Metoda de încărcare a bateriei cu litiu-ion pentru stocarea energiei

Awdur: Iflowpower - Proveedor de centrales eléctricas portátiles

În comparație cu tehnologiile vechi, cum ar fi nichel-cadmiul, tehnologia chimică a bateriilor litiu-ion îmbunătățește considerabil densitatea de putere a echipamentelor portabile și respectă timpul normal de funcționare a acestor sisteme atunci când este o singură încărcare. Raportul de auto-descărcare al bateriei litiu-ion este jumătate din hidruri de nichel-cadmiu și nichel metalic, ceea ce ajută și la termenul de valabilitate, permite încărcarea echipamentului, astfel încât clienții să nu fie nevoiți să cumpere înainte de utilizare. Dezavantajul ionilor de litiu este mai complex decât tehnologia veche decât chimia timpurie.

Cu toate acestea, gestionarea prudentă poate fi utilizată pentru a maximiza furnizarea de energie a ionilor de litiu, nu numai că oferă o experiență mai bună, dar vă permite și să vă restrângeți designul pentru a utiliza baterii mai mici. Deoarece bateria reprezintă un raport semnificativ în dimensiunea și greutatea dispozitivului purtăbil, este remarcabil prin înlocuirea unui circuit de încărcare cu un alt circuit de încărcare. Problema cheie a bateriilor litiu-ion este ca sunt foarte sensibile la incarcarea excesiva, deoarece tensiunea prea mare poate provoca stres material, scurtand astfel durata de viata a bateriei.

Dacă încărcarea depășește tensiunea de 4,2V pe baterie, acestea vor aduce și riscuri de securitate. Circuitele de încărcare ieftine pot fi supraîncărcate, deoarece bateria nu atinge limita reală.

Folosesc așa-numitele strategii de încărcare și rulare, această strategie are avantajul că arată rapid. Această strategie folosește caracteristicile curbei de încărcare cu ioni de litiu, care poate fi împărțită în patru etape cheie. Prima fază folosește un curent constant pentru a alimenta bateria.

În cazul bateriei, tensiunea acesteia este mai mult sau mai puțin liniară. Tensiunea este aplatizată în apropierea vârfului, moment în care încărcătorul se poate opri. Cu toate acestea, doar aproximativ 85% se încarcă în acest moment, ceea ce face ca timpul de utilizare să fie scăzut în teorie.

În plus, din motive de siguranță, tensiunea de întrerupere este de obicei setată sub tensiunea maximă, reducând și mai mult încărcarea maximă aplicată bateriei. Tensiunea de tăiere este de 3,8 V, mai degrabă decât maximul tipic de 4.

2V, deci 60% din capacitatea bateriei este disponibilă. Restul încărcării se efectuează în timpul fazei de saturație sau de tensiune constantă. Deși încărcătorul rapid poate reduce timpul necesar pentru a ajunge la faza de saturație prin adăugarea curentului de încărcare, acest lucru are ca efect extinderea fazei de saturație și gestionează cu atenție și precizie etapa de saturație pentru a proteja împotriva stresului.

Figura 1: Etapa de încărcare a bateriilor litiu-ion, inclusiv etapele de reglare termică în condiții de temperatură ridicată. Este dificil să testați bateria plină de preaplin, așa că timpul sau nivelul curentului sunt folosite ca proxy pentru a indica faptul că bateria a fost aproape de încărcare completă. De obicei, încărcarea cu saturație este de aproximativ două ore, oferind astfel un timp rezonabil.

În timpul încărcării cu saturație, indicele curent scade. Când curentul atinge aproximativ 3% din nivelul utilizat în prima fază, bateria este în general considerată a fi încărcată complet și procesul se poate opri. Tensiunea utilizată în timpul încărcării saturate este ajustată la un procent sau mai bine.

Circuitele care efectuează o încărcare saturată pot utiliza testarea curentă și apăsarea pentru a gestiona procesele pentru a se asigura că puterea va fi întreruptă după o perioadă de timp, iar metalul litiu se acumulează, rezultând un incendiu. Temperatura este utilă și în controlul încărcării. În prima etapă, rezistența internă este relativ scăzută, bateria nu va fi conică.

Odată intrat într-o fază de saturație, bateria se va încălzi. Prin urmare, senzorul de temperatură are legătură cu asigurarea faptului că bateria nu se va supraîncălzi și are un risc sigur este foarte important. Producătorii de baterii vor oferi o limită de temperatură sigură pentru produsele lor și, în mod obișnuit, furnizează termistori care pot fi utilizați cu ADC-uri sau circuite comparatoare în circuitul încărcătorului din pachetul de baterii.

Procesul de încărcare trebuie încărcat înainte de epuizarea adâncimii. Acest lucru folosește încărcarea de curent pentru a relua bateria încărcabilă - testat, tensiunea lor va fi mai mică de 3V. Odată ce procesul de filtrare este alimentat cu o încărcare suficientă, tensiunea va crește la 3V sau mai mult și procesul normal de încărcare din prima etapă poate fi preluat.

Încărcătorul IC LTC4065 de la Linglurt utilizează un pachet DFN de dimensiuni mici care furnizează modul de organizare a buclelor de feedback pentru a suporta diferitele moduri de încărcare necesare pentru bateriile cu ioni de litiu. Dispozitivul acceptă metode de încărcare cu curent constant și tensiune constantă, precum și o temperatură constantă pentru a permite încărcarea efectivă în apropierea bateriei. Pentru a suporta încărcarea la temperaturi ridicate, LTC4065 are un circuit de limită de căldură.

Acest lucru poate seta curentul de încărcare în conformitate cu o temperatură ambientală tipică (mai degrabă decât în ​​cel mai rău caz) și se poate asigura că încărcătorul este redus automat în cel mai rău caz. În LTC4065, trei bucle de feedback ale amplificatoarelor controlează modul de curent constant, tensiune constantă și temperatură constantă. Cea de-a patra buclă de feedback a amplificatorului este utilizată pentru a adăuga impedanța de ieșire a perechii de surse de curent pentru a se asigura că un curent de scurgere este de doar o mie de ori față de cel de-al doilea curent de scurgere.

O buclă de feedback separată pentru operațiuni cu curent constant și tensiune constantă forțează încărcătorul pe baza oricărui model care încearcă să minimizeze curentul de încărcare. O altă ieșire a amplificatorului este saturată, ceea ce elimină efectiv bucla din sistem. Când se află în modul de curent constant, este condus cu precizie la 1v.

Pin de programare pentru a programa curentul folosind o rezistență de toleranță procentuală (rPROG). Când este iubit modul de tensiune constantă, bucla de tensiune constantă își conduce intrarea inversată la tensiunea de referință internă. Divizorul de rezistență intern asigură că tensiunea bateriei rămâne la 4.

Tensiunea pin 2V.Prog poate indica, de asemenea, curentul de încărcare în modul de tensiune constantă. Într-o lucrare tipică, perioada de încărcare începe cu modul de curent constant - curentul furnizat bateriei este egal cu 1000V / rProg.

Dacă consumul de energie al LTC4065 este aproape de 115°C, amplificatorul de temperatură limită va începe să scadă curentul de încărcare, limitează temperatura cipului în aproximativ 115°C. Odată ce se iese din modul de restricție de temperatură, LTC 4065 va reveni în modul curent constant sau va intra în modul de tensiune constantă din modul de temperatură constantă. Indiferent dacă este modul, tensiunea pinului PROG este proporțională cu curentul furnizat bateriei.

Circuitele interne de apăsare a timpului și gestionarea încărcării de curent au îmbunătățit funcțiile necesare pentru gestionarea eficientă a bateriei cu litiu-ion. Dispozitivul furnizează o precizie de tensiune flotantă de 0,6%, doar două componente externe.

Când alimentarea de intrare este îndepărtată, LTC4065 intră automat într-o stare de curent scăzut și scurgerea bateriei este redusă la 1μA mai jos. După ce este aplicată alimentarea, LTC4065 poate intra în modul de oprire și poate reduce sursa de alimentare la 20.

μA mai jos. Figura 2: Diagrama de flux de stare de încărcare LTC4065 decizie similară cu aceasta. Similar cu LTC4065, MaximIntegrated MAX1551 are și funcții de limitare termică, încărcare optimă, fără a fi restricționat termic de baterie și de tensiunea de intrare în cel mai rău caz.

Când limita de căldură este atinsă, MAX 15551 și MAX 1555 nu vor opri complet încărcarea, ci vor reduce treptat curentul de încărcare, ceea ce ajută la menținerea funcționării la răcire în sistem. Se folosește pachetul SOT23, similar cu MAX1551 și MAX 1555, MCP73811 dezvoltat de Microchiptechnology este furnizat cu încărcare cu presiune constantă și curent constant, acesta din urmă programat doar prin rezistență externă, și este echipat cu un senzor de căldură încorporat de control limită de încărcare a temperaturii. Seria BQ2409X a Texas Instruments (TI) este un dispozitiv de încărcare liniar foarte integrat, care se confruntă cu o utilizare portabilă orientată spre spațiu.

Aceste circuite integrate sunt proiectate pentru alimentarea portului USB sau pot să nu fie adaptoare de curent alternativ ajustate cu un interval mare de tensiune de intrare și protecție la supratensiune de intrare. BQ2904X efectuează reglaj, încărcare cu curent constant și tensiune constantă. În toate etapele de încărcare, bucla de control intern monitorizează temperatura joncțiunii IC și curentul de încărcare mai mic atunci când depășesc pragurile de temperatură internă.

Deși combinația de baterii litiu-ion pentru tehnicile de încărcare permite construirea de sisteme portabile și portabile pentru a face ca sistemele portabile și portabile să fie mai lungi, este furnizată cea mai lungă funcție, iar dimensiunea bateriei poate fi redusă. Cel mai bun compromis între mic, greutate și viață. .