Метод зарядки літій-іонного акумулятора для зберігання енергії

著者：Iflowpower – Fornitur Portable Power Station

У порівнянні зі старими технологіями, такими як нікель-кадмієві, хімічні технології літій-іонних акумуляторів значно покращують щільність потужності портативного обладнання та відповідають нормальному часу роботи цих систем під час одноразового заряджання. Коефіцієнт саморозряду літій-іонної батареї становить половину нікель-кадмієвих і нікель-металгідридів, що також сприяє тривалому терміну зберігання, дозволяє заряджати обладнання, так що клієнтам не потрібно купувати перед використанням. Недолік іонів літію є більш складним, ніж стара технологія, ніж рання хімія.

Однак обережне керування може бути використано для максимізації доставки енергії літієвих іонів, не тільки забезпечуючи кращий досвід, але також дозволяючи звузити ваш дизайн для використання менших акумуляторів. Оскільки батарея займає значну частку розміру та ваги пристрою, який можна носити, це чудово, замінивши схему заряджання на іншу схему заряджання. Основна проблема літій-іонних акумуляторів полягає в тому, що вони дуже чутливі до надмірного заряджання, оскільки занадто висока напруга може спричинити навантаження на матеріал, таким чином скорочуючи термін служби акумулятора.

Якщо заряд перевищує напругу 4,2 В на батарею, вони також створять ризики безпеці. Недорогі зарядні схеми можуть бути перезаряджені, оскільки акумулятор не досягає фактичного ліміту.

Вони використовують так звані стратегії зарядки та запуску, перевага цієї стратегії полягає в тому, що вона виглядає швидко. Ця стратегія використовує характеристики кривої зарядки іонів літію, яку можна розділити на чотири основні етапи. Перша фаза використовує постійний струм для живлення батареї.

З акумулятором його напруга більш-менш лінійна. Напруга вирівнюється в районі піку, коли зарядний пристрій може зупинитися. Однак у цей час лише близько 85% заряду, що теоретично призводить до низького часу використання.

Крім того, з міркувань безпеки напруга відключення зазвичай встановлюється нижче максимальної напруги, що ще більше зменшує максимальний заряд акумулятора. Гранична напруга становить 3,8 В, а не 4 В, як зазвичай.

2 В, тому доступно 60% ємності акумулятора. Решта заряду виконується під час фази насичення або постійної напруги. Хоча швидкий зарядний пристрій може скоротити час, необхідний для досягнення фази насичення, додавши зарядний струм, це має ефект подовження фази насичення та ретельно й точно керує стадією насичення, щоб захистити від стресу.

Рисунок 1: Етап заряджання літій-іонних акумуляторів, включаючи етапи терморегулювання в умовах високої температури. Важко перевірити, що акумулятор переповнений, тому час або поточний рівень використовуються як проксі, щоб вказати, що акумулятор був близький до повного заряджання. Зазвичай зарядка насичення становить близько двох годин, що забезпечує прийнятний час.

Під час зарядки насичення індекс струму знижується. Коли струм досягає приблизно 3% від рівня, використовуваного в першій фазі, батарея, як правило, вважається повністю зарядженою, і процес може зупинятися. Напруга, яка використовується під час насиченого заряду, регулюється до одного відсотка або вище.

Схеми, які виконують насичений заряд, можуть використовувати тестування струму та натискання для керування процесами, щоб переконатися, що живлення буде припинено через певний період часу, а металевий літій накопичується, що призведе до пожежі. Температура також корисна для контролю зарядки. На першому етапі внутрішній опір відносно низький, акумулятор не буде конусним.

Після входу в фазу насичення батарея нагріється. Таким чином, датчик температури пов’язаний із забезпеченням того, щоб батарея не перегрівалася та мати безпечний ризик, дуже важливий. Виробники акумуляторів забезпечать безпечне обмеження температури для своїх продуктів і зазвичай постачають термістори, які можна використовувати з АЦП або схемами компаратора в схемі зарядного пристрою в акумуляторній батареї.

Процес зарядки повинен бути заряджений до виснаження глибини. Це використовує крапельне заряджання, щоб відновити заряджання батареї - перевірена їх напруга буде нижчою за 3 В. Після того, як процес крапельного заряду буде забезпечений достатнім зарядом, напруга зросте до 3 В або більше, і можна буде перейти до звичайного першого етапу заряджання.

ІС зарядного пристрою LTC4065 від Linglurt використовує невеликий пакет DFN, який надає інформацію про те, як організувати цикли зворотного зв’язку для підтримки різних режимів заряджання, необхідних для літій-іонних акумуляторів. Пристрій підтримує методи заряджання за постійного струму та постійної напруги, а також постійну температуру, щоб забезпечити ефективну зарядку поблизу від акумулятора. Щоб підтримувати зарядку при високій температурі, LTC4065 має схему обмеження тепла.

Це може встановити зарядний струм відповідно до типової температури навколишнього середовища (а не в найгіршому випадку) і забезпечити автоматичне зменшення зарядного пристрою в найгіршому випадку. У LTC4065 три контури зворотного зв’язку підсилювача контролюють режим постійного струму, постійної напруги та постійної температури. Четверта петля зворотного зв&39;язку підсилювача використовується для додавання вихідного опору пари джерел струму, щоб гарантувати, що один струм стоку лише в тисячу разів перевищує струм другого стоку.

Окремий контур зворотного зв’язку для постійного струму та постійної напруги змушує зарядний пристрій на основі будь-якої моделі намагатися мінімізувати зарядний струм. Інший вихід підсилювача насичений, що ефективно усуває його петлю з системи. У режимі постійного струму він точно досягає 1 В.

Програмний висновок для програмування струму за допомогою резистора з відсотковим допуском (rPROG). Коли подобається режим постійної напруги, контур постійної напруги передає свій інвертований вхід на внутрішню опорну напругу. Внутрішній резисторний дільник забезпечує збереження напруги батареї на рівні 4.

Напруга на контакті 2V.Prog також може вказувати струм зарядки в режимі постійної напруги. У типовій роботі період зарядки починається з режиму постійного струму - струм, що подається на батарею, дорівнює 1000V / rProg.

Якщо енергоспоживання LTC4065 близько до 115°C, підсилювач граничної температури почне знижувати зарядний струм, обмежить температуру чіпа приблизно 115°C. Після виходу з режиму обмеження температури LTC 4065 повернеться в режим постійного струму або перейде в режим постійної напруги з режиму постійної температури. Незалежно від того, чи знаходиться режим, напруга на контакті PROG пропорційна струму, що надходить до батареї.

Внутрішня схема тимчасового підзарядки та керування краплинною зарядкою покращили функції, необхідні для ефективного керування літій-іонним акумулятором. Пристрій забезпечує точність плаваючої напруги 0,6%, лише два зовнішні компоненти.

Коли вхідне живлення припиняється, LTC4065 автоматично переходить у стан низького струму, а витік батареї знижується до 1μA нижче. Після подачі живлення LTC4065 може перейти в режим вимкнення та знизити рівень живлення до 20.

μA нижче. Малюнок 2. Блок-схема стану заряджання. Рішення LTC4065 схоже на це. Подібно до LTC4065, MaximIntegrated MAX1551 також має функції термічного обмеження, оптимального заряджання, без термічного обмеження батареєю та вхідною напругою в найгіршому випадку.

Коли досягнуто ліміту нагрівання, MAX 15551 і MAX 1555 не припиняють заряджання повністю, але поступово зменшують струм заряджання, що допомагає підтримувати роботу під час охолодження в системі. Використовується пакет SOT23, подібний до MAX1551 і MAX 1555, MCP73811, розроблений Microchiptechnology, забезпечує постійний тиск і постійний струм заряджання, останній програмується лише зовнішнім опором, і оснащений вбудованим датчиком тепла, який контролює граничну температуру заряджання. Серія BQ2409X компанії Texas Instruments (TI) — це високоінтегрований лінійний зарядний пристрій, призначений для портативного використання в космосі.

Ці мікросхеми призначені для живлення через USB-порт або можуть не регулюватися адаптерами змінного струму з високим діапазоном вхідної напруги та захистом від перенапруги на вході. BQ2904X виконує регулювання, зарядку постійного струму та постійної напруги. На всіх етапах заряджання внутрішній контур керування відстежує температуру переходу IC і нижчий струм заряджання при перевищенні порогових значень внутрішньої температури.

Хоча поєднання літій-іонних акумуляторів для заряджання дозволяє створювати портативні та носимі системи, щоб зробити збірку портативних та носимих систем довшою, забезпечується найдовша функція, а розмір батареї можна зменшити. Найкращий компроміс між малою вагою та життям. .