Series 2S, 5S เครื่องชาร์จเซลล์ Li-Ion โดยใช้ BQ7718

เครื่องชาร์จเซลล์ Li-Ion ซีรีส์ BQ7718 ซีรีส์ 2S ถึง 5S นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลิเธียมไอออนแต่ละเซลล์อย่างอิสระโดยอ้างอิงถึงระดับอ้างอิงที่ตั้งไว้ภายใน

ทันทีที่แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ใด ๆ มีแนวโน้มที่จะสูงกว่าระดับอ้างอิงมันจะทริกเกอร์ตัวจับเวลาการหน่วงเวลาภายใน ตัวจับเวลาการหน่วงเวลานี้จะรอสองสามวินาทีจากนั้นจึงทริกเกอร์บนขาเอาต์พุตของ IC

เอาต์พุตของ IC จะตัดการจ่ายอินพุตเพื่อให้ จำกัด สภาวะแรงดันไฟฟ้าเกินของเซลล์อย่างรวดเร็ว

แผนภาพต่อไปนี้แสดงการกำหนดค่าพื้นฐานโดยใช้ชุดเซลล์ Li-Ion 5S หรือ 5 series:

อินพุตแหล่งจ่ายอาจมาจากตัวควบคุมแผงโซลาร์เซลล์

ทันทีที่เซลล์ในซีรีส์ใด ๆ ถึงสถานการณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าเกินก่อนอื่นตัวจับเวลาการหน่วงเวลาจะเปิดใช้งานและรอสักครู่จากนั้นในที่สุดขา OUT จะถูกกระตุ้นเพื่อปิดแหล่งจ่าย

การสลับเปิด / ปิดเอาท์พุทซ้ำ ๆ ทำให้เซลล์อื่นสามารถดำเนินการชาร์จต่อไปได้และยังป้องกันไม่ให้เซลล์ซีรีส์ที่ชาร์จไฟจนเต็มพร้อมกัน

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินของแบตเตอรี่ Li-Ion แบบซีรีส์

แบตเตอรี่แบบชาร์จได้มักใช้เพื่อเก็บพลังงานไฟฟ้าและใช้พลังงานนั้นตามความต้องการ

ความท้าทายที่สำคัญในระบบที่ใช้แบตเตอรี่คือแรงดันไฟฟ้าเกินและความร้อนสูงเกินไปของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ Li-Ion กลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และการเปลี่ยนแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟที่ใช้นิกเกิล

แบตเตอรี่แบบชาร์จลิเธียมไอออนได้รับความนิยมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าจักรยานไฟฟ้าโดรนและรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

คุณสมบัติที่น่าสนใจและเป็นเอกลักษณ์ของแบตเตอรี่ Li-Ion คือ:

• ความหนาแน่นของพลังงานสูง
• กำลังขับสูง
• แรงดันไฟฟ้าเซลล์สูง (เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่นิกเกิล)
• อัตราการคายประจุเองต่ำ (1: 4 เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีนิกเกิล)

แม้จะมีประโยชน์มากกว่าแบตเตอรี่นิกเกิล แต่แบตเตอรี่ Li-Ion นั้นมีความทนทานน้อยกว่าและการชาร์จไฟมากเกินไปจะลดวงจรชีวิตของแบตเตอรี่

แรงดันไฟฟ้าเกินและการชาร์จไฟเกินอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปความต้านทานภายในสูงการจัดเก็บพลังงานต่ำหรือแม้แต่การระเบิด

เพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดและเพื่อเพิ่มวงจรชีวิตของแบตเตอรี่ Li-Ion ต้องได้รับการแก้ไขปัญหาเรื่องการชาร์จไฟเกิน

เพื่อความปลอดภัยและการป้องกันแบตเตอรี่วงจรป้องกันจะต้องได้รับการออกแบบและรวมระบบเข้ากับแบตเตอรี่อย่างเหมาะสม

การป้องกันไฟเกินและไฟฟ้าลัดวงจรยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ระบบแบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

ฟีเจอร์หลัก:

เพื่อต่อสู้กับความท้าทายที่กล่าวมาข้างต้นผู้เชี่ยวชาญได้แนะนำวงจรป้องกันเซลล์ Li-Ion แบบ BQ7718 IC

กลุ่มผลิตภัณฑ์ BQ7718 ไม่เพียงตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าเกินในระบบชาร์จแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังป้องกันก้อนแบตเตอรี่จากแรงดันไฟฟ้าเกิน

เนื่องจากชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยชุดหรือจำนวนเซลล์การป้องกันของแต่ละเซลล์จึงได้รับการรับรองโดยวงจร BQ7718xy

การประยุกต์ใช้ BQ7718 มีความยืดหยุ่นในการตรวจสอบและควบคุมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเซลล์ 2 ถึง 5 ซีรี่ส์

นอกจากนี้ยังมีการป้องกันการโอเวอร์โหลดและไฟฟ้าลัดวงจรพร้อมกับตัวตั้งเวลาหน่วงเวลาภายในเพื่อการป้องกันเซลล์แบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว

BQ7718 มีโมดูลทดสอบสำหรับลูกค้าและช่วยให้สามารถตรวจสอบเซลล์แต่ละเซลล์ได้อย่างอิสระเพื่อให้แน่ใจว่ามีการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

ในโหมดการทดสอบของลูกค้าเวลาทดสอบสามารถลดลงสำหรับการตรวจสอบและการตรวจสอบพารามิเตอร์ตัวจับเวลาแรงดันไฟฟ้าเกินขณะที่รวมอยู่ในชุดแบตเตอรี่

ในการเปิดใช้งานโหมดทดสอบและการกำหนดค่าของตัวตั้งเวลาหน่วงโปรดดูเอกสารข้อมูล

ขนาดเล็ก (QFN 3mm x 4mm, MSOP 3mm x 5mm) และประหยัดพอที่จะรวมเข้ากับก้อนแบตเตอรี่ได้อย่างง่ายดาย

ยิ่งไปกว่านั้นแรงดันไฟฟ้าและการใช้กระแสไฟฟ้าของ BQ7718 ยังน้อยเกินไป (ICC ใช้พลังงานต่ำ≈ 1 µA) ซึ่งอาจต่ำกว่าอัตราการคายประจุเองโดยธรรมชาติของแบตเตอรี่ Li-Ion ที่ออกแบบมาอย่างดี

เกณฑ์การคิดราคาแพงเกินไปยังได้รับการแก้ไขซึ่งอนุญาตให้ชาร์จเต็มและป้องกันการชาร์จไฟเกิน มีการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินด้วยความแม่นยำสูง± 10 mV

ช่วงของเกณฑ์การป้องกันแรงดันเกินสามารถเลือกได้จากแค็ตตาล็อก (ตั้งแต่ 4.200 ถึง 4.300 โวลต์) ขึ้นอยู่กับความต้องการวงจรของชุดแบตเตอรี่

หากค่าเกณฑ์ที่เลือกสูงเกินไปแบตเตอรี่อาจเสียหายได้ดังนั้นเลือกเกณฑ์ให้ถูกต้องตามความต้องการของวงจร

ตามผู้ผลิตสิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าอินพุตของกระแสรั่วต่อเซลล์น้อยกว่า 100 nA

การปรับสมดุลค่าใช้จ่ายในแต่ละเซลล์มีผลบังคับใช้ในการจัดเก็บปริมาณพลังงานสูงสุดแต่ละเซลล์ควรชาร์จเท่ากัน

ความไม่สมดุลในการชาร์จของแต่ละเซลล์อันเนื่องมาจากข้อบกพร่องในการผลิตหรือการชาร์จบ่อยครั้งการคายประจุสามารถลดเวลาการทำงานของแบตเตอรี่ได้

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วใน BQ7718xy แต่ละเซลล์จะได้รับการตรวจสอบอย่างเป็นอิสระปัญหาของการชาร์จไม่สมดุลของเซลล์สามารถกำจัดได้

แรงดันอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าและการป้องกันที่แท้จริงจะถูกตรวจสอบอย่างต่อเนื่องโดย BQ7718xy สำหรับแต่ละเซลล์การตรวจจับความไม่สมดุลหรือการชาร์จที่ไม่เท่ากัน (เวลาหน่วงเวลา OV ที่กำหนดไว้) ระหว่างเซลล์จะเปิดใช้งานวงจรจับเวลา

เมื่อวงจรจับเวลาหมดอายุสถานะการชาร์จจะเปิดใช้งาน โหมดการชาร์จปกติจะเปิดใช้งานเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้

ได้รับการแนะนำจากผู้ผลิตว่าในการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของแต่ละเซลล์ต้องติดตั้งตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบอนุกรมทั่วเซลล์ตามความจำเป็นสำหรับการกรองสัญญาณรบกวนและการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร

อุณหภูมิในการทำงานของ BQ7718xy อยู่ระหว่าง -10 ° C ถึง 110 ° C การเกินช่วงเหล่านี้อาจทำให้อุปกรณ์เสียหายอย่างถาวร

การเปิดรับขีด จำกัด สูงสุดในทุกสภาวะเป็นเวลานานอาจส่งผลต่อการทำงานของระบบและความน่าเชื่อถืออาจได้รับผลกระทบ

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาความน่าเชื่อถือขอแนะนำว่าอุปกรณ์ไม่ควรสัมผัสกับเงื่อนไขการ จำกัด ที่เลวร้ายที่สุดหรือสูงสุดเป็นเวลานาน

ฟังก์ชัน PIN:

BQ7718xy มีอยู่ในแพ็คเกจการกำหนดค่าทั่วไปสองชุดเช่น DPJ และ DGK (ทั้ง 8 พิน) ดังแสดงในภาพด้านล่าง

VDD เป็นแหล่งจ่ายไฟ (สูงสุด 30 V ในขณะที่แนะนำให้ใช้ 25V) ในขณะที่ VSS เป็นกราวด์อ้างอิงหรือขั้วลบ

ตัวต้านทานแบบอนุกรมต้องเชื่อมต่อกับ VDD เพื่อ จำกัด กระแสและตัวเก็บประจุควรเชื่อมต่อกับพิน VSS เพื่อกรองสัญญาณรบกวน

หมุด V1 ถึง V5 ใช้สำหรับการรับรู้แรงดันไฟฟ้าอินพุตในเซลล์ 1 ถึงเซลล์ 5 ตามลำดับ ขาออกใช้สำหรับสัญญาณข้อผิดพลาดแรงดันไฟฟ้าเกิน (ช่วงแรงดัน -0.3 ถึง 30) ในก้อนแบตเตอรี่

การกำหนดค่าวงจร

วิธีง่ายๆในการป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion 3,4 หรือ 5 ซีรีส์ได้แสดงไว้ในรูปด้านล่าง

ต้องปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตสำหรับการพัฒนาวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินสำหรับก้อนแบตเตอรี่

การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในช่วงที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลอาจส่งผลต่อความแม่นยำของการวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ ทำการสอบเทียบอุปกรณ์โดยใช้ค่า = 1 kΩความแม่นยำของอุปกรณ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้หากใช้ค่าอื่นสำหรับการสอบเทียบ

วงจรการใช้งานของ BQ7718:

วงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการตรวจสอบและป้องกันแรงดันไฟเกินการปรับสมดุลของประจุไฟฟ้าที่สภาวะอุณหภูมิสูงพร้อมตัวจับเวลาหน่วงเวลาภายในสามารถออกแบบได้โดยใช้ BQ7718xy

สำหรับการป้องกันชุดแบตเตอรี่ Li-Ion ที่ใช้ในเครื่องมือไฟฟ้าแบบมือถือ / เครื่องมือทำสวนจักรยานไฟฟ้า / สกู๊ตเตอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้าไร้สายในบ้านเช่นเครื่องดูดฝุ่น

สรุป:

ข้อมูลที่แสดงในภาพด้านล่างแสดงรายละเอียดการทำงานของ IC และแอปพลิเคชันโดยสรุป

อ้างอิง:

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

Affanni, A. , Bellini, A. , Franceschini, G. , Guglielmi, P. , & Tassoni, C. (2005). ทางเลือกและการจัดการแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม , 52 (5), 1343-1349