Carregador de células de íons de lítio série 2S, 5S usando BQ7718

Este carregador de células de íons de lítio das séries BQ7718 2S a 5S foi projetado para monitorar a tensão de cada uma das células de íons de lítio independentemente, com referência a um nível de referência definido internamente.

Assim que qualquer tensão da célula tende a ficar acima do nível de referência, ela dispara um temporizador de retardo interno. Este temporizador de atraso aguarda alguns segundos e, em seguida, aciona o pino de saída do IC.

A saída do IC desvia a alimentação de entrada para que a condição de sobretensão da célula seja rapidamente restringida.

O diagrama a seguir mostra a configuração básica usando o pacote de células de íons de lítio da série 5S ou 5:

A entrada de alimentação pode ser de um controlador de painel solar.

Assim que qualquer uma das células em série atinge uma situação de sobretensão, primeiro o temporizador de atraso é ativado e espera um pouco e, em seguida, o pino OUT é acionado para desligar a alimentação.

A alternância de OUTPUT ON / OFF permite que as outras células continuem o processo de carga e também evita que as células da série totalmente carregadas sobrecarreguem.

Proteção contra sobretensão de baterias de íon de lítio série

As baterias recarregáveis ​​são comumente usadas para armazenamento de energia elétrica e para usar essa energia conforme a demanda.

Os principais desafios em sistemas operados por bateria são a sobretensão e o superaquecimento das baterias.

As baterias de íons de lítio se tornam um candidato viável para a indústria eletrônica e substituindo as baterias recarregáveis ​​de níquel.

As baterias recarregáveis ​​de íon de lítio ganharam popularidade nos últimos anos devido à sua ampla utilização em scooters elétricos, e-bikes, drones e veículos elétricos (EV).

As características atraentes e exclusivas das baterias de íons de lítio são:

• Alta densidade de energia
• Alta potência de saída
• Alta tensão celular (em comparação com baterias de níquel)
• Baixa taxa de autodescarga (1: 4 em comparação à tecnologia de níquel)

Apesar de ter vários benefícios em relação às baterias de níquel, as baterias de íons de lítio são menos tolerantes e a sobrecarga reduz seu ciclo de vida.

A sobretensão e a sobrecarga podem levar ao superaquecimento, alta resistência interna, baixo armazenamento de energia ou mesmo explosão.

Para obter o máximo de benefícios e aumentar o ciclo de vida das baterias de íons de lítio, a questão da sobrecarga deve ser abordada.

Para a segurança e proteção das baterias os circuitos de proteção devem ser devidamente projetados e integrados ao sistema com bateria.

A proteção contra sobrecarga e curto-circuito também é um fator vital para prolongar a vida útil do sistema de bateria.

Características principais:

Para combater todos os desafios mencionados acima, os especialistas recomendaram o circuito de proteção de células de íons de lítio da série BQ7718 com base em IC.

A linha de produtos BQ7718 não apenas monitora a sobretensão no sistema de carga da bateria, mas também protege a bateria contra sobretensão.

Como a bateria é composta por uma série ou número de células, a proteção de cada célula foi garantida pelos circuitos BQ7718xy.

A aplicação do BQ7718 tem a flexibilidade de monitorar e controlar as baterias de íons de lítio das séries 2 a 5.

A proteção contra sobrecarga e curto-circuito também é fornecida com o temporizador de retardo interno para a proteção rápida das células da bateria.

O BQ7718 fornece o módulo de teste do cliente e possibilita o monitoramento independente de cada célula para garantir a proteção contra sobretensão.

No modo de teste do cliente, o tempo de teste pode ser reduzido para a verificação e verificação do parâmetro do temporizador de sobretensão durante a integração na bateria.

Para ativar o modo de teste e a configuração do temporizador de atraso, consulte a folha de dados.

Seu tamanho é pequeno (QFN 3 mm x 4 mm, MSOP 3 mm x 5 mm) e econômico o suficiente para ser facilmente incorporado na bateria.

Além disso, a tensão operacional e o consumo de corrente do BQ7718 são muito pequenos (baixo consumo de energia ICC ≈ 1 µA) que podem ser menores do que a taxa inerente de autodescarga de qualquer bateria de íon de lítio bem projetada.

O limite de sobrecarga também é fixo, o que permite a carga total e evita a sobrecarga. Possui proteção contra sobretensão com alta precisão de ± 10 mV.

A faixa de limite de proteção contra sobretensão pode ser selecionada no catálogo (variando de 4.200 a 4.300 volts), dependendo dos requisitos de circuito do pacote de bateria.

Se o limite selecionado for muito alto, a bateria pode ser danificada, então selecione o limite com precisão de acordo com a necessidade do circuito.

De acordo com o fabricante, também é importante observar que a entrada de corrente de fuga por célula é inferior a 100 nA.

A equalização de carga em cada célula é obrigatória para armazenar a quantidade máxima de energia, cada célula deve ser carregada igualmente.

Qualquer desequilíbrio no carregamento de cada célula devido a defeito de fabricação ou carregamento frequente, a descarga pode reduzir o tempo de operação da bateria.

Como mencionamos, em BQ7718xy cada célula é monitorada de forma independente, o problema de carregamento de desequilíbrio celular pode ser eliminado.

A tensão real e a tensão de referência de proteção são constantemente monitoradas pelo BQ7718xy para cada célula, qualquer detecção de desequilíbrio ou carregamento desigual (tempo de retardo OV configurado) entre as células ativa um circuito temporizador.

Quando o circuito do temporizador expira, o estado de carregamento é ativado. O modo de carregamento normal foi ativado quando as tensões caíram abaixo dos valores predefinidos.

Foi recomendado pelo fabricante que, para detectar a tensão de entrada de cada célula, um resistor em série e um capacitor através da célula devem ser instalados conforme necessário para a filtragem de ruído e monitoramento estável de tensão.

A temperatura funcional de BQ7718xy varia entre -10 ° C a 110 ° C, exceder essas faixas pode danificar os dispositivos permanentemente.

A exposição prolongada aos limites máximos em qualquer condição pode alterar a funcionalidade do sistema e a confiabilidade pode ser afetada.

Para evitar o problema de confiabilidade, é recomendado que os dispositivos não sejam expostos às condições de limite máximo ou pior por mais tempo.

Funcionalidades do PIN:

O BQ7718xy está disponível em dois pacotes de configuração comuns como DPJ e DGK (ambos em 8 pinos), conforme mostrado na imagem abaixo.

VDD é a fonte de alimentação (30 V máx, enquanto 25 V é recomendado) enquanto VSS é o terra de referência ou terminal negativo.

Um resistor em série deve ser conectado ao VDD para limitar a corrente e o capacitor deve ser conectado ao pino VSS para filtrar o ruído.

Os pinos V1 a V5 são usados ​​para detectar tensões de entrada na célula 1 à célula 5, respectivamente. O pino de saída é usado para sinal de falha de sobretensão (faixa de tensão -0,3 a 30) na bateria.

Configurações de Circuito

Uma abordagem simples para a proteção de carga de células da série 3,4 ou 5 de baterias de íons de lítio foi mostrada na figura abaixo.

As recomendações do fabricante devem ser seguidas para o desenvolvimento de circuitos de proteção contra sobretensão para baterias.

Qualquer alteração nas faixas declaradas na planilha de dados pode impactar a precisão da medição de tensão da célula. A calibração do dispositivo foi feita usando o valor = 1 kΩ, a precisão do dispositivo pode ser alterada se outro valor de for usado para calibração.

Circuito de aplicação de BQ7718:

Circuitos eletrônicos para monitoramento e proteção de sobretensão, equalização de carga em condição de alta temperatura com um temporizador de retardo interno podem ser projetados utilizando o BQ7718xy.

Para a proteção de baterias de íon de lítio utilizadas em ferramentas elétricas portáteis / ferramentas de jardim, bicicletas / scooter elétricas e eletrodomésticos sem fio, como aspirador de pó.

Resumo:

As informações apresentadas na imagem abaixo fornecem os detalhes funcionais do CI e sua aplicação resumidamente.

Referências:

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

Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Escolha e gerenciamento de baterias para veículos elétricos de nova geração. Transações IEEE em eletrônicos industriais , 52 (5), 1343-1349.