سلسلة 2S ، شاحن خلية ليثيوم أيون 5S باستخدام BQ7718

تم تصميم شاحن خلية Li-Ion من سلسلة BQ7718 من سلسلة 2S إلى 5S لمراقبة جهد كل خلية من خلايا Li-ion بشكل مستقل ، مع الإشارة إلى المستوى المرجعي المحدد داخليًا.

بمجرد أن يميل أي جهد للخلية إلى تجاوز المستوى المرجعي ، فإنه يؤدي إلى تشغيل مؤقت تأخير داخلي. ينتظر مؤقت التأخير هذا لبضع ثوان ثم يتم تشغيله بعد ذلك على دبوس الإخراج الخاص بـ IC.

يقوم إخراج IC بتحويل إمداد الإدخال بحيث يتم تقييد حالة الجهد الزائد للخلية بسرعة.

يوضح الرسم البياني التالي التكوين الأساسي باستخدام حزمة خلية Li-Ion 5S أو 5 series:

يمكن أن يكون إدخال العرض من وحدة تحكم الألواح الشمسية.

بمجرد أن تصل أي خلية من خلايا السلسلة إلى حالة الجهد الزائد ، يتم تنشيط مؤقت التأخير أولاً ، وينتظر لفترة من الوقت ، ثم في النهاية يتم تشغيل دبوس OUT لتحويل التيار الكهربائي.

يسمح تبديل OUTPUT ON / OFF المتكرر للخلايا الأخرى بمواصلة عملية الشحن ، وفي نفس الوقت يحافظ على خلايا السلسلة المشحونة بالكامل من الشحن الزائد.

حماية الجهد الزائد لبطاريات Li-Ion المتوالية

تُستخدم البطاريات القابلة لإعادة الشحن بشكل شائع لتخزين الطاقة الكهربائية واستخدام هذه الطاقة حسب الطلب.

تتمثل التحديات الرئيسية في الأنظمة التي تعمل بالبطاريات في الجهد الزائد وارتفاع درجة حرارة البطاريات.

أصبحت بطاريات Li-Ion مرشحًا قابلاً للتطبيق للصناعة الإلكترونية واستبدال البطاريات القابلة لإعادة الشحن القائمة على النيكل.

اكتسبت بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن شعبية في السنوات القليلة الماضية بسبب استخدامها المكثف في السكوتر الكهربائي والدراجات الإلكترونية والطائرات بدون طيار والمركبة الكهربائية (EV).

الخصائص الجذابة والفريدة من نوعها لبطاريات Li-Ion هي:

• كثافة طاقة عالية
• طاقة انتاج عالية
• الجهد العالي للخلية (مقارنة ببطاريات النيكل)
• معدل منخفض من التفريغ الذاتي (1: 4 مقارنة بتقنية النيكل)

على الرغم من وجود عدد من الفوائد على بطاريات النيكل ، إلا أن بطاريات Li-Ion أقل تحملاً ، كما أن الشحن الزائد يقلل من دورة حياتها.

يمكن أن يؤدي الجهد الزائد والشحن الزائد إلى ارتفاع درجة الحرارة أو المقاومة الداخلية العالية أو انخفاض تخزين الطاقة أو حتى الانفجار.

للحصول على أقصى قدر من الفوائد وزيادة دورة حياة بطاريات Li-Ion ، يجب معالجة مشكلة الشحن الزائد.

من أجل سلامة البطاريات وحمايتها ، يجب أن تكون دوائر الحماية مصممة بشكل صحيح ومتكاملة مع البطارية.

تعتبر الحماية من الحمل الزائد والقصير أيضًا عاملاً حيويًا لإطالة عمر نظام البطارية.

دلائل الميزات:

لمكافحة جميع التحديات المذكورة أعلاه ، أوصى الخبراء بدائرة حماية خلية Li-Ion القائمة على سلسلة BQ7718 IC.

لا تقوم مجموعة منتجات BQ7718 بمراقبة الجهد الزائد في نظام شحن البطارية فحسب ، بل تحمي أيضًا حزمة البطارية من الجهد الزائد.

نظرًا لأن حزمة البطارية تتكون من سلسلة أو عدد من الخلايا ، فقد تم ضمان حماية كل خلية بواسطة دوائر BQ7718xy.

يتمتع تطبيق BQ7718 بالمرونة في مراقبة بطاريات Li-Ion ذات الخلايا من 2 إلى 5 سلسلة والتحكم فيها.

يتم أيضًا توفير الحماية من الحمل الزائد والماس الكهربائي مع مؤقت التأخير الداخلي لحماية خلايا البطارية بسرعة.

يوفر BQ7718 وحدة اختبار العميل ويتيح المراقبة المستقلة لكل خلية لضمان الحماية ضد الجهد الزائد.

في وضع اختبار العميل ، يمكن تقليل وقت الاختبار للتحقق والتحقق من معلمة مؤقت الجهد الزائد أثناء الدمج في حزمة البطارية.

لتمكين وضع الاختبار وتكوين مؤقت التأخير ، يرجى الرجوع إلى ورقة البيانات.

حجمها صغير (QFN 3 مم × 4 مم ، MSOP 3 مم × 5 مم) واقتصادي بما يكفي ليتم دمجه بسهولة في حزمة البطارية.

علاوة على ذلك ، فإن جهد التشغيل والاستهلاك الحالي لـ BQ7718 صغير جدًا (استهلاك منخفض للطاقة ICC ≈ 1 µA) يمكن أن يكون أقل من معدل التفريغ الذاتي المتأصل في أي بطارية Li-Ion جيدة التصميم.

تم إصلاح عتبة الشحن الزائد أيضًا مما يسمح بالشحن الكامل ويمنع الشحن الزائد. لديها حماية ضد الجهد الزائد مع دقة عالية تصل إلى ± 10 mV.

يمكن تحديد نطاق عتبة الحماية من الجهد الزائد من الكتالوج (يتراوح من 4.200 إلى 4.300 فولت) حسب متطلبات الدائرة لحزمة البطارية.

إذا كانت العتبة المحددة عالية جدًا ، فقد تتلف البطارية ، لذا حدد العتبة بدقة حسب حاجة الدائرة.

وفقًا للشركة المصنعة ، من المهم أيضًا ملاحظة أن إدخال تيار التسرب لكل خلية أقل من 100 nA.

معادلة الشحن في كل خلية إلزامية لتخزين أقصى قدر من الطاقة ، يجب شحن كل خلية بالتساوي.

أي خلل في شحن كل خلية بسبب عيب في التصنيع أو الشحن المتكرر ، يمكن أن يؤدي التفريغ إلى تقليل وقت تشغيل البطارية.

كما ذكرنا ، في BQ7718xy يتم مراقبة كل خلية بشكل مستقل ، يمكن التخلص من مشكلة عدم توازن الشحن.

يتم مراقبة الجهد المرجعي للجهد الفعلي والحماية باستمرار بواسطة BQ7718xy لكل خلية ، وأي اكتشاف لعدم التوازن أو الشحن غير المتكافئ (وقت تأخير OV المكوّن) بين الخلايا ينشط دائرة مؤقت.

عندما تنتهي دائرة المؤقت ، يتم تنشيط حالة الشحن. تم تنشيط وضع الشحن العادي عندما تنخفض الفولتية عن القيم المحددة مسبقًا.

وقد أوصت الشركة المصنعة بأنه لكي تشعر بجهد الدخل لكل خلية ، يجب تركيب المقاوم المتسلسل والمكثف عبر الخلية كما هو مطلوب لترشيح الضوضاء والمراقبة الثابتة للجهد.

تتراوح درجة الحرارة الوظيفية لـ BQ7718xy بين -10 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية ، وقد يؤدي تجاوز هذه النطاقات إلى إتلاف الأجهزة بشكل دائم.

قد يؤدي التعرض المطول للحدود القصوى في أي حالة إلى تغيير وظائف النظام ويمكن أن تتأثر الموثوقية.

لتجنب مشكلة الموثوقية ، يوصى بعدم تعرض الأجهزة لظروف الحد الأقصى أو الأسوأ لمدة أطول.

وظائف رقم التعريف الشخصي:

يتوفر BQ7718xy في حزمتين من حزم التكوين الشائعة مثل DPJ و DGK (كلاهما في 8 دبابيس) كما هو موضح في الصورة أدناه.

VDD هو مصدر الطاقة (30 فولت كحد أقصى ، بينما يوصى بـ 25 فولت) بينما VSS هو الأرض المرجعية أو الطرف السالب.

يجب أن يتصل المقاوم المتسلسل بـ VDD للحد من التيار ويجب توصيل المكثف بدبوس VSS لتصفية الضوضاء.

تُستخدم دبابيس V1 إلى V5 لجهود إدخال الإحساس في الخلية 1 إلى الخلية 5 على التوالي. يستخدم دبوس الإخراج للجهد الزائد (نطاق الجهد -0.3 إلى 30) إشارة خطأ في حزمة البطارية.

تكوينات الدوائر

تم توضيح طريقة بسيطة لحماية الشحن لخلايا 3،4 أو 5 من بطاريات Li-Ion في الشكل أدناه.

يجب اتباع توصيات الشركة المصنعة لتطوير دوائر حماية الجهد الزائد لحزمة البطارية.

قد يؤثر أي تغيير في النطاقات المذكورة في ورقة البيانات على دقة قياس جهد الخلية. تم إجراء معايرة الجهاز باستخدام القيمة = 1 كيلو أوم ، ويمكن تغيير دقة الجهاز إذا تم استخدام قيمة أخرى للمعايرة.

دائرة التطبيق BQ7718:

الدوائر الإلكترونية لرصد الجهد الزائد والحماية ، يمكن تصميم معادلة الشحن في ظروف درجات الحرارة العالية مع مؤقت تأخير داخلي باستخدام BQ7718xy.

لحماية حزم بطاريات Li-Ion المستخدمة في الأدوات الكهربائية المحمولة / أدوات الحدائق ، والدراجات الكهربائية / السكوتر ، والأجهزة المنزلية اللاسلكية مثل المكنسة الكهربائية.

ملخص:

توفر المعلومات الواردة في الصورة أدناه التفاصيل الوظيفية لـ IC وتطبيقها باختصار.

مراجع:

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

أفاني ، أ ، بيليني ، أ ، فرانشيسكيني ، جي ، غوغليلمي ، ب ، وتاسوني ، سي (2005). اختيار البطارية وإدارتها للمركبات الكهربائية من الجيل الجديد. معاملات IEEE على الإلكترونيات الصناعية ، 52 (5) ، 1343-1349.