Ładowarka do ogniw litowo-jonowych serii 2S, 5S przy użyciu BQ7718

Ta ładowarka do ogniw litowo-jonowych serii BQ7718 od 2S do 5S jest zaprojektowana do niezależnego monitorowania napięcia każdego z ogniw litowo-jonowych w odniesieniu do wewnętrznie ustawionego poziomu odniesienia.

Gdy tylko napięcie któregokolwiek z ogniw ma tendencję do przekraczania poziomu odniesienia, uruchamia wewnętrzny zegar opóźnienia. Ten zegar opóźnienia czeka przez kilka sekund, a następnie włącza styk wyjściowy układu scalonego.

Wyjście układu scalonego bocznikuje zasilanie wejściowe, dzięki czemu stan przepięcia ogniwa jest szybko ograniczany.

Poniższy diagram przedstawia podstawową konfigurację przy użyciu pakietu ogniw Li-Ion serii 5S lub 5:

Wejście zasilania może pochodzić z kontrolera panelu słonecznego.

Gdy tylko którakolwiek z ogniw szeregowych osiągnie stan przepięcia, najpierw aktywuje się zegar opóźnienia i czeka przez chwilę, a następnie w końcu styk OUT zostaje wyzwolony, aby bocznikować zasilanie.

Powtarzane przełączanie na OUTPUT ON / OFF pozwala innym ogniwom kontynuować proces ładowania, a jednocześnie zapobiega przeładowaniu w pełni naładowanych ogniw szeregowych.

Ochrona przed przepięciami szeregowych akumulatorów litowo-jonowych

Akumulatory są powszechnie używane do magazynowania energii elektrycznej i wykorzystywania tej mocy zgodnie z zapotrzebowaniem.

Głównymi wyzwaniami w systemach zasilanych bateryjnie są przepięcia i przegrzanie akumulatorów.

Akumulatory litowo-jonowe stają się realnym kandydatem dla przemysłu elektronicznego i zastępują akumulatory niklowe.

Akumulatory litowo-jonowe zyskały popularność w ciągu ostatnich kilku lat ze względu na ich szerokie zastosowanie w skuterach elektrycznych, rowerach elektrycznych, dronach i pojazdach elektrycznych (EV).

Atrakcyjne i wyjątkowe cechy akumulatorów litowo-jonowych to:

• Wysoka gęstość energii
• Wysoka moc wyjściowa
• Wysokie napięcie ogniwa (w porównaniu z bateriami niklowymi)
• Niski współczynnik samorozładowania (1: 4 w porównaniu do technologii niklowej)

Pomimo wielu zalet w porównaniu z akumulatorami niklowymi, akumulatory Li-Ion są mniej tolerancyjne, a przeładowanie skraca ich żywotność.

Przepięcie i przeładowanie może prowadzić do przegrzania, wysokiej rezystancji wewnętrznej, niskiego magazynowania energii lub nawet wybuchu.

Aby uzyskać maksymalne korzyści i wydłużyć żywotność baterii litowo-jonowych, należy zająć się kwestią przeładowania.

Dla bezpieczeństwa i ochrony akumulatorów obwody ochronne muszą być odpowiednio zaprojektowane i zintegrowane z akumulatorem.

Ochrona przed przeciążeniem i zwarciem jest również istotnym czynnikiem dla przedłużenia żywotności systemu akumulatorów.

Kluczowe cechy:

Aby stawić czoła wszystkim powyższym wyzwaniom, eksperci zalecili obwód ochronny ogniw litowo-jonowych serii BQ7718 IC.

Produkty z serii BQ7718 nie tylko monitorują przepięcie w systemie ładowania akumulatorów, ale także chronią akumulator przed przepięciem.

Ponieważ pakiet akumulatorów składa się z szeregu lub pewnej liczby ogniw, ochronę każdego ogniwa zapewniają obwody BQ7718xy.

Zastosowanie BQ7718 zapewnia elastyczność monitorowania i sterowania akumulatorami litowo-jonowymi serii od 2 do 5 ogniw.

Zabezpieczenie przed przeciążeniem i zwarciem jest również wyposażone w wewnętrzny zegar opóźnienia do szybkiej ochrony ogniw akumulatora.

BQ7718 zapewnia moduł testowy klienta i umożliwia niezależne monitorowanie każdej komórki w celu zapewnienia ochrony przed przepięciami.

W trybie testowym klienta można skrócić czas testu w celu sprawdzenia i weryfikacji parametru timera nadnapięciowego podczas integracji z pakietem akumulatorów.

Aby włączyć tryb testowy i konfigurację timera opóźnienia, zapoznaj się z arkuszem danych.

Jego rozmiar jest mały (QFN 3 mm x 4 mm, MSOP 3 mm x 5 mm) i na tyle ekonomiczny, że można go łatwo umieścić w zestawie baterii.

Co więcej, napięcie robocze i pobór prądu BQ7718 jest zbyt mały (niski pobór mocy ICC ≈ 1 µA), aby mógł być niższy niż nieodłączna szybkość samorozładowania każdego dobrze zaprojektowanego akumulatora Li-Ion.

Próg przeładowania jest również ustalony, co pozwala na pełne naładowanie i zapobiega przeładowaniu. Posiada zabezpieczenie przeciwprzepięciowe o wysokiej dokładności ± 10 mV.

Zakres progu ochrony przeciwprzepięciowej można wybrać z katalogu (od 4.200 do 4.300 V) w zależności od wymagań obwodu pakietu akumulatorów.

Jeśli wybrany próg jest zbyt wysoki, bateria może ulec uszkodzeniu, więc wybierz próg dokładnie zgodnie z potrzebami obwodu.

Według producenta należy również zauważyć, że prąd upływu na wejściu na ogniwo jest mniejszy niż 100 nA.

Wyrównanie ładunku w każdym ogniwie jest obowiązkowe, aby zmagazynować maksymalną ilość energii, każde ogniwo powinno być ładowane jednakowo.

Jakakolwiek nierównowaga w ładowaniu każdego ogniwa z powodu wady produkcyjnej lub częstego ładowania, rozładowanie może skrócić czas działania baterii.

Jak wspomnieliśmy, w BQ7718xy każde ogniwo jest monitorowane niezależnie, problem ładowania niezrównoważenia ogniw można wyeliminować.

Aktualne napięcie i napięcie odniesienia zabezpieczenia jest stale monitorowane przez BQ7718xy dla każdego ogniwa, każde wykrycie nierównowagi lub nierównego ładowania (skonfigurowany czas opóźnienia OV) między ogniwami aktywuje obwód timera.

Po wygaśnięciu obwodu timera następuje aktywacja stanu ładowania. Normalny tryb ładowania jest aktywowany, gdy napięcia spadną poniżej zadanych wartości.

Producent zalecił, aby w celu wykrycia napięcia wejściowego każdego ogniwa należy zamontować szeregowy rezystor i kondensator w ogniwie, ponieważ jest to wymagane do filtracji szumów i stabilnego monitorowania napięcia.

Temperatura pracy BQ7718xy waha się od -10 ° C do 110 ° C, przekroczenie tych zakresów może spowodować trwałe uszkodzenie urządzeń.

Długotrwałe narażenie na maksymalne wartości graniczne w każdych warunkach może zmienić funkcjonalność systemu i wpłynąć na niezawodność.

Aby uniknąć problemu z niezawodnością, zaleca się, aby urządzenia nie były narażone na najgorsze lub maksymalne warunki graniczne przez dłuższy czas.

Funkcje PIN:

BQ7718xy jest dostępny w dwóch popularnych pakietach konfiguracyjnych, takich jak DPJ i DGK (oba w 8 pinach), jak pokazano na poniższym obrazku.

VDD to źródło zasilania (maks. 30 V, zalecane 25 V), natomiast VSS jest uziemieniem odniesienia lub zaciskiem ujemnym.

Rezystor szeregowy musi być połączony z VDD, aby ograniczyć prąd, a kondensator należy podłączyć do pinu VSS, aby odfiltrować szum.

Piny V1 do V5 są używane do wykrywania napięć wejściowych odpowiednio w komórkach 1 do 5. Końcówka wyjściowa służy do sygnalizacji przepięcia (zakres napięcia -0,3 do 30) uszkodzenia pakietu akumulatorów.

Konfiguracje obwodów

Poniższy rysunek przedstawia proste podejście do ochrony ładowania ogniw serii 3,4 lub 5 akumulatorów Li-Ion.

Należy przestrzegać zaleceń producenta przy opracowywaniu obwodów ochrony przeciwprzepięciowej dla pakietu akumulatorów.

Jakakolwiek zmiana zakresów podanych w arkuszu danych może wpłynąć na dokładność pomiaru napięcia ogniwa. Kalibracja urządzenia została przeprowadzona przy wartości = 1 kΩ, dokładność urządzenia można zmienić, jeśli do kalibracji zostanie użyta inna wartość lub.

Obwód aplikacji BQ7718:

Obwody elektroniczne do monitorowania i ochrony przepięciowej, wyrównania ładunku w warunkach wysokiej temperatury z wewnętrznym zegarem opóźnienia mogą być zaprojektowane przy użyciu BQ7718xy.

Do ochrony akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w ręcznych elektronarzędziach / narzędziach ogrodniczych, rowerach elektrycznych / skuterach i bezprzewodowych urządzeniach domowych, takich jak odkurzacze.

Podsumowanie:

Informacje przedstawione na poniższym obrazku przedstawiają w pigułce szczegóły funkcjonalne układu scalonego i jego zastosowania.

Bibliografia:

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq7718.pdf

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P. i Tassoni, C. (2005). Wybór i zarządzanie akumulatorami w pojazdach elektrycznych nowej generacji. Transakcje IEEE dotyczące elektroniki przemysłowej , 52 (5), 1343-1349.