Nabíjačka článkov Li-Ion série 2S, 5S s použitím BQ7718

Táto nabíjačka Li-Ion článkov série BQ7718 série 2S až 5S je navrhnutá na nezávislé sledovanie napätia každého z Li-ion článkov s odkazom na interne nastavenú referenčnú úroveň.

Akonáhle má ktorékoľvek z článkov tendenciu stúpať nad referenčnú hladinu, spustí interný časovač oneskorenia. Tento časovač oneskorenia počká niekoľko sekúnd a potom následne aktivuje výstupný pin IC.

Na výstupe IC je posunutý vstupný zdroj, takže je rýchlo obmedzený stav prepätia v článku.

Nasledujúci diagram zobrazuje základnú konfiguráciu pomocou balíka článkov Li-Ion série 5S alebo 5:

Vstup napájania môže byť z ovládača solárneho panelu.

Akonáhle ktorákoľvek zo sériových buniek dosiahne situáciu s prepätím, najskôr sa aktivuje časovač oneskorenia a chvíľu počká, až sa nakoniec aktivuje kolík OUT, aby sa vypol napájací zdroj.

Opakované prepínanie VÝSTUPU ZAPNUTÉ / VYPNUTÉ umožňuje ostatným bunkám pokračovať v procese nabíjania a súčasne súčasne zabraňuje prebitiu úplne nabitých sériových článkov.

Prepäťová ochrana série Li-Ion batérií

Nabíjateľné batérie sa bežne používajú na uskladnenie elektrickej energie a na jej využitie podľa potreby.

Kľúčovými výzvami v batériových systémoch sú prepätie a prehriatie batérií.

Li-Ion batérie sa stávajú životaschopným kandidátom pre elektronický priemysel a nahradzujú niklové nabíjateľné batérie.

Lítium-iónové nabíjateľné batérie si v posledných rokoch získali popularitu vďaka rozsiahlemu použitiu v elektrických skútroch, elektronických bicykloch, dronoch a elektrických vozidlách (EV).

Atraktívne a jedinečné vlastnosti batérií Li-Ion sú:

• Vysoká hustota energie
• Vysoký výstupný výkon
• Vysoké napätie článkov (v porovnaní s niklovými batériami)
• Nízka miera samovybíjania (1: 4 v porovnaní s niklovou technológiou)

Aj napriek mnohým výhodám oproti niklovým batériám sú batérie Li-Ion menej tolerantné a nadmerné nabíjanie skracuje ich životnosť.

Prepätie a prebitie môžu viesť k prehriatiu, vysokému vnútornému odporu, nízkej akumulácii energie alebo dokonca k výbuchu.

Aby ste dosiahli maximálny úžitok a predĺžili životnosť Li-Ion batérií, musíte sa zaoberať otázkou prebíjania.

Z dôvodu bezpečnosti a ochrany batérií musia byť ochranné obvody správne navrhnuté a integrované do systému s batériami.

Ochrana proti preťaženiu a skratu sú tiež dôležitým faktorom pre predĺženie životnosti systému batérií.

Kľúčové vlastnosti:

Na boj proti všetkým vyššie uvedeným výzvam odborníci odporučili ochranný obvod Li-Ion série BQ7718 založený na IC.

Produktová rada BQ7718 monitoruje nielen prepätie v systéme nabíjania batérií, ale chráni aj akumulátor pred prepätím.

Pretože batéria pozostáva z radu alebo z počtu článkov, ochrana každého článku bola zaistená obvodmi BQ7718xy.

Aplikácia BQ7718 má flexibilitu na monitorovanie a riadenie 2-článkových až 5-článkových batérií Li-Ion.

Ochrana proti preťaženiu a skratu je tiež vybavená interným časovačom oneskorenia pre rýchlu ochranu článkov batérie.

BQ7718 poskytuje zákaznícky testovací modul a umožňuje nezávislé sledovanie každého článku, aby sa zabezpečila ochrana proti prepätiu.

V režime testovania zákazníkom je možné skrátiť čas testu na kontrolu a overenie parametra časovača prepätia pri integrácii do bloku batérií.

Ak chcete povoliť testovací režim a konfiguráciu časovača oneskorenia, pozrite si technický list.

Jeho veľkosť je malá (QFN 3 mm x 4 mm, MSOP 3 mm x 5 mm) a dostatočne ekonomická na to, aby sa dala ľahko zabudovať do batérie.

Prevádzkové napätie a spotreba prúdu BQ7718 sú navyše príliš malé (nízka spotreba energie ICC ≈ 1 µA), takže môžu byť nižšie ako inherentná rýchlosť samovoľného vybíjania ľubovoľnej dobre navrhnutej Li-Ion batérie.

Pevná je aj prahová hodnota pre prebitie, ktorá umožňuje úplné nabitie a zabráni prebitiu. Má prepäťovú ochranu s vysokou presnosťou ± 10 mV.

Rozsah prahovej hodnoty prepäťovej ochrany je možné zvoliť z katalógu (v rozmedzí od 4 200 do 4 300 voltov) v závislosti od potreby obvodu akumulátora.

Ak je zvolená prahová hodnota príliš vysoká, môže dôjsť k poškodeniu batérie, preto si prahovú hodnotu vyberte presne podľa potreby obvodu.

Podľa výrobcu je tiež dôležité poznamenať, že vstup zvodového prúdu na článok je menší ako 100 nA.

Vyrovnanie nabíjania v každej bunke je povinné z dôvodu uchovania maximálneho množstva energie, každá bunka by mala byť nabitá rovnako.

Akákoľvek nerovnováha v nabíjaní každého článku v dôsledku výrobnej chyby alebo častého nabíjania a vybíjania môže skrátiť čas prevádzky batérie.

Ako sme spomínali, v BQ7718xy je každý článok monitorovaný nezávisle, takže je možné eliminovať problém nabíjania nerovnováhy článkov.

Skutočné napätie a referenčné ochranné napätie je BQ7718xy neustále sledované pre každý článok, akákoľvek detekcia nerovnováhy alebo nerovnomerného nabíjania (nakonfigurovaná doba oneskorenia OV) medzi článkami aktivuje časový obvod.

Po vypršaní časového obvodu sa aktivuje stav nabíjania. Normálny režim nabíjania bol aktivovaný, keď napätie klesne pod predvolené hodnoty.

Výrobca odporučil, aby na snímanie vstupného napätia každého článku musel byť namontovaný sériový rezistor a kondenzátor cez článok, ktoré sú potrebné na filtráciu šumu a stabilné sledovanie napätia.

Funkčná teplota BQ7718xy sa pohybuje v rozmedzí od -10 ° C do 110 ° C, prekročenie týchto rozsahov môže zariadenie trvale poškodiť.

Dlhodobé vystavenie maximálnym limitom za akýchkoľvek podmienok môže zmeniť funkčnosť systému a ovplyvniť spoľahlivosť.

Aby sa zabránilo problémom so spoľahlivosťou, odporúča sa, aby zariadenia neboli dlhšie vystavené najhorším alebo maximálnym limitným podmienkam.

Funkcie PIN:

BQ7718xy je k dispozícii v dvoch bežných konfiguračných balíkoch, ako sú DPJ a DGK (obidva s 8 pinmi), ako je znázornené na obrázku nižšie.

VDD je napájací zdroj (max. 30 V, pričom sa odporúča 25 V), zatiaľ čo VSS je referenčná zem alebo záporná svorka.

Sériový rezistor sa musí spojiť s VDD, aby sa obmedzil prúd, a kondenzátor by mal byť pripojený k kolíku VSS, aby sa filtroval šum.

Kolíky V1 až V5 sa používajú na snímanie vstupných napätí v článku 1 až 5. Výstupný kolík sa používa na poruchový signál prepätia (rozsah napätia -0,3 až 30) v batérii.

Konfigurácie obvodov

Na nasledujúcom obrázku je znázornený jednoduchý prístup k ochrane nabíjania článkov Li-Ion radu 3,4 alebo 5.

Pri vývoji obvodov na ochranu proti prepätiu pre batériu sa musia dodržiavať odporúčania výrobcu.

Akákoľvek zmena rozsahov uvedených v údajovom liste môže mať vplyv na presnosť merania napätia článku. Kalibrácia prístroja bola vykonaná s hodnotou = 1 kΩ, presnosť prístroja je možné zmeniť, ak sa na kalibráciu použije iná hodnota prístroja.

Aplikačný obvod BQ7718:

Pomocou obvodu BQ7718xy je možné navrhnúť elektronické obvody na sledovanie a ochranu prepätia, vyrovnávanie nabíjania pri vysokých teplotách s interným časovačom oneskorenia.

Na ochranu akumulátorov Li-Ion používaných v ručnom elektrickom náradí / záhradnom náradí, elektrických bicykloch / kolobežkách a bezdrôtových domácich spotrebičoch, ako je vysávač.

Zhrnutie:

Informácie prezentované na obrázku nižšie poskytujú v skratke funkčné detaily IC a jeho aplikácie.

Referencie:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Výber a správa batérií pre elektrické vozidlá novej generácie. Transakcie IEEE na priemyselnú elektroniku , 52 (5), 1343-1349.