Dieses Li-Ion-Zellenladegerät der Serien 2S bis 5S der BQ7718-Serie dient zur unabhängigen Überwachung der Spannung jeder Li-Ion-Zelle unter Bezugnahme auf einen intern eingestellten Referenzpegel.
Sobald eine der Zellenspannungen dazu neigt, den Referenzpegel zu überschreiten, löst sie einen internen Verzögerungszeitgeber aus. Dieser Verzögerungszeitgeber wartet einige Sekunden und löst anschließend EIN am Ausgangspin des IC aus.
Der Ausgang des IC überbrückt die Eingangsversorgung, so dass der Überspannungszustand der Zelle schnell eingeschränkt wird.
Das folgende Diagramm zeigt die Grundkonfiguration mit einem Li-Ion-Zellenpaket der Serie 5S oder 5:
Der Versorgungseingang könnte von einem Solarpanel-Controller stammen.
Sobald eine der Reihenzellen eine Überspannungssituation erreicht, wird zuerst der Verzögerungszeitgeber aktiviert und wartet eine Weile, und schließlich wird der OUT-Pin auf ON gesetzt, um die Versorgung abzuschalten.
Das wiederholte EIN / AUS-Umschalten von OUTPUT ermöglicht es den anderen Zellen, den Ladevorgang fortzusetzen, und verhindert gleichzeitig, dass die vollständig geladenen Serienzellen überladen werden.
Überspannungsschutz von Li-Ionen-Batterien der Serie
Wiederaufladbare Batterien werden üblicherweise zur Speicherung der elektrischen Energie und zur bedarfsgerechten Verwendung dieser Energie verwendet.
Die wichtigsten Herausforderungen bei batteriebetriebenen Systemen sind die Überspannung und Überhitzung der Batterien.
Li-Ionen-Batterien werden zu einem geeigneten Kandidaten für die Elektronikindustrie und ersetzen die wiederaufladbaren Batterien auf Nickelbasis.
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer umfassenden Verwendung in Elektrorollern, E-Bikes, Drohnen und Elektrofahrzeugen (EV) an Beliebtheit gewonnen.
Die attraktiven und einzigartigen Eigenschaften von Li-Ion-Akkus sind:
- Hohe Energiedichte
- Hohe Ausgangsleistung
- Hohe Zellenspannung (im Vergleich zu Nickelbatterien)
- Geringe Selbstentladungsrate (1: 4 im Vergleich zur Nickeltechnologie)
Trotz der zahlreichen Vorteile gegenüber Nickelbatterien sind die Li-Ion-Batterien weniger tolerant und eine Überladung verkürzt ihren Lebenszyklus.
Die Überspannung und Überladung kann zu Überhitzung, hohem Innenwiderstand, geringem Energiespeicher oder sogar Explosion führen.
Um den maximalen Nutzen zu erzielen und den Lebenszyklus von Li-Ion-Akkus zu verlängern, muss das Problem der Überladung behoben werden.
Zur Sicherheit und zum Schutz der Batterien müssen die Schutzschaltungen ordnungsgemäß ausgelegt und in die Batterie integriert sein.
Überlast und Kurzschlussschutz sind ebenfalls ein entscheidender Faktor für die längere Lebensdauer des Batteriesystems.
Hauptmerkmale:
Um alle oben genannten Herausforderungen zu bewältigen, haben die Experten die Li-Ion-Zellschutzschaltung der IC-basierten Serie BQ7718 empfohlen.
Die Produktreihe BQ7718 überwacht nicht nur die Überspannung im Batterieladesystem, sondern schützt auch den Akku vor Überspannung.
Da der Akku aus einer Reihe oder Anzahl von Zellen besteht, wurde der Schutz jeder Zelle durch die BQ7718xy-Schaltkreise gewährleistet.
Die Anwendung von BQ7718 bietet die Flexibilität, die Li-Ionen-Akkus der Serien 2 bis 5 zu überwachen und zu steuern.
Der Überlast- und Kurzschlussschutz ist auch mit dem internen Verzögerungszeitgeber zum schnellen Schutz der Batteriezellen ausgestattet.
Der BQ7718 bietet das Kundentestmodul und ermöglicht die unabhängige Überwachung jeder Zelle, um den Schutz gegen Überspannung zu gewährleisten.
Im Kundentestmodus kann die Testzeit für die Überprüfung und Überprüfung des Überspannungszeitgeberparameters während der Integration in den Akku reduziert werden.
Informationen zum Aktivieren des Testmodus und zur Konfiguration des Verzögerungszeitgebers finden Sie im Datenblatt.
Seine Größe ist klein (QFN 3 mm x 4 mm, MSOP 3 mm x 5 mm) und wirtschaftlich genug, um problemlos in den Akku integriert zu werden.
Darüber hinaus ist der Betriebsspannungs- und Stromverbrauch des BQ7718 zu gering (niedriger Stromverbrauch ICC ≈ 1 µA), als dass er niedriger sein könnte als die inhärente Selbstentladungsrate eines gut konzipierten Li-Ion-Akkus.
Die Überladeschwelle ist ebenfalls festgelegt, um die volle Ladung zu ermöglichen und das Überladen zu verhindern. Es hat den Überspannungsschutz mit hoher Genauigkeit von ± 10 mV.
Der Bereich der Überspannungsschutzschwelle kann aus dem Katalog ausgewählt werden (von 4.200 bis 4.300 Volt), abhängig von den Schaltungsanforderungen des Akkus.
Wenn der ausgewählte Schwellenwert zu hoch ist, kann die Batterie beschädigt werden. Wählen Sie den Schwellenwert daher genau gemäß den Anforderungen des Schaltkreises aus.
Laut Hersteller ist es auch wichtig zu beachten, dass der Eingang des Leckstroms pro Zelle weniger als 100 nA beträgt.
Der Ladungsausgleich in jeder Zelle ist obligatorisch, um die maximale Energiemenge zu speichern. Jede Zelle sollte gleich aufgeladen werden.
Ein Ungleichgewicht beim Laden jeder Zelle aufgrund eines Herstellungsfehlers oder häufigen Ladens und Entladens kann die Betriebszeit der Batterie verkürzen.
Wie bereits erwähnt, wird in BQ7718xy jede Zelle unabhängig überwacht, und das Problem der Aufladung des Zellungleichgewichts kann beseitigt werden.
Die tatsächliche Spannung und Schutzreferenzspannung wird vom BQ7718xy für jede Zelle ständig überwacht. Jede Erkennung eines Ungleichgewichts oder einer ungleichen Aufladung (konfigurierte OV-Verzögerungszeit) zwischen den Zellen aktiviert eine Zeitgeberschaltung.
Wenn der Timer-Schaltkreis abläuft, wird der Ladezustand aktiviert. Der normale Lademodus wurde aktiviert, wenn die Spannungen unter die voreingestellten Werte fallen.
Es wurde vom Hersteller empfohlen, dass zur Erfassung der Eingangsspannung jeder Zelle ein Vorwiderstand und ein Kondensator über der Zelle angebracht werden müssen, um Rauschen zu filtern und die Spannung stabil zu überwachen.
Die Funktionstemperatur von BQ7718xy liegt zwischen -10 ° C und 110 ° C. Wenn Sie diese Bereiche überschreiten, können die Geräte dauerhaft beschädigt werden.
Längerer Kontakt mit Höchstgrenzen unter allen Bedingungen kann die Funktionalität des Systems beeinträchtigen und die Zuverlässigkeit beeinträchtigen.
Um das Zuverlässigkeitsproblem zu vermeiden, wird empfohlen, die Geräte nicht für längere Zeit den schlechtesten oder maximalen Grenzbedingungen auszusetzen.
PIN-Funktionen:
Der BQ7718xy ist in zwei gängigen Konfigurationspaketen wie DPJ und DGK (beide in 8 Pins) erhältlich (siehe Abbildung unten).
VDD ist die Stromversorgung (max. 30 V, 25 V werden empfohlen), während VSS die Bezugsmasse oder der Minuspol ist.
Ein Vorwiderstand muss mit VDD verbunden werden, um den Strom zu begrenzen, und der Kondensator sollte an den VSS-Pin angeschlossen werden, um das Rauschen zu filtern.
Die Pins V1 bis V5 werden zum Erfassen der Eingangsspannungen in Zelle 1 bis Zelle 5 verwendet. Der Ausgangspin wird für das Überspannungsfehlersignal (Spannungsbereich -0,3 bis 30) im Akkupack verwendet.
Schaltungskonfigurationen
Ein einfacher Ansatz für den Ladeschutz von Li-Ionen-Akkus der Serie 3,4 oder 5 ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Bei der Entwicklung von Überspannungsschutzschaltungen für Akkus sind die Empfehlungen des Herstellers zu beachten.
Jede Änderung der im Datenblatt angegebenen Bereiche kann die Genauigkeit der Spannungsmessung der Zelle beeinträchtigen. Die Kalibrierung des Geräts wurde mit einem Wert von 1 kΩ durchgeführt. Die Genauigkeit des Geräts kann geändert werden, wenn ein anderer Wert von für die Kalibrierung verwendet wird.
Anwendungsschaltung von BQ7718:
Unter Verwendung des BQ7718xy können elektronische Schaltungen zur Überwachung und zum Schutz von Überspannungen sowie zum Ladungsausgleich bei hohen Temperaturen und einem internen Verzögerungszeitgeber entworfen werden.
Zum Schutz von Li-Ion-Akkus, die in handgehaltenen Elektrowerkzeugen / Gartengeräten, Elektrofahrrädern / Rollern und schnurlosen Haushaltsgeräten wie Staubsaugern verwendet werden.
Zusammenfassung:
Die in der folgenden Abbildung dargestellten Informationen enthalten die Funktionsdetails des IC und seiner Anwendung auf den Punkt gebracht.
Verweise:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq7718.pdf
Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P. & Tassoni, C. (2005). Batterieauswahl und -management für Elektrofahrzeuge der neuen Generation. IEEE-Transaktionen zur Industrieelektronik , 52 (5), 1343 & ndash; 1349.
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