Enerji depolama için lityum iyon pil şarj yöntemi

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pembekal Stesen Janakuasa Mudah Alih

Nikel-kadmiyum, lityum-iyon pil kimyası teknolojisi gibi eski teknolojilerle karşılaştırıldığında taşınabilir ekipmanların güç yoğunluğunu büyük ölçüde iyileştiriyor ve tek şarjla bu sistemlerin normal çalışma süresini takip ediyor. Lityum-iyon pilin kendi kendine deşarj oranı nikel-kadmiyum ve nikel metal hidritlerin yarısı kadardır, bu da raf ömrünü uzatır, ekipmanın şarj olmasını sağlar, böylece müşterilerin kullanmadan önce satın alma yapmasına gerek kalmaz. Lityum iyonlarının dezavantajı eski teknolojiye göre erken kimyaya göre daha karmaşıktır.

Ancak, lityum iyonların güç dağıtımını en üst düzeye çıkarmak için dikkatli bir yönetim kullanılabilir, bu yalnızca daha iyi bir deneyim sağlamakla kalmaz, aynı zamanda daha küçük piller kullanacak şekilde tasarımınızı daraltmanıza da olanak tanır. Giyilebilir cihazın boyut ve ağırlığında bataryanın önemli bir payı olması nedeniyle bir şarj devresinin başka bir şarj devresiyle değiştirilmesi dikkat çekicidir. Lityum-iyon pillerin temel sorunu, aşırı şarja karşı çok hassas olmalarıdır; çünkü çok yüksek voltaj, malzeme stresine yol açarak pil ömrünü kısaltabilir.

Şarjın akü başına 4.2V voltajını geçmesi durumunda güvenlik riskleri de beraberinde gelecektir. Düşük maliyetli şarj devreleri, pilin gerçek sınırına ulaşmaması nedeniyle aşırı şarj olabilir.

Şarj-kaçış adı verilen bir strateji uyguluyorlar, bu stratejinin avantajı hızlı görünmesi. Bu strateji, dört temel aşamaya bölünebilen lityum iyon şarj eğrisinin özelliklerini kullanır. Birinci fazda aküye sabit akım verilir.

Pilin voltajı az çok doğrusaldır. Tepe noktasına yakın bir noktada voltaj düzleşir ve bu noktada şarj cihazı durdurulabilir. Ancak şu anda sadece %85 civarında şarj olduğundan, kullanım süresi teoride düşük olacaktır.

Ayrıca güvenlik nedeniyle kesme voltajı genellikle maksimum voltajın altında ayarlandığından, aküye uygulanan maksimum şarj daha da azalır. Kesme voltajı tipik maksimum 4 V yerine 3,8 V&39;tur.

2V yani pil kapasitesinin %60&39;ı kullanılabilir. Şarjın geri kalan kısmı doygunluk veya sabit voltaj fazında gerçekleştirilir. Hızlı şarj cihazı, şarj akımı ekleyerek doygunluk aşamasına ulaşmak için gereken süreyi azaltabilse de, bu doygunluk aşamasını uzatma etkisine sahiptir ve strese karşı koruma sağlamak için doygunluk aşamasını dikkatli ve doğru bir şekilde yönetir.

Şekil 1: Yüksek sıcaklık koşullarında termal ayarlama aşamaları da dahil olmak üzere lityum iyon pillerin şarj aşaması. Taşma nedeniyle dolu olan bir pili test etmek zor olacağından, pilin tamamen şarj olmaya yakın olduğunu belirtmek için zaman veya akım seviyesi bir vekil olarak kullanılır. Genellikle doygunluk şarjı yaklaşık iki saattir, bu da makul bir zaman seti sağlar.

Doygunluk şarjı sırasında akım endeksi azalır. Akım, ilk fazda kullanılan seviyenin yaklaşık %3&39;üne ulaştığında, genellikle akünün tam şarj olduğu kabul edilir ve işlem durdurulabilir. Doymuş şarj sırasında kullanılan voltaj yüzde bir veya daha iyi bir değere ayarlanır.

Doymuş şarj gerçekleştiren devreler, akım testi ve pres işlemlerini kullanarak, belirli bir süre sonra gücün kesilmesini sağlayacak işlemleri yönetebilir ve metal lityum birikerek yangına neden olabilir. Sıcaklık aynı zamanda şarj kontrolünde de faydalıdır. İlk aşamada iç direnç nispeten düşük olduğundan pilde daralma olmayacaktır.

Doygunluk evresine girdiğinde pil ısınacaktır. Bu nedenle sıcaklık sensörü akünün aşırı ısınmamasını sağlamakla ilgili olup güvenli bir riske sahip olması oldukça önemlidir. Pil üreticileri, ürünlerine yönelik güvenli bir sıcaklık sınırı sağlar ve genellikle pil takımındaki şarj devresinde ADC&39;ler veya karşılaştırıcı devrelerle kullanılabilen termistörler tedarik eder.

Şarj işleminin derinlik tükenmesinden önce yapılması gerekmektedir. Bu, şarj edilebilir pili yeniden şarj etmek için damlama şarjını kullanır - test edilen voltajlarının 3V&39;tan düşük olacağıdır. Damlama işlemi yeterli şarj ile sağlandığında, voltaj 3V veya daha fazlasına yükselecek ve normal birinci aşama şarj işlemi devralınabilecektir.

Linglurt&39;un LTC4065 şarj cihazı IC&39;si, lityum iyon piller için gereken çeşitli şarj modlarını desteklemek için geri bildirim döngülerinin nasıl düzenleneceğini sağlayan küçük boyutlu bir DFN paketi kullanır. Cihaz, sabit akım ve sabit voltaj şarj yöntemlerini desteklerken, aynı zamanda bataryaya yakın mesafede etkili şarj imkânı sağlamak için sabit bir sıcaklık da sağlıyor. Yüksek sıcaklıkta şarjı desteklemek için LTC4065&39;te bir ısı sınırlama devresi bulunur.

Bu, şarj akımını tipik ortam sıcaklığına (en kötü durum yerine) göre ayarlayabilir ve en kötü durumda şarj cihazının otomatik olarak azaltılmasını sağlayabilir. LTC4065&39;te üç adet amplifikatör geri besleme döngüsü sabit akım, sabit voltaj ve sabit sıcaklık modunu kontrol eder. Dördüncü amplifikatör geri besleme döngüsü, akım kaynağı çiftinin çıkış empedansını eklemek için kullanılır; böylece bir drenaj akımının, ikinci drenaj akımının yalnızca bin katı olması sağlanır.

Sabit akım ve sabit voltaj işlemleri için ayrı bir geri besleme döngüsü, şarj akımını en aza indirmeye çalışan herhangi bir modele göre şarj cihazını zorlar. Başka bir amplifikatör çıkışı doymuştur, bu da onun döngüsünü sistemden etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Sabit akım modunda iken, hassas bir şekilde 1v&39;a sürülür.

Akımı yüzde tolerans direnci (rPROG) kullanarak programlamak için kullanılan prog pini. Sabit gerilim modu sevildiğinde, sabit gerilim döngüsü ters girişini iç referans gerilimine sürer. Dahili direnç bölücüsü akü voltajının 4&39;te kalmasını sağlar.

2V.Prog pin voltajı aynı zamanda sabit voltaj modunda şarj akımını da gösterebilir. Tipik bir çalışmada şarj süreci sabit akım moduyla başlar - aküye verilen akım 1000V/rProg&39;a eşittir.

LTC4065&39;in güç tüketimi şuna yakınsa: 115°C, sınır sıcaklık amplifikatörü şarj akımını düşürmeye başlayacak, çipin sıcaklığını yaklaşık olarak sınırlayacaktır 115°C. Sıcaklık sınırlama modundan çıkıldığında LTC 4065 sabit akım moduna geri dönecek veya sabit sıcaklık modundan sabit voltaj moduna girecektir. Mod ne olursa olsun PROG pininin voltajı aküye verilen akımla orantılıdır.

Dahili zaman baskısı devresi ve damlama şarj yönetimi, etkili lityum iyon pil yönetimi için gereken işlevleri iyileştirdi. Cihaz, sadece iki harici bileşenle %0,6&39;lık yüzer voltaj doğruluğu sağlıyor.

Giriş gücü kesildiğinde, LTC4065 otomatik olarak düşük akım durumuna girer ve pil sızıntısı düşürülür 1μAşağıda bir tane var. Güç uygulandıktan sonra LTC4065 kapanma moduna girebilir ve güç kaynağını 20&39;ye düşürebilir.

μAşağıda bir tane var. Şekil 2: Şarj durumu akış şeması LTC4065 kararı buna benzer. LTC4065&39;e benzer şekilde MaximIntegrated MAX1551 de termal sınırlama fonksiyonlarına, en kötü pil ve giriş voltajı tarafından termal olarak kısıtlanmadan optimum şarj özelliğine sahiptir.

Isı sınırına ulaşıldığında MAX 15551 ve MAX 1555 şarjı tamamen durdurmaz, ancak şarj akımını kademeli olarak azaltır, bu da sistemde soğutma işlevinin korunmasına yardımcı olur. SOT23 paketi kullanılan, MAX1551 ve MAX 1555&39;e benzer şekilde, Microchiptechnology tarafından geliştirilen MCP73811, sabit basınç ve sabit akım şarjı ile beslenir, ikincisi yalnızca harici dirençle programlanır ve dahili ısı sensörü kontrol sıcaklık sınır şarjı ile donatılmıştır. Texas Instruments (TI)&39;ın BQ2409X serisi, uzay odaklı taşınabilir kullanıma yönelik, yüksek düzeyde entegre bir doğrusal şarj cihazıdır.

Bu IC&39;ler USB portu güç kaynağı için tasarlanmıştır veya yüksek giriş voltaj aralığı ve giriş aşırı voltaj korumasına sahip AC adaptörleri ayarlayamaz. BQ2904X ayarlama, sabit akım ve sabit voltaj şarjı yapar. Tüm şarj aşamalarında, dahili kontrol döngüsü IC bağlantı sıcaklığını izler ve dahili sıcaklık eşikleri aşıldığında şarj akımını düşürür.

Lityum-iyon pillerin şarj teknikleriyle birleştirilmesi taşınabilir ve giyilebilir sistemlerin kurulmasına olanak sağlasa da taşınabilir ve giyilebilir sistemlerin kurulması daha uzun süre yapılabilmekte, en uzun işlev sağlanabilmekte ve pil boyutu küçültülebilmektedir. Küçük ile ağırlık ve yaşam arasındaki en iyi denge. .