BQ7718 kullanan Seri 2S, 5S Li-Ion Hücre Şarj Cihazı

Bu BQ7718 serisi 2S - 5S serisi Li-İyon hücre şarj cihazı, dahili olarak ayarlanmış bir referans seviyesine referansla her bir li-iyon hücresinin voltajını bağımsız olarak izlemek için tasarlanmıştır.

Herhangi bir hücre voltajı referans seviyesinin üstüne çıkma eğiliminde olduğunda, dahili bir gecikme zamanlayıcısını tetikler. Bu gecikme zamanlayıcısı birkaç saniye bekler ve ardından IC'nin çıkış pinini AÇIK duruma getirir.

IC'nin çıkışı, hücrenin aşırı voltaj durumunun hızla sınırlandırılması için giriş beslemesini yönlendirir.

Aşağıdaki şema, 5S veya 5 serisi Li-Ion hücre paketi kullanan temel yapılandırmayı göstermektedir:

Besleme girişi bir güneş paneli denetleyicisinden olabilir.

Seri hücrelerden herhangi biri bir aşırı voltaj durumuna ulaşır ulaşmaz, önce gecikme zamanlayıcısı etkinleşir ve bir süre bekler ve ardından nihayetinde beslemeyi kapatmak için OUT pini tetiklenir.

Tekrarlanan ÇIKIŞ AÇMA / KAPAMA anahtarı, diğer hücrelerin şarj işlemine devam etmesine izin verir ve aynı zamanda tam şarjlı seri hücrelerin aşırı şarj olmasını engeller.

Li-Ion Pillerin Aşırı Gerilim Koruması

Şarj edilebilir piller genellikle elektrik gücünün depolanması ve bu gücü isteğe göre kullanmak için kullanılır.

Pille çalışan sistemlerdeki temel zorluklar, pillerin aşırı gerilimi ve aşırı ısınmasıdır.

Li-Ion piller, elektronik endüstrisi için uygun bir aday haline gelir ve nikel bazlı şarj edilebilir pillerin yerini alır.

Lityum-iyon şarj edilebilir piller, elektrikli scooter, e-bisikletler, dronlar ve elektrikli araçlarda (EV) yaygın kullanımları nedeniyle son birkaç yılda popülerlik kazanmıştır.

Li-Ion pillerin çekici ve benzersiz özellikleri şunlardır:

• Yüksek enerji yoğunluğu
• Yüksek Çıkış Gücü
• Yüksek Hücre Voltajı (nikel pillerle karşılaştırıldığında)
• Düşük kendi kendine deşarj oranı (nikel teknolojisine kıyasla 1: 4)

Nikel pillere göre çok sayıda avantaja sahip olmalarına rağmen, Li-Ion piller daha az toleranslıdır ve aşırı şarj kullanım ömürlerini kısaltır.

Aşırı gerilim ve aşırı şarj, aşırı ısınmaya, yüksek iç dirence, düşük enerji depolamaya ve hatta patlamaya neden olabilir.

Maksimum faydayı elde etmek ve Li-Ion pillerin kullanım ömrünü uzatmak için aşırı şarj sorunu ele alınmalıdır.

Akülerin güvenliği ve korunması için koruma devrelerinin uygun şekilde tasarlanması ve akü ile entegre bir sistem olması gerekir.

Aşırı yük ve kısa devre koruması da pil sisteminin uzun ömürlü olması için hayati bir faktördür.

Ana Özellikler:

Yukarıda belirtilen tüm zorluklarla mücadele etmek için, uzmanlar BQ7718 IC tabanlı seri Li-Ion hücre koruma devresini önerdiler.

BQ7718 ürün yelpazesi, yalnızca pil şarj sistemindeki aşırı gerilimi izlemekle kalmaz, aynı zamanda pil paketini aşırı gerilimden korur.

Pil takımı bir dizi veya sayıda hücreden oluştuğundan, her bir hücrenin koruması BQ7718xy devreleriyle sağlanmıştır.

BQ7718 uygulaması, 2 serisinden 5 serisine kadar hücreli Li-Ion pilleri izleme ve kontrol etme esnekliğine sahiptir.

Aşırı yük ve kısa devre koruması, akü hücrelerinin hızlı korunması için dahili gecikme zamanlayıcısı ile de sağlanır.

BQ7718, müşteri test modülünü sağlar ve aşırı gerilime karşı korumayı sağlamak için her hücrenin bağımsız izlenmesini sağlar.

Müşteri test modunda, pil paketine entegre edilirken aşırı gerilim zamanlayıcı parametresinin kontrolü ve doğrulanması için test süresi kısaltılabilir.

Test modunu ve gecikme zamanlayıcısının konfigürasyonunu etkinleştirmek için lütfen veri sayfasına bakın.

Boyutu küçüktür (QFN 3mm x 4mm, MSOP 3mm x 5mm) ve pil paketine kolayca dahil edilebilecek kadar ekonomiktir.

Ayrıca, BQ7718'in çalışma voltajı ve akım tüketimi çok küçüktür (Düşük güç tüketimi ICC ≈ 1 µA), iyi tasarlanmış herhangi bir Li-Ion pilin kendi kendine deşarj oranından daha düşük olabilir.

Tam şarja izin veren ve aşırı şarjı önleyen aşırı şarj eşiği de sabitlenmiştir. ± 10 mV gibi yüksek hassasiyette aşırı gerilim korumasına sahiptir.

Aşırı gerilim koruma eşiği aralığı, pil paketinin devre gereksinimine bağlı olarak katalogdan (4.200 ila 4.300 volt arasında) seçilebilir.

Seçilen eşik çok yüksekse pil zarar görebilir, bu nedenle eşiği devre ihtiyacına göre doğru bir şekilde seçin.

Üreticiye göre, hücre başına kaçak akım girişinin 100 nA'dan az olduğuna dikkat etmek de önemlidir.

Her hücrede maksimum miktarda enerji depolamak için şarj eşitleme zorunludur, her hücre eşit olarak şarj edilmelidir.

Üretim hatası veya sık şarj, deşarj nedeniyle her hücrenin şarjındaki herhangi bir dengesizlik, pilin çalışma süresini azaltabilir.

Bahsettiğimiz gibi, BQ7718xy'de her hücre bağımsız olarak izlenir, hücre dengesizliği şarjı sorunu ortadan kaldırılabilir.

Gerçek voltaj ve koruma referans voltajı, her hücre için BQ7718xy tarafından sürekli olarak izlenir, hücreler arasında herhangi bir dengesizlik veya eşit olmayan şarj (yapılandırılmış OV gecikme süresi) saptaması bir zamanlayıcı devresini etkinleştirir.

Zamanlayıcı devresinin süresi dolduğunda, şarj durumu etkinleştirilir. Voltajlar önceden ayarlanmış değerlerin altına düştüğünde normal şarj modu etkinleştirilmiştir.

Üretici, her hücrenin giriş voltajını algılamak için, gürültünün filtrelenmesi ve voltajın kararlı bir şekilde izlenmesi için gerektiği şekilde hücre boyunca bir seri direnç ve kapasitörün takılması gerektiğini önermiştir.

BQ7718xy'nin işlevsel sıcaklığı -10 ° C ile 110 ° C arasındadır ve bu aralıkları aşmak cihazlara kalıcı olarak zarar verebilir.

Herhangi bir koşulda maksimum sınırlara uzun süre maruz kalma, sistemin işlevselliğini değiştirebilir ve güvenilirliği etkilenebilir.

Güvenilirlik sorununu önlemek için, cihazların daha uzun süre en kötü veya maksimum sınır koşullarına maruz bırakılmaması önerilir.

PIN işlevleri:

BQ7718xy, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi DPJ ve DGK (her ikisi de 8 pimli) gibi iki yaygın yapılandırma paketinde mevcuttur.

VDD güç kaynağıdır (30 V maks, 25 V önerilir), VSS ise referans toprak veya negatif terminaldir.

Akımı sınırlamak için bir seri direnç VDD'ye bağlanmalıdır ve gürültüyü filtrelemek için kapasitör VSS pinine bağlanmalıdır.

V1 ila V5 pinleri, sırasıyla hücre 1 ila hücre 5'teki giriş voltajlarını algılamak için kullanılır. Çıkış pini, pil paketinde aşırı gerilim (voltaj aralığı -0,3 ila 30) arıza sinyali için kullanılır.

Devre Yapılandırmaları

Li-Ion bataryaların 3,4 veya 5 serisi hücrelerinin şarj koruması için basit bir yaklaşım aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Batarya paketi için aşırı gerilim koruma devrelerinin geliştirilmesi için üreticinin tavsiyelerine uyulacaktır.

Veri sayfasında belirtilen aralıklardaki herhangi bir değişiklik, hücrenin voltaj ölçümünün doğruluğunu etkileyebilir. Cihazın kalibrasyonu değer = 1 kΩ kullanılarak yapılmıştır, kalibrasyon için başka bir değer kullanılırsa cihazın doğruluğu değiştirilebilir.

BQ7718 Uygulama Devresi:

BQ7718xy kullanılarak aşırı gerilim izleme ve koruma için elektronik devreler, yüksek sıcaklık koşullarında dahili bir gecikme zamanlayıcı ile şarj eşitleme tasarlanabilir.

Elde taşınan elektrikli aletlerde / bahçe aletlerinde, elektrikli bisikletlerde / scooterlarda ve elektrikli süpürge gibi kablosuz ev aletlerinde kullanılan Li-Ion pil paketlerinin korunması için.

Özet:

Aşağıdaki resimde sunulan bilgiler, IC'nin işlevsel ayrıntılarını ve kısaca uygulamasını sağlar.

Referanslar:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P. ve Tassoni, C. (2005). Yeni nesil elektrikli araçlar için pil seçimi ve yönetimi. Endüstriyel elektronikte IEEE işlemleri , 52 (5), 1343-1349.