Nabíječka článků Li-Ion řady 2S, 5S pomocí BQ7718

Tato nabíječka Li-Ion řady BQ7718 řady 2S až 5S je navržena k nezávislému monitorování napětí každého z li-iontových článků s odkazem na interně nastavenou referenční úroveň.

Jakmile má kterékoli napětí článku tendenci jít nad referenční úroveň, spustí interní časovač zpoždění. Tento časovač zpoždění čeká několik sekund a poté následně aktivuje výstupní pin IC.

Výstup integrovaného obvodu přesouvá vstupní napájení, takže je rychle omezen stav přepětí v článku.

Následující diagram ukazuje základní konfiguraci pomocí sady článků Li-Ion řady 5S nebo 5:

Napájecí vstup může být z řadiče solárních panelů.

Jakmile kterýkoli ze sériových článků dosáhne situace přepětí, nejprve se aktivuje časovač zpoždění a chvíli počká, a poté se aktivuje pin OUT, aby se vypnulo napájení.

Opakované přepínání VÝSTUPU ZAPNUTO / VYPNUTO umožňuje ostatním článkům pokračovat v procesu nabíjení a současně současně zabraňuje přebití plně nabitých sériových článků.

Přepěťová ochrana řady Li-Ion baterií

Dobíjecí baterie se běžně používají pro skladování elektrické energie a pro použití této energie podle potřeby.

Klíčovými výzvami v bateriových systémech je přepětí a přehřátí baterií.

Li-Ion baterie se stávají životaschopným kandidátem pro elektronický průmysl a nahrazují dobíjecí baterie na bázi niklu.

Lithium-iontové dobíjecí baterie si získaly popularitu v posledních několika letech díky svému rozsáhlému využití v elektrických skútrech, e-kolech, dronech a elektrických vozidlech (EV).

Atraktivní a jedinečné vlastnosti Li-Ion baterií jsou:

• Vysoká hustota energie
• Vysoký výstupní výkon
• Vysoké napětí článků (ve srovnání s niklovými bateriemi)
• Nízká rychlost samovybíjení (1: 4 ve srovnání s niklovou technologií)

I přes řadu výhod oproti niklovým bateriím jsou baterie Li-Ion méně tolerantní a přebíjení zkracuje jejich životnost.

Přepětí a přebíjení by mohlo vést k přehřátí, vysokému vnitřnímu odporu, nízké akumulaci energie nebo dokonce explozi.

Chcete-li získat maximální výhody a prodloužit životnost Li-Ion baterií, je třeba řešit otázku přebíjení.

Z důvodu bezpečnosti a ochrany baterií musí být ochranné obvody správně navrženy a integrovány do systému s baterií.

Ochrana proti přetížení a zkratu je také zásadním faktorem pro prodloužení životnosti bateriového systému.

Klíčové vlastnosti:

Pro boj se všemi výše uvedenými výzvami odborníci doporučili ochranný obvod Li-Ion řady IC na bázi BQ7718.

Řada produktů BQ7718 nejen sleduje přepětí v systému nabíjení baterie, ale také chrání baterii před přepětím.

Jelikož se sada baterií skládá z řady nebo počtu článků, byla ochrana každého článku zajištěna obvody BQ7718xy.

Aplikace BQ7718 má flexibilitu pro monitorování a ovládání 2-článkových až 5-článkových Li-Ion baterií.

Ochrana proti přetížení a zkratu je také vybavena interním časovačem zpoždění pro rychlou ochranu článků baterie.

BQ7718 poskytuje zákaznický testovací modul a umožňuje nezávislé monitorování každého článku, aby byla zajištěna ochrana proti přepětí.

V zákaznickém testovacím režimu lze dobu testu zkrátit pro kontrolu a ověření parametru časovače přepětí při integraci do sady baterií.

Chcete-li povolit testovací režim a konfiguraci časovače zpoždění, prostudujte si datový list.

Jeho velikost je malá (QFN 3 mm x 4 mm, MSOP 3 mm x 5 mm) a dostatečně ekonomická, aby se dala snadno začlenit do sady baterií.

Kromě toho je provozní napětí a proudová spotřeba BQ7718 příliš malá (nízká spotřeba energie ICC ≈ 1 µA), takže může být nižší než vlastní rychlost samovybíjení jakékoli dobře navržené Li-Ion baterie.

Prahová hodnota přebití je také pevná, což umožňuje úplné nabití a zabrání přebíjení. Má přepěťovou ochranu s vysokou přesností ± 10 mV.

Rozsah prahové hodnoty přepěťové ochrany lze vybrat z katalogu (v rozsahu od 4 200 do 4 300 voltů) v závislosti na požadavku na obvod akumulátoru.

Pokud je zvolená prahová hodnota příliš vysoká, může dojít k poškození baterie, proto prahovou hodnotu vyberte přesně podle potřeby obvodu.

Podle výrobce je také důležité si uvědomit, že vstup svodového proudu na článek je menší než 100 nA.

Vyrovnání nabíjení v každé buňce je povinné pro uložení maximálního množství energie, každá buňka by měla být nabíjena stejně.

Jakákoli nerovnováha v nabíjení každého článku v důsledku výrobní vady nebo častého nabíjení a vybíjení může snížit provozní dobu baterie.

Jak jsme zmínili, v BQ7718xy je každý článek monitorován nezávisle, problém nabíjení nerovnováhy článků lze eliminovat.

Skutečné napětí a ochranné referenční napětí je BQ7718xy neustále sledováno pro každý článek, jakákoli detekce nevyváženosti nebo nerovnoměrného nabíjení (nakonfigurovaná doba zpoždění OV) mezi články aktivuje časovací obvod.

Když vyprší časový obvod, aktivuje se stav nabíjení. Normální režim nabíjení byl aktivován, když napětí klesne pod přednastavené hodnoty.

Výrobce doporučil, aby pro snímání vstupního napětí každého článku musel být namontován sériový rezistor a kondenzátor přes článek, jak je požadováno pro filtraci šumu a stabilní monitorování napětí.

Funkční teplota BQ7718xy se pohybuje mezi -10 ° C až 110 ° C, překročení těchto rozsahů může zařízení trvale poškodit.

Dlouhodobé vystavení maximálním limitům za jakýchkoli podmínek může změnit funkčnost systému a ovlivnit spolehlivost.

Aby se předešlo problémům se spolehlivostí, doporučuje se, aby zařízení nebyla delší dobu vystavena nejhorším nebo maximálním limitním podmínkám.

Funkce PIN:

BQ7718xy je k dispozici ve dvou běžných konfiguračních balíčcích, jako je DPJ a DGK (oba v 8 pinech), jak je znázorněno na následujícím obrázku.

VDD je napájecí zdroj (max. 30 V, přičemž se doporučuje 25 V), zatímco VSS je referenční zem nebo záporná svorka.

Sériový rezistor se musí spojit s VDD, aby omezil proud, a kondenzátor by měl být připojen k pinu VSS, aby filtroval šum.

Kolíky V1 až V5 se používají pro snímání vstupních napětí v buňce 1 až 5. Out pin se používá pro přepěťový (napěťový rozsah -0,3 až 30) poruchový signál v baterii.

Konfigurace obvodů

Na níže uvedeném obrázku je znázorněn jednoduchý přístup k ochraně nabíjení článků 3,4 nebo 5 článků Li-Ion baterií.

Při vývoji obvodů přepěťové ochrany pro bateriovou sadu je třeba dodržovat doporučení výrobce.

Jakákoli změna rozsahů uvedených v datovém listu může mít vliv na přesnost měření napětí buňky. Kalibrace zařízení byla provedena pomocí hodnoty = 1 kΩ, přesnost zařízení lze změnit, pokud je pro kalibraci použita jiná hodnota.

Aplikační obvod BQ7718:

Elektronické obvody pro monitorování a ochranu přepětí, vyrovnání nabíjení při vysokých teplotách s interním časovačem zpoždění mohou být navrženy s využitím BQ7718xy.

Pro ochranu akumulátorů Li-Ion používaných v ručním elektrickém nářadí / zahradním nářadí, elektrických kolech / skútrech a bezdrátových domácích spotřebičích, jako je vysavač.

Souhrn:

Informace prezentované na obrázku níže poskytují funkční podrobnosti IC a jeho aplikace v kostce.

Reference:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Výběr a správa baterií pro elektrická vozidla nové generace. Transakce IEEE na průmyslovou elektroniku , 52 (5), 1343-1349.