Метод зарядки литий-ионных аккумуляторов для хранения энергии

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

По сравнению со старыми технологиями, такими как никель-кадмиевые, химическая технология литий-ионных аккумуляторов значительно повышает плотность мощности портативного оборудования и соответствует нормальному времени работы этих систем при однократной зарядке. Коэффициент саморазряда литий-ионного аккумулятора составляет половину от никель-кадмиевых и никель-металлгидридных, что также способствует увеличению срока годности, позволяет заряжать оборудование, так что клиентам не приходится покупать его перед использованием. Недостатком ионов лития является более сложная старая технология, чем ранняя химия.

Однако осторожное управление может использоваться для максимизации подачи энергии литий-ионами, что не только обеспечивает лучший опыт, но и позволяет сузить конструкцию для использования батарей меньшего размера. Поскольку аккумулятор составляет значительную часть размера и веса носимого устройства, примечательно то, что одну цепь зарядки можно заменить на другую цепь зарядки. Основная проблема литий-ионных аккумуляторов заключается в том, что они очень чувствительны к чрезмерной зарядке, поскольку слишком высокое напряжение может вызвать механическое напряжение в материале, что сокращает срок службы аккумулятора.

Если напряжение заряда превысит 4,2 В на аккумулятор, это также повлечет за собой риски безопасности. Недорогие схемы зарядки могут быть перезаряжены, поскольку аккумулятор не достигает фактического предела.

Они используют так называемые стратегии зарядки и бега, преимущество этой стратегии в том, что она выглядит быстро. В этой стратегии используются характеристики кривой зарядки литий-ионных аккумуляторов, которую можно разделить на четыре основных этапа. На первом этапе для питания аккумулятора используется постоянный ток.

Что касается батареи, ее напряжение более или менее линейно. Напряжение выравнивается вблизи пика, после чего зарядное устройство может остановиться. Однако на данный момент уровень заряда составляет всего около 85%, поэтому теоретически время использования может быть коротким.

Кроме того, из соображений безопасности напряжение отключения обычно устанавливается ниже максимального напряжения, что еще больше снижает максимальный заряд, подаваемый на аккумулятор. Напряжение отсечки составляет 3,8 В вместо типичного максимума 4.

2 В, то есть доступно 60% емкости аккумулятора. Остальная часть зарядки выполняется во время фазы насыщения или постоянного напряжения. Хотя быстрое зарядное устройство может сократить время, необходимое для достижения фазы насыщения, добавляя зарядный ток, это приводит к удлинению фазы насыщения и позволяет тщательно и точно управлять стадией насыщения, чтобы защититься от стресса.

Рисунок 1: Стадия зарядки литий-ионных аккумуляторов, включая стадии терморегуляции в условиях высоких температур. Трудно проверить аккумулятор на предмет переполнения, поэтому время или уровень тока используются в качестве косвенного показателя того, что аккумулятор близок к полной зарядке. Обычно зарядка при насыщении занимает около двух часов, что обеспечивает разумный запас времени.

Во время зарядки насыщения индекс тока снижается. Когда ток достигает примерно 3% от уровня, использованного в первой фазе, аккумулятор обычно считается полностью заряженным и процесс можно остановить. Напряжение, используемое во время зарядки насыщением, регулируется до одного процента или лучше.

Схемы, выполняющие насыщенный заряд, могут использовать тестирование тока и пресс для управления процессами, чтобы гарантировать, что подача питания будет прекращена по истечении определенного периода времени, а металлический литий будет накапливаться, что приведет к возгоранию. Температура также полезна для контроля зарядки. На первом этапе внутреннее сопротивление относительно низкое, батарея не будет разряжаться.

При достижении фазы насыщения аккумулятор нагревается. Поэтому датчик температуры очень важен для обеспечения того, чтобы аккумулятор не перегревался и не подвергался риску. Производители аккумуляторов указывают безопасный температурный предел для своей продукции и обычно поставляют термисторы, которые можно использовать с АЦП или схемами компаратора в цепи зарядного устройства аккумуляторной батареи.

Процесс зарядки должен осуществляться до истощения глубины. Для возобновления работы заряжаемой батареи используется метод подзарядки малым током — проверенное напряжение будет ниже 3 В. Как только процесс капельного заряда будет достаточно заряжен, напряжение возрастет до 3 В или более, и можно будет приступить к обычному процессу первой стадии зарядки.

Микросхема зарядного устройства LTC4065 компании Linglurt использует малогабаритный корпус DFN, который обеспечивает организацию контуров обратной связи для поддержки различных режимов зарядки, необходимых для литий-ионных аккумуляторов. Устройство поддерживает методы зарядки постоянным током и постоянным напряжением, а также постоянную температуру, что обеспечивает эффективную зарядку в непосредственной близости от аккумулятора. Для поддержки высокотемпературной зарядки LTC4065 имеет схему ограничения нагрева.

Это позволяет установить зарядный ток в соответствии с типичной температурой окружающей среды (а не с наихудшим случаем) и гарантировать автоматическое снижение тока зарядного устройства в наихудшем случае. В LTC4065 три контура обратной связи усилителя управляют режимами постоянного тока, постоянного напряжения и постоянной температуры. Четвертый контур обратной связи усилителя используется для добавления выходного сопротивления пары источников тока, чтобы гарантировать, что ток одного стока будет всего в тысячу раз больше тока второго стока.

Отдельный контур обратной связи для операций постоянного тока и постоянного напряжения заставляет зарядное устройство работать по любой модели, которая пытается минимизировать зарядный ток. Другой выход усилителя насыщен, что эффективно исключает его петлю из системы. В режиме постоянного тока он точно достигает 1 В.

Вывод Prog для программирования тока с использованием резистора с процентным допуском (rPROG). При выборе режима постоянного напряжения контур постоянного напряжения подает на свой инвертированный вход внутреннее опорное напряжение. Внутренний резисторный делитель обеспечивает поддержание напряжения батареи на уровне 4.

Напряжение на выводе 2V.Prog также может указывать ток зарядки в режиме постоянного напряжения. При типичной работе период заряда начинается в режиме постоянного тока — ток, подаваемый на аккумулятор, равен 1000 В/rProg.

Если потребляемая мощность LTC4065 близка к 115°C, усилитель предельной температуры начнет снижать ток зарядки, ограничивая температуру чипа примерно в 115°C. После выхода из режима ограничения температуры LTC 4065 вернется в режим постоянного тока или перейдет из режима постоянной температуры в режим постоянного напряжения. Независимо от режима напряжение на выводе PROG пропорционально току, подаваемому на аккумулятор.

Внутренняя схема контроля дефицита времени и управление подзарядкой малым током улучшили функции, необходимые для эффективного управления литий-ионными аккумуляторами. Устройство обеспечивает точность плавающего напряжения 0,6%, всего два внешних компонента.

При отключении входного питания LTC4065 автоматически переходит в состояние низкого тока, и утечка тока батареи снижается до 1μА ниже. После подачи питания LTC4065 может перейти в режим выключения и понизить напряжение питания до 20 В.

μА ниже. Рисунок 2: Схема состояния зарядки LTC4065, решение, аналогичное этому. Подобно LTC4065, MaximIntegrated MAX1551 также имеет функции ограничения температуры, оптимальную зарядку, не будучи ограниченным температурой из-за наихудшего варианта батареи и входного напряжения.

При достижении предельного значения нагрева MAX 15551 и MAX 1555 не прекращают зарядку полностью, а постепенно снижают ток зарядки, что помогает поддерживать работоспособность при охлаждении системы. Используется корпус SOT23, аналогичный MAX1551 и MAX 1555, MCP73811, разработанный Microchiptechnology, оснащен зарядкой постоянным давлением и постоянным током, причем последний программируется только внешним сопротивлением, и оснащен встроенным тепловым датчиком, контролирующим предельную температуру зарядки. Серия BQ2409X компании Texas Instruments (TI) представляет собой высокоинтегрированное линейное зарядное устройство, предназначенное для портативного использования в условиях космоса.

Эти микросхемы предназначены для питания через порт USB или не могут быть адаптированы к адаптерам переменного тока с высоким диапазоном входного напряжения и защитой от перенапряжения на входе. BQ2904X выполняет регулировку, зарядку постоянным током и постоянным напряжением. На всех этапах зарядки внутренний контур управления контролирует температуру перехода ИС и снижает ток зарядки при превышении пороговых значений внутренней температуры.

Хотя сочетание литий-ионных аккумуляторов с методами зарядки позволяет создавать портативные и носимые системы, сделать так, чтобы портативные и носимые системы работали дольше, обеспечивается более длительная работа, а размер батареи может быть уменьшен. Лучший компромисс между малым весом и долговечностью. .