Σειρά 2S, 5S Li-Ion Cell Charger χρησιμοποιώντας BQ7718

Αυτός ο φορτιστής κυψελών Li-Ion σειρά 2S έως 5S της σειράς BQ7718 έχει σχεδιαστεί για να παρακολουθεί την τάση καθενός από τα στοιχεία ιόντων λιθίου ανεξάρτητα, με αναφορά σε ένα εσωτερικά καθορισμένο επίπεδο αναφοράς.

Μόλις κάποια τάση κυψέλης τείνει να υπερβαίνει το επίπεδο αναφοράς, ενεργοποιεί ένα εσωτερικό χρονόμετρο καθυστέρησης. Αυτός ο χρονοδιακόπτης καθυστέρησης περιμένει λίγα δευτερόλεπτα και στη συνέχεια ενεργοποιεί τον ακροδέκτη εξόδου του IC.

Η έξοδος του IC διακόπτει την τροφοδοσία εισόδου έτσι ώστε η κατάσταση υπερβολικής τάσης της κυψέλης να περιορίζεται γρήγορα.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει τη βασική διαμόρφωση χρησιμοποιώντας το πακέτο κυττάρων Li-Ion 5S ή 5 σειρών:

Η είσοδος τροφοδοσίας μπορεί να προέρχεται από έναν ελεγκτή ηλιακού πλαισίου.

Μόλις κάποιο από τα κελιά της σειράς φτάσει σε κατάσταση υπερβολικής τάσης, ενεργοποιείται πρώτα ο χρονοδιακόπτης καθυστέρησης και περιμένει για λίγο και, στη συνέχεια, ο ακροδέκτης OUT ενεργοποιείται για διακοπή της τροφοδοσίας.

Ο επαναλαμβανόμενος διακόπτης OUTPUT ON / OFF επιτρέπει στα άλλα κελιά να συνεχίσουν τη διαδικασία φόρτισης και ταυτόχρονα διατηρεί τα πλήρως φορτισμένα κελιά σειράς από υπερφόρτιση.

Προστασία από υπερβολική τάση μπαταριών ιόντων λιθίου

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες χρησιμοποιούνται συνήθως για αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας και για χρήση αυτής της ισχύος σύμφωνα με τη ζήτηση.

Οι βασικές προκλήσεις στα συστήματα που λειτουργούν με μπαταρίες είναι η υπέρταση και η υπερθέρμανση των μπαταριών.

Οι μπαταρίες Li-Ion γίνονται βιώσιμες υποψήφιες για την ηλεκτρονική βιομηχανία και αντικαθιστούν τις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες με βάση το νικέλιο.

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν αποκτήσει δημοτικότητα τα τελευταία χρόνια λόγω της εκτεταμένης χρήσης τους σε ηλεκτρικά σκούτερ, ηλεκτρονικά ποδήλατα, drone και ηλεκτρικά οχήματα (EV).

Τα ελκυστικά και μοναδικά χαρακτηριστικά των μπαταριών Li-Ion είναι:

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα
• Υψηλή ισχύς εξόδου
• Υψηλή τάση κυψέλης (σε σύγκριση με τις μπαταρίες νικελίου)
• Χαμηλός ρυθμός αυτοεκφόρτισης (1: 4 σε σύγκριση με την τεχνολογία νικελίου)

Παρά το ότι έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των μπαταριών νικελίου, οι μπαταρίες Li-Ion είναι λιγότερο ανεκτικές και η υπερφόρτιση μειώνει τον κύκλο ζωής τους.

Η υπέρταση και η υπερφόρτιση θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε υπερθέρμανση, υψηλή εσωτερική αντίσταση, χαμηλή αποθήκευση ενέργειας ή ακόμη και έκρηξη.

Για να έχετε τα μέγιστα οφέλη και να αυξήσετε τον κύκλο ζωής των μπαταριών Li-Ion, πρέπει να αντιμετωπιστεί το ζήτημα της υπερφόρτισης.

Για την ασφάλεια και την προστασία των μπαταριών, τα κυκλώματα προστασίας πρέπει να είναι κατάλληλα σχεδιασμένα και ενσωματωμένα συστήματα με μπαταρία.

Η προστασία από υπερφόρτωση και βραχυκύκλωμα αποτελούν επίσης ζωτικό παράγοντα για την παράταση της διάρκειας ζωής του συστήματος μπαταριών.

Βασικά χαρακτηριστικά:

Για την καταπολέμηση όλων των προαναφερθεισών προκλήσεων, οι ειδικοί έχουν προτείνει το κύκλωμα προστασίας κυττάρων Li-Ion βασισμένο στο IC BQ7718.

Η σειρά προϊόντων BQ7718 όχι μόνο παρακολουθεί την υπέρταση στο σύστημα φόρτισης της μπαταρίας, αλλά και προστατεύει την μπαταρία από την υπέρταση.

Καθώς η μπαταρία αποτελείται από μια σειρά ή αριθμό κελιών, η προστασία κάθε κυψέλης έχει διασφαλιστεί από τα κυκλώματα BQ7718xy.

Η εφαρμογή του BQ7718 έχει την ευελιξία να παρακολουθεί και να ελέγχει τις μπαταρίες Li-Ion 2-σειρών έως 5 σειρών.

Η προστασία υπερφόρτωσης και βραχυκυκλώματος παρέχεται επίσης με τον εσωτερικό χρονοδιακόπτη καθυστέρησης για τη γρήγορη προστασία των κυψελών μπαταρίας.

Το BQ7718 παρέχει τη μονάδα δοκιμής πελατών και επιτρέπει την ανεξάρτητη παρακολούθηση κάθε κυψέλης για να διασφαλιστεί η προστασία από την υπερβολική τάση.

Στη λειτουργία δοκιμής πελατών, ο χρόνος δοκιμής μπορεί να μειωθεί για τον έλεγχο και την επαλήθευση της παραμέτρου χρονομέτρου υπέρτασης ενώ ενσωματώνεται στη μπαταρία.

Για να ενεργοποιήσετε τη λειτουργία δοκιμής και τη διαμόρφωση του χρονοδιακόπτη καθυστέρησης, ανατρέξτε στο φύλλο δεδομένων.

Το μέγεθός του είναι μικρό (QFN 3mm x 4mm, MSOP 3mm x 5mm) και αρκετά οικονομικό ώστε να ενσωματώνεται εύκολα στην μπαταρία.

Επιπλέον, η τάση λειτουργίας και η τρέχουσα κατανάλωση του BQ7718 είναι πολύ μικρή (Χαμηλή κατανάλωση ισχύος ICC ≈ 1 µA) που μπορεί να είναι χαμηλότερη από τον εγγενή ρυθμό αυτοεκφόρτισης οποιασδήποτε καλά σχεδιασμένης μπαταρίας Li-Ion.

Το όριο υπερφόρτισης είναι επίσης σταθερό το οποίο επιτρέπει την πλήρη φόρτιση και αποτρέπει την υπερφόρτιση. Έχει προστασία από υπέρταση με υψηλή ακρίβεια ± 10 mV.

Το εύρος του ορίου προστασίας από υπέρταση μπορεί να επιλεγεί από τον κατάλογο (κυμαινόμενο από 4.200 έως 4.300 βολτ) ανάλογα με τις απαιτήσεις κυκλώματος της μπαταρίας.

Εάν το επιλεγμένο κατώφλι είναι πολύ υψηλό, η μπαταρία μπορεί να υποστεί ζημιά, οπότε επιλέξτε το κατώφλι με ακρίβεια σύμφωνα με τις ανάγκες του κυκλώματος.

Σύμφωνα με τον κατασκευαστή, είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι η είσοδος ρεύματος διαρροής ανά κυψέλη είναι μικρότερη από 100 nA.

Η εξίσωση φόρτισης σε κάθε κελί είναι υποχρεωτική για την αποθήκευση της μέγιστης ποσότητας ενέργειας, κάθε κελί πρέπει να φορτίζεται εξίσου.

Οποιαδήποτε ανισορροπία στη φόρτιση κάθε κυψέλης λόγω κατασκευαστικού ελαττώματος ή συχνής φόρτισης, η εκφόρτιση μπορεί να μειώσει το χρόνο λειτουργίας της μπαταρίας.

Όπως αναφέραμε, στο BQ7718xy κάθε κύτταρο παρακολουθείται ανεξάρτητα, το πρόβλημα της φόρτισης κυτταρικής ανισορροπίας μπορεί να εξαλειφθεί.

Η πραγματική τάση και η τάση αναφοράς προστασίας παρακολουθούνται συνεχώς από το BQ7718xy για κάθε κελί, οποιαδήποτε ανίχνευση ανισορροπίας ή άνιση φόρτιση (διαμορφωμένος χρόνος καθυστέρησης OV) μεταξύ των κυψελών ενεργοποιεί ένα κύκλωμα χρονοδιακόπτη.

Όταν λήξει το κύκλωμα χρονοδιακόπτη, ενεργοποιείται η κατάσταση φόρτισης. Η κανονική λειτουργία φόρτισης έχει ενεργοποιηθεί όταν οι τάσεις πέφτουν κάτω από τις προκαθορισμένες τιμές.

Συνιστάται από τον κατασκευαστή ότι για να ανιχνεύσει την τάση εισόδου κάθε κυψέλης πρέπει να τοποθετηθεί αντίσταση και πυκνωτής σε όλη την κυψέλη, όπως απαιτείται για τη διήθηση θορύβου και σταθερή παρακολούθηση της τάσης.

Η λειτουργική θερμοκρασία του BQ7718xy κυμαίνεται μεταξύ -10 ° C και 110 ° C, η υπέρβαση αυτών των περιοχών ενδέχεται να προκαλέσει μόνιμη βλάβη στις συσκευές.

Η παρατεταμένη έκθεση σε μέγιστα όρια σε οποιαδήποτε κατάσταση μπορεί να αλλάξει τη λειτουργικότητα του συστήματος και να επηρεαστεί η αξιοπιστία.

Για να αποφύγετε το ζήτημα αξιοπιστίας, συνιστάται οι συσκευές να μην εκτίθενται σε χειρότερες ή μέγιστες οριακές συνθήκες για μεγαλύτερη διάρκεια.

Λειτουργίες PIN:

Το BQ7718xy διατίθεται σε δύο κοινά πακέτα διαμόρφωσης όπως DPJ και DGK (και τα δύο σε 8 ακίδες) όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Το VDD είναι το τροφοδοτικό (μέγιστο 30 V, ενώ συνιστάται 25V), ενώ το VSS είναι η γείωση αναφοράς ή το αρνητικό τερματικό.

Μια αντίσταση σειράς πρέπει να συνδεθεί με VDD για να περιορίσει το ρεύμα και ο πυκνωτής πρέπει να συνδεθεί με τον πείρο VSS για να φιλτράρει τον θόρυβο.

Οι ακίδες V1 έως V5 χρησιμοποιούνται για τάσεις εισόδου αίσθησης στο κελί 1 έως το κελί 5 αντίστοιχα. Ο ακροδέκτης εξόδου χρησιμοποιείται για σήμα σφάλματος υπέρτασης (εύρος τάσης -0,3 έως 30) στη μπαταρία.

Διαμορφώσεις κυκλώματος

Μια απλή προσέγγιση για την προστασία φόρτισης 3,4 ή 5 σειρών κυψελών μπαταριών Li-Ion έχει δειχθεί στο παρακάτω σχήμα.

Θα ακολουθηθούν οι συστάσεις του κατασκευαστή για την ανάπτυξη κυκλωμάτων προστασίας από υπέρταση για μπαταρία.

Οποιαδήποτε αλλαγή στις περιοχές που αναφέρονται στο φύλλο δεδομένων ενδέχεται να επηρεάσει την ακρίβεια της μέτρησης τάσης του στοιχείου. Η βαθμονόμηση της συσκευής έγινε με τιμή = 1 kΩ, η ακρίβεια της συσκευής μπορεί να αλλάξει εάν χρησιμοποιηθεί άλλη τιμή για τη βαθμονόμηση.

Κύκλωμα εφαρμογής του BQ7718:

Ηλεκτρονικά κυκλώματα για παρακολούθηση και προστασία από υπέρταση, εξίσωση φόρτισης σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας με εσωτερικό χρονοδιακόπτη καθυστέρησης μπορούν να σχεδιαστούν χρησιμοποιώντας το BQ7718xy.

Για την προστασία των μπαταριών Li-Ion που χρησιμοποιούνται σε φορητά ηλεκτρικά εργαλεία / εργαλεία κήπου, ηλεκτρικά ποδήλατα / σκούτερ και ασύρματες οικιακές συσκευές όπως ηλεκτρική σκούπα.

Περίληψη:

Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται στην παρακάτω εικόνα παρέχουν τις λειτουργικές λεπτομέρειες του IC και την εφαρμογή του με λίγα λόγια.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Επιλογή και διαχείριση μπαταριών για ηλεκτρικά οχήματα νέας γενιάς. Συναλλαγές IEEE σε βιομηχανικά ηλεκτρονικά , 52 (5), 1343-1349.