Încărcător de celule Li-Ion Seria 2S, 5S folosind BQ7718

Acest încărcător de celule Li-Ion din seria 2S la 5S din seria BQ7718 este conceput pentru a monitoriza independent tensiunea fiecărei celule Li-ion, cu referire la un nivel de referință stabilit intern.

De îndată ce tensiunea celulei tinde să depășească nivelul de referință, declanșează un temporizator intern. Acest temporizator de întârziere așteaptă câteva secunde și apoi declanșează ON pinul de ieșire al IC-ului.

Ieșirea IC-ului șuntează sursa de alimentare astfel încât condiția de supratensiune a celulei este restricționată rapid.

Următoarea diagramă arată configurația de bază folosind pachetul de celule Li-Ion din seria 5S sau 5:

Intrarea de alimentare ar putea fi de la un controler de panou solar.

De îndată ce oricare dintre celulele din serie ajunge la o situație de supratensiune, mai întâi se activează temporizatorul de întârziere și așteaptă un timp, iar apoi, în cele din urmă, pinul OUT este declanșat PORNIT pentru a trece de la sursă.

Comutarea repetată OUTPUT ON / OFF permite celorlalte celule să continue procesul de încărcare și, de asemenea, păstrează simultan celulele din seria complet încărcate de la supraîncărcare.

Protecție la supratensiune a bateriilor Li-Ion din serie

Bateriile reîncărcabile sunt utilizate în mod obișnuit pentru stocarea energiei electrice și pentru a utiliza acea energie conform cererii.

Provocările cheie în sistemele cu baterii sunt supratensiunea și supraîncălzirea bateriilor.

Bateriile Li-Ion devin un candidat viabil pentru industria electronică și înlocuirea bateriilor reîncărcabile pe bază de nichel.

Bateriile reîncărcabile litiu-ion au câștigat popularitate în ultimii ani datorită utilizării lor extinse în scuterele electrice, bicicletele electrice, dronele și vehiculele electrice (EV).

Caracteristicile atractive și unice ale bateriilor Li-Ion sunt:

• Densitate mare de energie
• Putere mare de ieșire
• Tensiune de celule mari (comparativ cu bateriile de nichel)
• Rată redusă de auto-descărcare (1: 4 în comparație cu tehnologia nichel)

În ciuda faptului că au numeroase avantaje față de bateriile cu nichel, bateriile Li-Ion sunt mai puțin tolerante, iar supraîncărcarea le reduce ciclul de viață.

Supratensiunea și supraîncărcarea ar putea duce la supraîncălzire, rezistență internă ridicată, stocare redusă de energie sau chiar explozie.

Pentru a obține avantajele maxime și pentru a crește ciclul de viață al bateriilor Li-Ion, trebuie abordată problema supraîncărcării.

Pentru siguranța și protecția bateriilor, circuitele de protecție trebuie să fie proiectate corespunzător și să fie integrate în sistem cu bateria.

Protecția la suprasarcină și la scurtcircuit este, de asemenea, un factor vital pentru durata de viață prelungită a sistemului de baterii.

Caracteristici cheie:

Pentru a combate toate provocările menționate mai sus, experții au recomandat circuitul de protecție a celulelor Li-Ion bazate pe seria IC BQ7718.

Gama de produse BQ7718 nu numai că monitorizează supratensiunea în sistemul de încărcare a bateriei, dar protejează și acumulatorul de supratensiune.

Deoarece pachetul de baterii constă dintr-o serie sau un număr de celule, protecția fiecărei celule a fost asigurată de circuitele BQ7718xy.

Aplicația BQ7718 are flexibilitatea de a monitoriza și controla bateriile Li-Ion din seria 2 până la 5 serii de celule.

Protecția la suprasarcină și la scurtcircuit este, de asemenea, prevăzută cu temporizator intern pentru protecția rapidă a celulelor bateriei.

BQ7718 oferă modulul de testare pentru clienți și permite monitorizarea independentă a fiecărei celule pentru a asigura protecția împotriva supratensiunii.

În modul de testare a clientului, timpul de testare poate fi redus pentru verificarea și verificarea parametrului temporizatorului de supratensiune, în timp ce se integrează în pachetul de baterii.

Pentru a activa modul de testare și configurarea temporizatorului de întârziere, consultați fișa tehnică.

Dimensiunea sa este mică (QFN 3mm x 4mm, MSOP 3mm x 5mm) și suficient de economică pentru a fi încorporată cu ușurință în acumulator.

Mai mult, tensiunea de funcționare și consumul de curent al BQ7718 sunt prea mici (ICC cu consum redus de energie ≈ 1 µA) încât poate fi mai mic decât rata inerentă de auto-descărcare a oricărei baterii Li-Ion bine proiectate.

Pragul de supraîncărcare este de asemenea fix, care permite încărcarea completă și previne supraîncărcarea. Are protecție la supratensiune cu o precizie ridicată de ± 10 mV.

Gama de prag de protecție la supratensiune poate fi selectată din catalog (variind de la 4.200 la 4.300 volți) în funcție de cerințele circuitului acumulatorului.

Dacă pragul selectat este prea mare, bateria poate fi deteriorată, deci selectați cu precizie pragul în funcție de necesitatea circuitului.

Potrivit producătorului, este de asemenea important să rețineți că intrarea curentului de scurgere pe celulă este mai mică de 100 nA.

Egalizarea încărcării în fiecare celulă este obligatorie pentru a stoca cantitatea maximă de energie, fiecare celulă trebuie încărcată în mod egal.

Orice dezechilibru în încărcarea fiecărei celule datorită defectului de fabricație sau încărcării frecvente, descărcării poate reduce timpul de funcționare al bateriei.

După cum am menționat, în BQ7718xy fiecare celulă este monitorizată independent, problema încărcării dezechilibrului celular poate fi eliminată.

Tensiunea reală și tensiunea de referință de protecție sunt monitorizate în mod constant de către BQ7718xy pentru fiecare celulă, orice detectare a dezechilibrului sau a unei încărcări inegale (timp de întârziere configurat OV) dintre celule activează un circuit de temporizare.

Când circuitul temporizator expiră, starea de încărcare este activată. Modul normal de încărcare a fost activat când tensiunile scad sub valorile prestabilite.

Producătorul a recomandat ca, pentru a detecta tensiunea de intrare a fiecărei celule, să fie montate o rezistență de serie și un condensator de-a lungul celulei, ca fiind necesare pentru filtrarea zgomotului și monitorizarea stabilă a tensiunii.

Temperatura funcțională a BQ7718xy variază între -10 ° C și 110 ° C, depășirea acestor intervale poate deteriora dispozitivele permanent.

Expunerea prelungită la limite maxime în orice condiție poate modifica funcționalitatea sistemului și fiabilitatea poate fi afectată.

Pentru a evita problema fiabilității, se recomandă ca dispozitivele să nu fie expuse la condiții limită mai grave sau maxime pentru o durată mai lungă.

Funcționalități PIN:

BQ7718xy este disponibil în două pachete de configurare comune, cum ar fi DPJ și DGK (ambele în 8 pini), așa cum se arată în imaginea de mai jos.

VDD este sursa de alimentare (30 V max, în timp ce se recomandă 25V) în timp ce VSS este masa de referință sau terminalul negativ.

Un rezistor de serie trebuie să se conecteze cu VDD pentru a limita curentul și condensatorul ar trebui să fie conectat la pinul VSS pentru a filtra zgomotul.

Pinii V1 până la V5 sunt utilizați pentru tensiunile de intrare de sens în celula 1 la celula 5 respectiv. Pinul de ieșire este utilizat pentru supratensiune (interval de tensiune -0,3 până la 30) semnal de defecțiune în pachetul de baterii.

Configurări de circuite

O abordare simplă pentru protecția la încărcare a 3,4 sau 5 celule din seria bateriilor Li-Ion a fost prezentată în figura de mai jos.

Recomandările producătorului trebuie respectate pentru dezvoltarea circuitelor de protecție la supratensiune pentru acumulatori.

Orice modificare a intervalelor menționate în fișa tehnică poate afecta precizia măsurării tensiunii celulei. Calibrarea dispozitivului a fost efectuată folosind valoarea = 1 kΩ, precizia dispozitivului poate fi modificată dacă pentru calibrare se folosește altă valoare a.

Circuitul de aplicare al BQ7718:

Circuitele electronice pentru supravegherea și protecția la supratensiune, egalizarea încărcării în condiții de temperatură ridicată cu un temporizator intern pot fi proiectate utilizând BQ7718xy.

Pentru protecția pachetelor de baterii Li-Ion utilizate în scule electrice portabile / scule de grădină, biciclete electrice / scuter și aparate electrocasnice fără fir, cum ar fi aspiratorul.

Rezumat:

Informațiile prezentate în imaginea de mai jos oferă detalii funcționale ale CI și aplicarea acestuia pe scurt.

Referințe:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P. și Tassoni, C. (2005). Alegerea și gestionarea bateriei pentru vehiculele electrice de nouă generație. Tranzacții IEEE pe electronice industriale , 52 (5), 1343-1349.