费用:智能电池管理优化设计
2023年3月7日,
锂电池在充电是常见的工具,手持设备和电动车。锂离子电池有很多好处超过其他化学在这些和更多的应用程序,但要注意。充电和放电有陷阱,以避免政权来实现一个安全的和长,可靠的生活。在这篇文章中,我们讨论的挑战和识别的理想解决方案。我们还引入了一个新的、集成、智能电池管理、单片机解决方案,提供了独特的功能和高水平的最大运行时间控制,灵活性和安全性。
电池技术是超过200岁,计数
电池已经存在自1800年意大利Alessandro Volta发明他的伏打电堆的铜和锌光盘被纸板隔开。但这些的主要细胞的迅速退化,不能充电。花了59年在充电或“二次电池”是与他们的发明铅和酸建设。场景被设置为电池技术的发展,导致今天的通话手机,强大的无绳的手工具和电动汽车(电动汽车)。提供适当的范围从电动自行车电动超级跑车。立法也是一个司机。例如,加州可能非法销售的新天然气花园机械早在2024年,无绳电动版本是唯一明智的选择。
锂离子的化学是现代设备选择
最佳整体性能,锂是现在最受欢迎的电池类型用于移动充电应用程序。为什么?因为这个电池技术具有使用寿命长,高能源storage-to-weight比值和铅酸电池相比更符合成本效益。锂离子电池也有其他有用的特性,如没有“记忆”效应,低自放电和单个细胞在3.8 V可以许多设计力量。
电源管理基础入门》
但它并不都是好消息。锂离子电池必须安全地防止电压过高,过高充电或放电电流和深放电,电池过热。当这些条件没有得到满足,有爆炸或火灾的可能性。理想的、安全的安培小时收费制度(啊)把细胞下面的图1所示。
典型的锂离子电池的充电过程经过了几个阶段,图中引用:
- 一个恒流1 c的应用,使电池电荷状态到70%左右。
- 电池电压达到4.2 V和充电器开关恒压模式。
- 当前然后滴电池饱和烃。
- 锂电池充满电的电流降低到3%时达到-5%的啊评级为传统cobalt-blended类型的细胞。一旦遇到这个阈值,充电过程终止,以避免细胞退化。
图1所示。锂离子电池充电政权
费用可能重启“充气”阶段如果电池自放电低于一个阈值电压,和细胞温度连续监控,以发现任何热应力。
安全是至关重要的,但知道能力和健康也很重要
安全是最重要的问题在管理电池充电和放电。因为锂离子通常是高度不受控制的环境中使用,如花园和家庭作坊,必须健全保护方法。此外,一个工具或机器闲置在寒冷的冬季应尽可能保留其电荷,准备迅速和安全地运行在最大功率草生长或家庭项目要求。
应用程序要求更高的权力,如剪草机,产品设计师正在推动电池电压高扩展能力和运行时同时保持电流可控。字符串最多20个细胞生成90 V或更常见。这增加了相关冲击的危险,击穿电压和较高的能量释放,失败。串联也意味着整个包运行时和生活取决于最薄弱的细胞。为了应对这一问题,任何充电系统应该确保每个细胞上的政权平衡压力迫使费用相等。
另一个主要关心的是知道电荷状态(SOC)或气体压力表的电池具有良好的精度。无绳演习时这是一个小烦恼意外死亡时仍然显示它有一个电荷。但当电动高尔夫球车或除草球道的割草机竟然停在中间,这是一个更大的交易。SOC迹象是具有挑战性的,因为电池电压并不是一个好措施,取决于温度和剩余的费用。
锂离子的可取的特征之一就是它对放电电压保持相对平坦的疲惫,这并不有助于作为指标。一个解决方案是实际测量引入的电荷和,所谓“库仑计数。但手机用户都知道,这种技术可以失去校准,和建议是,电池完全放电偶尔“重置”计算。
健康状况(SOH)也是一个有用的措施。锂离子电池的容量减少的数量随着时间的推移和充电/放电循环。这导致100%表示电荷逐渐意味着更少的容量和运行时。再一次,电池电压并不是一个好全音阶,但是内部阻力可以是一个指示器,推断出从电压随负载变化的步骤。
集成电池管理增加功能和价值
给锂电池充电控制和监控需求的复杂性,一个有吸引力的解决方案是一个集成和智能电池管理系统(BMS)。这可以实现为一个紧凑的和具有成本效益的集成电路和混合模拟和数字技术,包括处理器、内存和接口。通过这种计算能力,集成电路使添加先进的功能和特性的能力。这些进步的例子包括电池健康状况测定、细胞平衡控制、精密库仑计数、历史数据记录和更多。有线和无线通信也可以incorporated-something越来越预期我们发达的通讯网络。
集成的BMS可以有多个处理器核心,以适应不同的应用程序,用手臂皮层M0定时在150 MHz 50 MHz或M4F越快被受欢迎的选择。M4F 128 kB闪存和32 kB的SRAM, M0的四倍,和更多的通用I / O引脚,而浮点处理有助于先进算法。两个版本提供UART(通用异步接收机/发射机),SPI(串行外围接口)和I2C / SMBus接口,虽然M4F还可以(控制器区域网络)。
设计师可能会熟悉手臂®设备和编程工具,可以自定义的任何预先存在的嵌入式固件的通用功能。例如,诊断故障事件可以记录在存储器,或可以生成数据表分析充电/放电性能和使SOH预见性维护。
集成的BMS需要模拟接口,包括电池电流,温度,和个人电池电压监测与适当的ADC(模数转换器)的分辨率和准确性,可以监控20细胞广泛的适用性。以确保安全性和效率,设备应该有电流和故障传感触发快速硬件关闭以防止延迟电池或BMS和压力。当前界面感觉可能可编程增益跨越广泛的电池电流的精确测量,使用低价值感应电阻器的毫欧姆范围最小耗散和紧凑的尺寸。
百时美施贵宝通常使用外部功率MOSFET背对背配置来控制充电电流和放电电流中断过载或短路条件下在必要的时候。将场效应管从积极的铁路,或“高端”,比系统通信及其他系统的考虑。这意味着,如果使用了常见的n沟道类型,门口on-drive电压必须高于供应从充电器或电池。然而,这可以在一个集成的BMS生成电荷泵电路。同样,BMS IC包括巴克和线性稳压器内部和外部的辅助动力rails。
一个例子可能是低能蓝牙3.3 V®模块,管理系统必须包括所有这些特性,但仍有低功耗。即使在末端设备和存储,BMS需要hibernate模式基本水平的电池电压监测。在这种状态下,当前应不超过几个微安,避免电池过度放电。
最简单的路线BMS的解决方案
所有的理想的锂电池管理系统的功能描述可用单片机,集成解决方案从Qorvo在他们的权力范围应用程序控制器。两个设备最初库存之类PAC22140和PAC25140分别使用手臂M0和M4F核心。这些设备支持多达20个细胞相关的高压驱动和监控的评级。固件包含全面的充电/放电控制和监控,以及算法库仑50-mA细胞计数和平衡能力。满Qorvo支持软件和硬件开发工具包,windows的GUI配置和监控,全部文档。
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