Questo caricabatterie per celle agli ioni di litio della serie BQ7718 da 2S a 5S è progettato per monitorare la tensione di ciascuna delle celle agli ioni di litio in modo indipendente, con riferimento a un livello di riferimento impostato internamente.
Non appena la tensione della cella tende a superare il livello di riferimento, attiva un timer di ritardo interno. Questo timer di ritardo attende alcuni secondi e successivamente si attiva sul pin di uscita dell'IC.
L'uscita del circuito integrato devia l'alimentazione in ingresso in modo che la condizione di sovratensione della cella venga rapidamente limitata.
Il diagramma seguente mostra la configurazione di base utilizzando il pacco batterie agli ioni di litio della serie 5S o 5:
L'ingresso di alimentazione potrebbe provenire da un controller del pannello solare.
Non appena una qualsiasi delle celle in serie raggiunge una situazione di sovratensione, prima si attiva il timer di ritardo e attende un po ', quindi alla fine il pin OUT viene attivato su ON per interrompere l'alimentazione.
La ripetuta commutazione OUTPUT ON / OFF consente alle altre celle di continuare il processo di carica e contemporaneamente evita che le celle della serie completamente cariche si sovraccarichino.
Protezione da sovratensione delle batterie agli ioni di litio in serie
Le batterie ricaricabili sono comunemente utilizzate per la conservazione dell'energia elettrica e per utilizzare tale potenza secondo la richiesta.
Le sfide principali nei sistemi a batteria sono la sovratensione e il surriscaldamento delle batterie.
Le batterie agli ioni di litio diventano un valido candidato per l'industria elettronica e sostituiscono le batterie ricaricabili a base di nichel.
Le batterie ricaricabili agli ioni di litio hanno guadagnato popolarità negli ultimi anni grazie al loro ampio utilizzo in scooter elettrici, e-bike, droni e veicoli elettrici (EV).
Le caratteristiche attraenti e uniche delle batterie agli ioni di litio sono:
- Alta densità di energia
- Elevata potenza di uscita
- Alta tensione delle celle (rispetto alle batterie al nichel)
- Basso tasso di autoscarica (1: 4 rispetto alla tecnologia al nichel)
Nonostante abbiano numerosi vantaggi rispetto alle batterie al nichel, le batterie agli ioni di litio sono meno tolleranti e il sovraccarico riduce il loro ciclo di vita.
La sovratensione e il sovraccarico potrebbero causare surriscaldamento, elevata resistenza interna, basso accumulo di energia o addirittura esplosioni.
Per ottenere i massimi vantaggi e aumentare il ciclo di vita delle batterie Li-Ion è necessario affrontare il problema del sovraccarico.
Per la sicurezza e la protezione delle batterie i circuiti di protezione devono essere opportunamente progettati e integrati nel sistema con batteria.
Anche la protezione da sovraccarico e cortocircuito è un fattore vitale per prolungare la vita del sistema di batterie.
Caratteristiche principali:
Per combattere tutte le sfide sopra menzionate, gli esperti hanno consigliato il circuito di protezione delle celle agli ioni di litio della serie BQ7718 basato su IC.
La gamma di prodotti BQ7718 non solo monitora la sovratensione nel sistema di ricarica della batteria, ma protegge anche il pacco batteria dalla sovratensione.
Poiché il pacco batterie è costituito da una serie o da un numero di celle, la protezione di ciascuna cella è stata assicurata dai circuiti BQ7718xy.
L'applicazione di BQ7718 ha la flessibilità di monitorare e controllare le batterie agli ioni di litio da 2 a 5 celle.
La protezione da sovraccarico e da cortocircuito è inoltre fornita con il timer di ritardo interno per la protezione rapida delle celle della batteria.
Il BQ7718 fornisce il modulo di test del cliente e consente il monitoraggio indipendente di ciascuna cella per garantire la protezione contro la sovratensione.
Nella modalità di test del cliente il tempo di test può essere ridotto per il controllo e la verifica del parametro del timer di sovratensione durante l'integrazione nel pacco batteria.
Per abilitare la modalità test e la configurazione del timer di ritardo fare riferimento alla scheda tecnica.
Le sue dimensioni sono piccole (QFN 3 mm x 4 mm, MSOP 3 mm x 5 mm) e abbastanza economiche da essere facilmente incorporate nel pacco batteria.
Inoltre, la tensione di esercizio e il consumo di corrente di BQ7718 sono troppo piccoli (ICC a basso consumo energetico ≈ 1 µA) per poter essere inferiori alla velocità di autoscarica intrinseca di qualsiasi batteria agli ioni di litio ben progettata.
Viene anche fissata la soglia di sovraccarico che permette la ricarica completa ed evita il sovraccarico. Ha la protezione da sovratensione con elevata precisione di ± 10 mV.
La gamma di soglia di protezione da sovratensione può essere selezionata dal catalogo (da 4.200 a 4.300 volt) a seconda dei requisiti del circuito del pacco batteria.
Se la soglia selezionata è troppo alta, la batteria può essere danneggiata, quindi selezionare la soglia accuratamente secondo le necessità del circuito.
Secondo il produttore, è anche importante notare che l'ingresso della corrente di dispersione per cella è inferiore a 100 nA.
L'equalizzazione della carica in ogni cella è obbligatoria per immagazzinare la massima quantità di energia, ogni cella deve essere caricata allo stesso modo.
Qualsiasi squilibrio nella carica di ciascuna cella a causa di un difetto di fabbricazione o di frequenti ricariche, la scarica può ridurre il tempo di funzionamento della batteria.
Come accennato, in BQ7718xy ogni cella è monitorata in modo indipendente, il problema della carica da squilibrio delle celle può essere eliminato.
La tensione effettiva e la tensione di riferimento di protezione sono costantemente monitorate dal BQ7718xy per ciascuna cella, qualsiasi rilevamento di squilibrio o di carica disuguale (tempo di ritardo OV configurato) tra le celle attiva un circuito timer.
Quando il circuito del timer scade, lo stato di carica viene attivato. La normale modalità di carica è stata attivata quando le tensioni scendono al di sotto dei valori preimpostati.
È stato raccomandato dal produttore che per rilevare la tensione di ingresso di ciascuna cella è necessario installare un resistore in serie e un condensatore attraverso la cella come richiesto per la filtrazione del rumore e il monitoraggio stabile della tensione.
La temperatura funzionale del BQ7718xy è compresa tra -10 ° C e 110 ° C, il superamento di questi intervalli può danneggiare i dispositivi in modo permanente.
L'esposizione prolungata ai limiti massimi in qualsiasi condizione può alterare la funzionalità del sistema e l'affidabilità può essere compromessa.
Per evitare il problema dell'affidabilità, si raccomanda che i dispositivi non siano esposti alle condizioni limite peggiori o massime per una durata maggiore.
Funzionalità PIN:
Il BQ7718xy è disponibile in due pacchetti di configurazione comuni come DPJ e DGK (entrambi a 8 pin) come mostrato nell'immagine sottostante.
VDD è l'alimentazione (30 V max, mentre 25 V è consigliato) mentre VSS è la massa di riferimento o terminale negativo.
Un resistore in serie deve essere collegato con VDD per limitare la corrente e il condensatore deve essere collegato al pin VSS per filtrare il rumore.
I pin da V1 a V5 vengono utilizzati per rilevare le tensioni di ingresso rispettivamente nella cella 1 e nella cella 5. Il pin di uscita viene utilizzato per il segnale di guasto di sovratensione (intervallo di tensione da -0,3 a 30) nel pacco batteria.
Configurazioni del circuito
Nella figura sottostante è stato mostrato un approccio semplice per la protezione della carica di celle della serie 3,4 o 5 di batterie agli ioni di litio.
Le raccomandazioni del produttore devono essere seguite per lo sviluppo di circuiti di protezione da sovratensione per il pacco batteria.
Qualsiasi alterazione negli intervalli indicati nella scheda tecnica può influire sulla precisione della misurazione della tensione della cella. La calibrazione del dispositivo è stata eseguita utilizzando il valore = 1 kΩ, la precisione del dispositivo può essere modificata se per la calibrazione viene utilizzato un altro valore di.
Circuito di applicazione di BQ7718:
Utilizzando il BQ7718xy è possibile progettare circuiti elettronici per il monitoraggio e la protezione da sovratensioni, l'equalizzazione della carica in condizioni di alta temperatura con un timer di ritardo interno.
Per la protezione dei pacchi batteria agli ioni di litio utilizzati in utensili elettrici portatili / attrezzi da giardino, biciclette elettriche / scooter e elettrodomestici senza fili come l'aspirapolvere.
Sommario:
Le informazioni presentate nell'immagine sottostante forniscono i dettagli funzionali dell'IC e della sua applicazione in poche parole.
Riferimenti:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq7718.pdf
Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Scelta e gestione della batteria per veicoli elettrici di nuova generazione. Transazioni IEEE sull'elettronica industriale , 52 (5), 1343-1349.
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