關(guān)于多化學(xué)電池充電器IC的設(shè)計(jì)問題,必看!
設(shè)計(jì)用于鎳,鋰離子,鉛酸電池的電池充電器IC需要適當(dāng)?shù)某潆姾桶踩紤]。前提是需要開發(fā)一種全面的計(jì)費(fèi)算法,這取決于我門需要支持的化學(xué)成分。實(shí)現(xiàn)此類設(shè)計(jì)的最便捷方式是使用帶微處理器的集成,靈活,多化學(xué)類型的電池充電器。微處理器用于識(shí)別電池化學(xué)成分并將其調(diào)整到適當(dāng)?shù)某潆姉l件,包括終止標(biāo)準(zhǔn)。微處理器還監(jiān)控操作條件以確保安全。
不同的化學(xué)電池具有根本不同的充電方式
鎳氫(NiMH)電池在整個(gè)充電周期中需要恒定電流。根據(jù)恒定電流后的最大額定離散電壓,鋰離子電池也需要恒定電壓。鉛酸電池單元也需要恒定電壓,然后是恒定電壓級(jí),但只需添加最后的浮動(dòng)電荷級(jí)。以下是對(duì)這些中的每一個(gè)的描述。
1、NiMH電池
一種廣泛使用的技術(shù),用于在用恒定電流充電時(shí)確定鎳氫電池的最大電荷,以監(jiān)測(cè)是否發(fā)生大約8到16mV的電壓或10℃的情況下突然溫升。在任何一種情況下,發(fā)生這種情況需要至少0.5℃的充電速率(1C是合適的)。(“Crate”由電池容量定義。如果電池額定值為1,500mAh,則1C充電速率為1.5A。)對(duì)于使用電壓降技術(shù)的獨(dú)立充電IC,注意布局。該噪聲可以提供錯(cuò)誤的完全充電指示。要使用多化學(xué)電荷IC實(shí)現(xiàn)恒定電流充電,必須設(shè)置反饋電阻,使電荷調(diào)節(jié)電壓高于電池可達(dá)到的電壓。
2、鋰離子電池
每個(gè)鋰錳氧化物(LiMn2O4的)和鋰-鈷-氧化物(LiCoO 2)電池的最大額定電壓通常為4.2V,而電池的最近鋰鐵磷酸鹽(磷酸鐵)為3.7V。當(dāng)達(dá)到最大額定電壓時(shí),電壓保持恒定,當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)摹板F形”點(diǎn)時(shí),電流逐漸減小以指示最大充電電池。獨(dú)立充電IC的錐度通常是快速充電速率的十分之一。但是,通過靈活的基于微控制器的架構(gòu),設(shè)計(jì)人員可以選擇在充電周期的任何時(shí)刻終止充電。當(dāng)充電使用“旁通”單元平衡電路中的智能電池,所述電壓是相對(duì)恒定的,由于單電池平衡了僅當(dāng)電流逐漸減小,需要在充電終止時(shí)的更長(zhǎng)充電時(shí)間。
3、鉛酸電池
如鋰離子電池的鉛酸電池單元到下一個(gè)階段需要恒壓恒流充電只是這些需要最終浮動(dòng)充電階段。鉛蓄電池充電的速率比鎳或鋰離子電池慢得多。充電時(shí)間可以從12小時(shí)到36小時(shí),具體取決于電池容量。根據(jù)幾個(gè)關(guān)鍵的妥協(xié),單個(gè)電池的適當(dāng)充電電壓在2.3V和2.45V之間。以較低電壓對(duì)電池充電可以最大化使用壽命,但是它可能導(dǎo)致陰極板的硫酸化。在較高電壓下充電可縮短充電時(shí)間,但較高的溫度可能導(dǎo)致電池過熱。最后的浮動(dòng)充電階段應(yīng)將電壓降低至每個(gè)電池約2.25V。該規(guī)范有一些例外情況,具體取決于供應(yīng)商,因此您應(yīng)仔細(xì)檢查您的電池?cái)?shù)據(jù)表和規(guī)格,了解正確的充電和安全條件。
多化學(xué)電池充電器和微處理器,可以廣泛用于任何電池的充電
靈活的多化學(xué)電池充電器和微處理器可用于實(shí)現(xiàn)任何電池化學(xué)的充電算法的所有方面。對(duì)于可以采取所有的鋰離子或鎳包,在設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)(ID),包插入/移除識(shí)別合適的化學(xué)的優(yōu)點(diǎn)的便攜式應(yīng)用,充電溫度范圍,充電閾值,系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)告,輸入功率損耗等等。
注意了,如果需要判斷電池組化學(xué),那我就要使用附加引腳上的ID寄存器,微控制器可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入讀取該寄存器。此配置不僅可以監(jiān)控ID寄存器,還可以確定電池組何時(shí)插入充電座。還可以區(qū)分不同尺寸的電池,例如雙容量電池組。
電池通常在0至50℃的溫度范圍內(nèi)充電,但如果電池以低速和低電壓充電,則可以加寬該范圍。當(dāng)環(huán)境溫度極高時(shí),鋰離子電池的有效放電可以被認(rèn)為是每個(gè)電池3.7V至3.9V。在所有情況下,高溫會(huì)縮短電池壽命。
確定化學(xué)ID在可接受的溫度范圍內(nèi),將充電IC具有以確定該電池通常必須緩慢地作為快速填充速度的1/10低電壓充電。在鎳電池的情況下,低電壓安全閾值被認(rèn)為是不低于每單元0.9V或更多,標(biāo)準(zhǔn)的鋰電池是低于3.0V,最后LiFePO4的電壓是最小1.5V。如果在涓流充電期間電池電壓在30分鐘內(nèi)沒有超過此安全閾值,則認(rèn)為電池已損壞并且充電停止。
完成所有這些安全檢查后,電池被認(rèn)為是良好的并且快速充電模式的開始。在充電期間,必須持續(xù)監(jiān)控溫度,充電電流和電池電壓。必須為這些測(cè)量中的每一個(gè)存儲(chǔ)三個(gè)值??梢源蠹s每100毫秒獲取每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),并使用這些值的平均值進(jìn)行計(jì)算。
看門狗安全定時(shí)器是防止微處理器由于意外編碼錯(cuò)誤而無法識(shí)別的好方法。特定故障條件可以作為唯一位于存儲(chǔ)在故障寄存器中,并且系統(tǒng)可以查詢微處理器以讀取它或通過LED或顯示器將其顯示給用戶。最后,應(yīng)該設(shè)計(jì)充電算法,以便在輸入電源中斷或移除和插入電池組時(shí),將恢復(fù)整體識(shí)別和充電過程。
TI提供多種多化學(xué)類型的電池IC,來滿足不同需求充電IC的設(shè)計(jì)
例如,PMP3914評(píng)估模塊中使用的bq24703多化學(xué)充電IC和MSP430F2012超低功耗微控制器可識(shí)別并充電鎳氫電池或鋰離子電池組。該設(shè)計(jì)還包括一個(gè)75W離線轉(zhuǎn)換器,輸入電壓為108-132V,輸出電壓為25V,采用TI的UCC28600綠色模式準(zhǔn)諧振反激PWM控制器。
bq24703是適合充電的高電壓(21V)5S2P鋰離子電池組或25V 15s1p鎳氫電池組,充電IC異步與高側(cè)控制的pFET。“S”被示出多少會(huì)指示該單元連接,“p”表示的是電池串的數(shù)目很多的并聯(lián)連接,以實(shí)現(xiàn)所期望的電池組電壓,以實(shí)現(xiàn)在所述串聯(lián)串的期望組容量。。對(duì)于異步充電IC,充電電流限制在約3A。的這樣的其它多化學(xué)充電IC作為TI bq24704 bq24750A或可以提供更連續(xù)的充電電流10A為同步降壓轉(zhuǎn)換器。
總結(jié)
設(shè)計(jì)多化學(xué)電池充電器IC時(shí),不僅需要了解單個(gè)電池的特性,還需要了解整體安全性。例如,通過使用在充電鋰離子電池,鎳時(shí)的多化學(xué)充電IC和微控制器之間的差,鉛酸電池檢查我們?nèi)绾慰梢詫?shí)現(xiàn)充電算法。我們還研究了安全考慮因素,包括欠壓和過壓條件下的系統(tǒng)監(jiān)控,過充電和極端溫度。