Serie 2S, 5S Li-Ion-cellladdare med BQ7718

Denna BQ7718-serie 2S till 5S-serie Li-Ion-celladdare är utformad för att övervaka spänningen hos var och en av li-joncellerna oberoende av varandra, med referens till en internt inställd referensnivå.

Så snart någon av cellspänningarna tenderar att gå över referensnivån utlöser den en intern fördröjningstimer. Denna fördröjningstimer väntar några sekunder och utlöser sedan PÅ utgångsstiftet på IC.

IC-utgången shuntar ingångsförsörjningen så att cellens överspänningstillstånd snabbt begränsas.

Följande diagram visar den grundläggande konfigurationen med 5S- eller 5-serie Li-Ion-cellpaket:

Matningsingången kan komma från en solpanelregulator.

Så snart någon av seriecellerna når en överspänningssituation aktiveras först fördröjningstimern och väntar ett tag och slutligen utlöses OUT-stiftet PÅ för att shunta ner matningen.

Den upprepade omkopplingen OUTPUT ON / OFF gör det möjligt för de andra cellerna att fortsätta laddningsprocessen och samtidigt förhindrar de fulladdade seriecellerna från att överladdas.

Överspänningsskydd av serie Li-Ion-batterier

Uppladdningsbara batterier används vanligtvis för lagring av elkraften och för att använda den strömmen enligt behov.

De viktigaste utmaningarna i batteridrivna system är överspänning och överhettning av batterierna.

Li-ion-batterier blir en livskraftig kandidat för elektronikindustrin och ersätter de nickelbaserade uppladdningsbara batterierna.

Uppladdningsbara litiumjonbatterier har vunnit popularitet de senaste åren på grund av deras omfattande användning i elektriska skoter, e-cyklar, drönare och elfordon (EV).

De attraktiva och unika egenskaperna hos Li-Ion-batterier är:

• Hög energitäthet
• Hög uteffekt
• Hög cellspänning (jämför med nickelbatterier)
• Låg självurladdningshastighet (1: 4 jämfört med nickelteknik)

Trots att de har flera fördelar jämfört med nickelbatterier är Li-Ion-batterierna mindre toleranta och överladdning minskar deras livscykel.

Överspänning och överladdning kan leda till överhettning, hög inre motstånd, låg energilagring eller till och med explodera.

För att få maximala fördelar och för att öka livscykeln för Li-Ion-batterier måste frågan om överladdning tas upp.

För att skydda batterierna måste skyddskretsarna vara korrekt utformade och integrerade med batteri.

Överbelastning och kortslutningsskydd är också en viktig faktor för batteriets livslängd.

Nyckelfunktioner:

För att bekämpa alla ovannämnda utmaningar har experterna rekommenderat BQ7718 IC-baserad Li-Ion-cellskyddskrets.

BQ7718-produkterna övervakar inte bara överspänningen i batteriladdningssystemet utan skyddar också batteripaketet från överspänning.

Eftersom batteripaketet består av en serie eller ett antal celler har skyddet av varje cell säkerställts av BQ7718xy-kretsarna.

Tillämpningen av BQ7718 har flexibiliteten att övervaka och styra 2-serie till 5-serie Li-Ion-batterier.

Överbelastnings- och kortslutningsskyddet är också försett med den interna fördröjningstimern för snabbt skydd av battericeller.

BQ7718 tillhandahåller kundtestmodulen och möjliggör oberoende övervakning av varje cell för att säkerställa skyddet mot överspänningen.

I kundtestläge kan testtiden reduceras för kontroll och verifiering av parametern för överspänningstimer medan den integreras i batteripaketet.

För att aktivera testläget och konfigurationen av fördröjningstimern, se databladet.

Storleken är liten (QFN 3mm x 4mm, MSOP 3mm x 5mm) och tillräckligt ekonomisk för att enkelt kunna införlivas i batteripaketet.

Dessutom är driftspänningen och strömförbrukningen för BQ7718 för liten (låg strömförbrukning ICC ≈ 1 µA) för att den kan vara lägre än den inneboende självurladdningshastigheten för alla väldesignade Li-Ion-batterier.

Överladdningströskeln är också fast som möjliggör full laddning och förhindrar överladdning. Den har överspänningsskyddet med hög noggrannhet på ± 10 mV.

Området för överspänningsskyddströskel kan väljas från katalogen (från 4,200 till 4,300 volt) beroende på batteripaketets kretsbehov.

Om den valda tröskeln är för hög kan batteriet skadas, så välj tröskeln exakt enligt kretsbehovet.

Enligt tillverkaren är det också viktigt att notera att ingången för läckström per cell är mindre än 100 nA.

Laddningsutjämning i varje cell är obligatorisk för att lagra maximal mängd energi, varje cell bör laddas lika.

Eventuell obalans i laddningen av varje cell på grund av tillverkningsfel eller frekvent laddning, urladdning kan minska batteriets driftstid.

Som vi nämnde, i BQ7718xy övervakas varje cell oberoende, problemet med laddning av cellobalans kan elimineras.

Den faktiska spänningen och skyddets referensspänning övervakas ständigt av BQ7718xy för varje cell, varje upptäckt av obalans eller ojämn laddning (konfigurerad OV-fördröjningstid) bland cellerna aktiverar en tidkrets.

När tidkretsen går ut aktiveras laddningstillståndet. Det normala laddningsläget har aktiverats när spänningarna faller under de förinställda värdena.

Det har rekommenderats av tillverkaren att för att känna av ingångsspänningen för varje cell måste ett seriemotstånd och kondensator över cellen monteras som krävs för filtrering av buller och stabil övervakning av spänning.

Funktionstemperaturen för BQ7718xy varierar mellan -10 ° C och 110 ° C. Överskridande av dessa intervall kan skada enheterna permanent.

Förlängd exponering för maximala gränser under alla förhållanden kan ändra systemets funktionalitet och tillförlitligheten kan påverkas.

För att undvika tillförlitlighetsfrågan rekommenderas att enheterna inte ska utsättas för värsta eller maximala gränsvillkor under längre tid.

PIN-funktioner:

BQ7718xy finns i två vanliga konfigurationspaket som DPJ och DGK (båda i 8 stift) enligt bilden nedan.

VDD är strömförsörjningen (max 30 V, medan 25 V rekommenderas) medan VSS är referensjord eller negativ terminal.

Ett seriemotstånd måste anslutas till VDD för att begränsa strömmen och kondensatorn ska anslutas till VSS-stift för att filtrera bruset.

V1- till V5-stift används för avkänningsingångsspänningar i cell 1 respektive cell 5. Out pin används för överspänning (spänningsområde -0,3 till 30) felsignal i batteripaketet.

Kretskonfigurationer

Ett enkelt tillvägagångssätt för laddningsskydd av 3,4 eller 5-serie celler av Li-Ion-batterier har visats i nedanstående figur.

Tillverkarens rekommendationer ska följas för utveckling av överspänningsskyddskretsar för batteripaket.

Varje ändring av intervall som anges i databladet kan påverka noggrannheten i cellens spänningsmätning. Kalibreringen av enheten har utförts med hjälp av värde = 1 kΩ, enhetens noggrannhet kan ändras om ett annat värde används för kalibrering.

Applikationskrets för BQ7718:

Elektroniska kretsar för överspänningsövervakning och skydd, laddningsutjämning vid hög temperatur med en intern fördröjningstimer kan designas med hjälp av BQ7718xy.

För skydd av Li-Ion-batterier som används i handhållna elverktyg / trädgårdsredskap, elektriska cyklar / skoter och sladdlösa hushållsapparater som dammsugare.

Sammanfattning:

Informationen som visas i bilden nedan ger de funktionella detaljerna i IC och dess tillämpning i ett nötskal.

Referenser:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Batterival och hantering för nya generationens elbilar. IEEE-transaktioner på industriell elektronik , 52 (5), 1343-1349.