Este carregador de células de íon de lítio série BQ7718 série 2S a 5S foi projetado para monitorar a tensão de cada uma das células de íon de lítio de forma independente, com referência a um nível de referência definido internamente.
Assim que qualquer tensão da célula tende a ultrapassar o nível de referência, ela aciona um temporizador de atraso interno. Este temporizador de atraso aguarda alguns segundos e, em seguida, aciona o pino de saída do IC.
A saída do CI 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 Li-Ion série 5S ou 5:
A entrada de alimentação pode ser de um controlador de painel solar.
Assim que qualquer célula em série atinge uma situação de sobretensão, primeiro o temporizador de atraso é ativado e aguarda um pouco e, finalmente, o pino OUT é ativado para desligar a alimentação.
A comutação repetida de OUTPUT ON/OFF permite que as outras células continuem o processo de carregamento e, simultaneamente, evita que as células da série totalmente carregadas sejam sobrecarregadas.
Proteção contra sobretensão das baterias de íon de lítio da série
As baterias recarregáveis são comumente usadas para armazenamento de energia elétrica e para uso dessa energia conforme a demanda.
Os principais desafios em sistemas operados por bateria são a sobretensão e o superaquecimento das baterias.
As baterias Li-Ion tornam-se um candidato viável para a indústria eletrônica e substituem as baterias recarregáveis à base de níquel.
As baterias recarregáveis de íons 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 únicas das baterias Li-Ion são:
- Alta densidade de energia
- Alta potência de saída
- Tensão de célula alta (em comparação com baterias de níquel)
- Baixa taxa de auto-descarga (1:4 em comparação com a tecnologia de níquel)
Apesar de apresentarem inúmeros benefícios em relação às baterias de níquel, as baterias Li-Ion são menos tolerantes, e a sobrecarga reduz seu ciclo de vida.
A sobretensão e a sobrecarga podem levar a superaquecimento, alta resistência interna, baixo armazenamento de energia ou até mesmo explosão.
Para obter o máximo de benefícios e aumentar o ciclo de vida das baterias Li-Ion, 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 íon de lítio da série BQ7718 baseado em IC.
A linha de produtos BQ7718 não apenas monitora a sobretensão no sistema de carregamento 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 assegurada pelos circuitos BQ7718xy.
A aplicação do BQ7718 tem a flexibilidade de monitorar e controlar as baterias Li-Ion de 2 a 5 séries.
A proteção contra sobrecarga e curto-circuito também é fornecida com o temporizador de atraso interno para a proteção rápida das células da bateria.
O BQ7718 disponibiliza 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 habilitar o modo de teste e configuração do temporizador de atraso, consulte a folha de dados.
Seu tamanho é pequeno (QFN 3mm x 4mm, MSOP 3mm x 5mm) e econômico o suficiente para ser facilmente incorporado à bateria.
Além disso, a tensão de operação e o consumo de corrente do BQ7718 são muito pequenos (baixo consumo de energia ICC ≈ 1 µA) que pode ser menor do que a taxa de autodescarga inerente de qualquer bateria Li-Ion bem projetada.
O limite de sobrecarga também é fixo, o que permite a carga completa 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 do requisito do circuito da bateria.
Se o limite selecionado for muito alto, a bateria pode ser danificada, portanto, 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, o descarregamento pode reduzir o tempo de operação da bateria.
Como mencionamos, no BQ7718xy cada célula é monitorada de forma independente, o problema de carga de desequilíbrio da célula 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 carga desigual (tempo de atraso 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 caem abaixo dos valores predefinidos.
Foi recomendado pelo fabricante que, para detectar a tensão de entrada de cada célula, um resistor e um capacitor em série na célula devem ser instalados conforme necessário para a filtragem de ruído e monitoramento estável da tensão.
A temperatura funcional do 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, recomenda-se que os dispositivos não sejam expostos a condições de limite piores ou máximas 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 figura abaixo.
VDD é a fonte de alimentação (30 V max, 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 carregamento de células da série 3,4 ou 5 de baterias Li-Ion foi mostrada na figura abaixo.
As recomendações do fabricante devem ser seguidas para o desenvolvimento de circuitos de proteção de sobretensão para bateria.
Qualquer alteração nas faixas indicadas na folha de dados pode afetar 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 do BQ7718:
Circuitos eletrônicos para monitoramento e proteção de sobretensão, equalização de carga em condições de alta temperatura com um temporizador de atraso 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 elétricas/trotinette e eletrodomésticos sem fio, como aspirador de pó.
Resumo:
As informações apresentadas na imagem abaixo fornecem os detalhes funcionais do CI e sua aplicação em poucas palavras.
Referências:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq7718.pdf
Affanni, A., Bellini, A., Franceschini, G., Guglielmi, P., & Tassoni, C. (2005). Escolha e gestão de baterias para veículos elétricos de nova geração. Transações IEEE em eletrônica industrial, 52(5), 1343-1349.
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