Po osiągnięciu limitu ciepła urządzenia MAX 15551 i MAX 1555 nie przestaną całkowicie ładować, ale stopniowo zmniejszą prąd ładowania, co pomaga utrzymać funkcję podczas chłodzenia układu. Zastosowano obudowę SOT23, podobnie jak w układach MAX1551 i MAX 1555. Układ MCP73811 opracowany przez Microchiptechnology jest zasilany stałym ciśnieniem i stałym prądem ładowania, ten ostatni programowany jest tylko za pomocą rezystancji zewnętrznej. Wyposażono go we wbudowany czujnik ciepła kontrolujący ograniczenie temperatury ładowania. Seria BQ2409X firmy Texas Instruments (TI) to wysoce zintegrowane, liniowe urządzenia ładujące, przeznaczone do zastosowań przenośnych w przestrzeni kosmicznej.

Te układy scalone są przeznaczone do zasilania przez port USB lub nie mogą być dostosowane do zasilaczy sieciowych o wysokim zakresie napięcia wejściowego i zabezpieczeniu przed przepięciem wejściowym. BQ2904X umożliwia regulację, ładowanie stałym prądem i stałym napięciem. Na każdym etapie ładowania wewnętrzna pętla sterująca monitoruje temperaturę złącza IC i dolny prąd ładowania w przypadku przekroczenia progów temperatury wewnętrznej.

Chociaż połączenie akumulatorów litowo-jonowych z technikami ładowania pozwala na budowę przenośnych i noszonych systemów na dłuższy czas, zapewniona jest najdłuższa funkcja ładowania, a rozmiar akumulatora może zostać zmniejszony. Najlepszy kompromis między małym rozmiarem, wagą i żywotnością. .