LiFePO4 CV-free วิธีการชาร์จเร็วของ TI ช่วยลดอายุการใช้งานของเซลล์หรือไม่


11

TI อ้างว่าคุณสามารถชาร์จ LiFePO4 เซลล์ด้วย CC (กระแสคงที่) ชาร์จตามปกติ แต่ให้แรงดันสูงกว่าปกติ (เช่น 3.7V แทน 3.6V ปกติสำหรับ LiFePO4) จากนั้นเปลี่ยนขั้นตอนเป็นแรงดันลอยต่ำโดยไม่มี CV กลาง โหมด.

bq25070 ของพวกเขา IC ดำเนินการวิธีการนี้ที่อธิบายไว้ในแผ่นข้อมูล bq25070

นี้ไปกับทุกคำแนะนำอื่น ๆ รายละเอียดและวงจรชาร์จ IC ที่ฉันได้เห็น

การทำสิ่งนี้กับ Vcv <= 3.6V นั้นดีพอ - มีหรือไม่มีสเตจ CV มันเป็นแรงดันไฟฟ้าพิเศษและไม่มีโหมด CV ที่รุนแรง ความหมายหรือคำแถลงจากแหล่งอื่น ๆ ทั้งหมดนั้นเกิน Vmax ปกติที่ 3.6V สำหรับ LiFePO4 โดยแม้แต่จำนวนเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดความเสียหายหรือถึงแก่ชีวิตได้

TI หมดสติไปแล้วอย่างบ้าคลั่งหรือนี่เป็นวิธีใหม่ที่ยอดเยี่ยมในการชาร์จเซลล์ Lithium Ferro Phosphate?


4
อืมมม ฉันไม่ทราบว่า TI IC นั้นและฉันไม่เคยได้ยินวิธีการชาร์จนั้นมาก่อน ฉันทำงานกับคอนโทรลเลอร์สำรองแบตเตอรี่สำหรับ บริษัท ขนาดใหญ่ที่คุณเคยได้ยินมาและพวกเขาก็ติดต่อกับวิศวกรแบตเตอรี่ของ A123 อย่างต่อเนื่อง ขีด จำกัด ของแรงดันไฟฟ้าบนนั้นไม่ยากและเร็วมันเป็นการแลกเปลี่ยนกับอายุที่ยืน พวกเขามีกราฟสำหรับสิ่งนี้ อย่างไรก็ตามพวกเขา (A123) แนะนำโดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าสูงสุดหรือรูปแบบปัจจุบันแล้วแต่จำนวนใดจะต่ำกว่า นี่คือหลังจากออกจากพื้นที่แรงดันต่ำจริงๆ เรามีความยืดหยุ่นบางอย่างเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเพื่อแลกกับอายุยืน
Olin Lathrop

คำตอบ:


7

จนถึงตอนนี้คำตอบของฉันคือฉันไม่รู้ แต่โดยปกติแล้ว TI มักจะเป็นคนที่แข็งมากซึ่งไม่น่าจะทำไอซีที่เดินบนด้านมืด - เพราะนี่เป็นเรื่องสำคัญสำหรับฉันและฉันมีแอปพลิเคชั่นอยู่ ความเกี่ยวข้องที่อาจเกิดขึ้นในทันทีนี้จำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม

ต่อไปนี้คือการเริ่มต้นการเดินทางของฉัน - คำอธิบายปัญหาและการตรวจสอบพารามิเตอร์มากกว่าคำตอบที่เหมาะสม ฉันจะโพสต์ทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของคำถาม แต่ตัดสินใจว่ามันเป็นคำตอบที่ดีกว่า

ฉันรู้ว่าฉันจะได้รับแรงดันไฟฟ้า LiFePO4 และ LiIon บ้างเล็กน้อยเมื่อรวมกันในการเดินทางของฉัน ฉันจะกลับมาเป็นระเบียบเรียบร้อย แต่ฉันหวังว่ามันจะชัดเจนพอที่จะให้ใครก็ตามที่มีแนวโน้มจะสนใจ


สรุป: TI อ้างว่าคุณสามารถชาร์จเซลล์ LiFePO4 โดยการชาร์จ CC ให้แรงดันสูงกว่าปกติ (เช่น 3.7V แทน 3.6V สำหรับ LiFePO4 ปกติ) จากนั้นขั้นตอนจะเปลี่ยนเป็นแรงดันไฟฟ้าลอยที่ต่ำกว่าด้วยโหมด CV ระดับกลาง NO มัน SEEMS ตรรกะว่าสิ่งนี้อาจนำไปใช้กับ LiIon ได้เช่นกัน แต่ TI ไม่เสนอไอซีสำหรับ LiIon ที่ทำงานด้วยวิธีนี้

นี้ไปกับทุกคำแนะนำอื่น ๆ รายละเอียดและวงจรชาร์จ IC ที่ฉันได้เห็น

การทำสิ่งนี้กับ Vcv <= 3.6V นั้นดีพอ - มีหรือไม่มีสเตจ CV มันเป็นแรงดันไฟฟ้าพิเศษและไม่มีโหมด CV ที่รุนแรง ความหมายหรือคำแถลงจากแหล่งอื่น ๆ ทั้งหมดนั้นเกิน Vmax ปกติที่ 4.2V สำหรับ LiIon หรือ 3.6V สำหรับ LiFePO4 โดยแม้แต่จำนวนเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดความเสียหายหรือถึงแก่ชีวิตได้

TI มีเครื่องชาร์จ IC จำนวนหนึ่งสำหรับ LiIon ที่มีสเปคพินและการใช้งานเป้าหมายที่คล้ายกัน มีเพียงไม่กี่ที่เหมาะสำหรับ LiFePO4
ไม่มีที่ชาร์จเฉพาะของ LiIon / LiPo ใช้วิธีนี้
พวกเขาอาจจะขึ้นอยู่กับ Olivine matrix ใน LiFePO4 ที่ให้ความทนทาน (และลดความหนาแน่นของพลังงานลง) เพื่อให้การป้องกันที่มากพอต่อวิธีการนี้

วิธีการชาร์จลิเธียมเคมีแบบปกติคือการชาร์จที่ CC (กระแสคงที่) จนกระทั่งถึง Vmax แล้วจึงจับเซลล์ไว้ที่ Vmax ในขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลลงในที่ไม่ใช่
ใกล้กับแฟชั่นภายใต้การควบคุมเซลล์เคมีจนกระทั่งเป้าหมาย% อายุของ Imax ถึง.

วิธีการอ้างสิทธิ์ TI (ใช้ข้อมูลจำเพาะ LiIon ที่แก้ไขเพิ่มเติมเมื่อจำเป็น)

  • คิดค่าบริการ 100% ใน 1 ชั่วโมง
  • เทียบกับ 85% ที่ 3.6 V
  • ได้รับ 15% ของความจุแบตเตอรี่ทั้งหมด
  • หรือกำลังการผลิตเพิ่มเติมประมาณ 18% เทียบกับ 3.6V (100/85% = ~ 1.18)

สร้างความเสียหาย?

  • ผลิตได้ 100% ในหนึ่งชั่วโมงหรือไม่?
  • แบตเตอรี่เสียหายหรือไม่

ดู "คำเตือนเรื่องแบตเตอรี่มหาวิทยาลัย" ในตอนท้าย


"การอ้างสิทธิ์" ของ TI อยู่ในรูปแบบ "ยากที่สุด" ที่เป็นไปได้ - ไม่เพียง แต่บนกระดาษ แต่อยู่ในซิลิคอนของ IC ควบคุมแบตเตอรี่ แผ่นข้อมูล BQ 25070 ที่นี่: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25070.pdf

กล่าวในเอกสารข้อมูลลงวันที่กรกฎาคม 2011:

  • อัลกอริทึมการชาร์จ LiFePO4 จะลบการควบคุมโหมดแรงดันไฟฟ้าคงที่ตามปกติในวงจรการชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion

  • แต่แบตเตอรี่จะถูกชาร์จอย่างรวดเร็วไปยังแรงดันไฟฟ้าเกินจากนั้นจึงอนุญาตให้ผ่อนคลายไปที่ระดับแรงดันไฟฟ้าประจุที่ต่ำกว่า

การถอดการควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่ช่วยลดเวลาในการชาร์จอย่างมาก

ในช่วงการชาร์จวงจรการควบคุมภายในจะตรวจสอบอุณหภูมิทางแยกของ IC และลดการชาร์จปัจจุบันหากเกินขีด จำกัด อุณหภูมิภายใน

เวทีพลังงานของเครื่องชาร์จและฟังก์ชั่นการตรวจจับกระแสไฟฟ้าถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์ ฟังก์ชั่นเครื่องชาร์จมีความแม่นยำสูงในปัจจุบันและควบคุมแรงดันลูปและแสดงสถานะการชาร์จ


พวกเขาบ้าเหรอ?

ตารางนี้อ้างอิงจากตารางที่ 2 จากมหาวิทยาลัยแบตเตอรี่ที่http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteries

นี่สำหรับ LiIon ไม่ใช่ LiFePO4 แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นด้วย Vmax ปกติ = 4.2V เมื่อเทียบกับ 3.6V สำหรับ LiFePO4 เป็นความหวังและความคาดหวังของฉันว่าหลักการทั่วไปคล้ายกันมากพอที่จะทำให้มีประโยชน์ ลดขนาดลงเป็นแรงดันไฟฟ้า LiFePO4 ในไม่ช้า

คอลัมน์ส่วนหัว BU อยู่ในรูปแบบดั้งเดิม ฉันเพิ่มคอลัมน์หัว RMc แล้ว ฉันเพิ่มแถวสำหรับ 4.3, 4.4, 4.5 V แล้ว

ตารางของพวกเขาบอกว่า

  • ถ้าคุณคิดค่าใช้จ่ายที่คงที่ในปัจจุบันจนถึงแรงดันไฟฟ้า Vcv ถึง

  • จากนั้นถึง% ของความจุเต็มในคอลัมน์ 2 (% cap เมื่อสิ้นสุด CC)

  • จากนั้นถ้าคุณถือแรงดันไฟฟ้าที่ Vcv จนกว่า Ibat จะตกประมาณ 5% ถ้า Icc (ปกติ 5% ถ้า C / 1 = C / 20)

  • จากนั้นจะถึงกำลังการผลิตในคอลัมน์ 4 (หมวกเต็ม sat)

  • พวกเขากล่าวว่าเวลาในการชาร์จเป็นนาทีทั้งหมดอยู่ในคอลัมน์ 3

ส่วนเพิ่มเติมของฉันไม่ได้ลึกซึ้งเกินไปและทำให้สมมติฐานบางอย่างที่อาจไม่ถูกต้อง

5 นาที CC: ฉันคิดว่าในความจุโหมด CC เริ่มต้นจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามเวลา นี่อาจจะใกล้เคียงกับความจริงสำหรับกำลังการผลิตในปัจจุบันและในระยะแรก Vcg ค่อนข้างคงที่ก็อาจเป็นสมมติฐานที่เพียงพอสำหรับความจุพลังงานเช่นกัน

6 เวลาใน CV = 3 - 5

  1. อัตราเฉลี่ยใน CV = (100 - col.2) / ((col.3 - col.5) / 60) นี่เป็นเพียงเพื่อให้ฉันรู้สึกถึงความรวดเร็วในการปรับสมดุลโหมดโพสต์ CC หากไม่มีโหมด CV CC หลังโพสต์จะต้องมีค่าเป็นศูนย์และที่จริงแล้วลดลงเหลือ &% ของอัตรา CC ตามเวลา Vcv = 4.2V

ในขณะที่ TI ใช้ 3.7V สำหรับ Vovchg (เมื่อเทียบกับ 3.6V ปกติ) สำหรับมายากลของพวกเขาการคาดการณ์ของตารางดูเหมือนจะแนะนำว่าประมาณ 4.5V จะต้องมีการเรียก LiIon และอาจประมาณ 3.8V สำหรับเซลล์ LiFePO4 ..

อย่างไรก็ตามอาจเป็นสิ่งสำคัญที่เริ่มเกิดขึ้นเหนือ 3.6V / 4.2V และที่เพิ่ม 0.1V เป็นสิ่งที่ใช้ในการขึ้นอัตรา (100 -85) / 55 = 28% เมื่อเทียบกับอัตรา CC ซึ่งสิ้นสุดที่ 4.2V

เพื่อให้เป็นจริงแล้วการชาร์จ 15% ต้องเกิดขึ้น s Vbat เพิ่มขึ้น 0.1V สิ่งนี้เกิดขึ้นในเวลาประมาณ 9 นาที (รายการแถว 60 - col5.4.2V) ดังนั้นอัตราการชาร์จเดลต้าคือ 15% / (9/60) ชม = 15 % / 15% = 100% = C / 1 อัตรา - ซึ่งมันจะต้องเป็น [ความบังเอิญ "นี้เกิดขึ้นเพราะ 15% ของกำลังการผลิตยังคงที่จะได้รับเมื่อเหลือ 15% ของหนึ่งชั่วโมง]

ฉันได้เพิ่มวิธีการคิดค่าความผิดพลาดของ TI ลงในตารางในแถว 4.3V

ตารางที่ดีกว่าที่จะติดตาม:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คำเตือนและความคิดเห็นของมหาวิทยาลัยแบตเตอรี่จากหน้าอ้างอิงด้านบน:

นี่เป็นเรื่องปกติ - คุณ "แค่" สูญเสียความสามารถของแผ่นหน้า 15% ของความจุน้อยกว่าประมาณ 18% ที่คุณมี

เครื่องชาร์จสำหรับผู้ใช้ที่มีต้นทุนต่ำบางรายอาจใช้วิธี "การชาร์จและเรียกใช้" ที่เรียบง่ายซึ่งจะทำการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนภายในหนึ่งชั่วโมงหรือน้อยกว่าโดยไม่ต้องไปสู่การอิ่มตัวของระดับ 2 “ พร้อม” ปรากฏขึ้นเมื่อแบตเตอรี่ถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ระดับ 1 เนื่องจากสถานะการชาร์จ (SoC) ณ จุดนี้อยู่ที่ประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นผู้ใช้อาจบ่นว่ารันไทม์ระยะสั้นโดยไม่รู้ว่าเครื่องชาร์จนั้นผิด . แบตเตอรี่รับประกันจำนวนมากถูกแทนที่ด้วยเหตุผลนี้และปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องธรรมดาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมโทรศัพท์มือถือ

นี่คือความกังวลมากขึ้น

Li-ion ไม่สามารถดูดซับประจุมากเกินไปและเมื่อประจุเต็มประจุจะต้องถูกตัดออก

การชาร์จแบบต่อเนื่องจะทำให้เกิดการชุบลิเธียมเมทัลลิกและอาจทำให้เกิดความปลอดภัย

เพื่อลดความเครียดให้เก็บแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไว้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์ 4.20V / เซลล์เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้

TI bq25070 ลอยแบตเตอรี่ที่ 3.5V ซึ่งต่ำกว่าช่วง "ปลอดภัย" - นั่นคือปลอดภัยมากเมื่อเทียบกับการสูญเสียความสามารถเล็กน้อยตามเวลา

เมื่อการชาร์จสิ้นสุดลงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะเริ่มลดลงและทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง เมื่อเวลาผ่านไปแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจะอยู่ระหว่าง 3.60 และ 3.90V / เซลล์ โปรดทราบว่าแบตเตอรี่ Li-ion ที่ได้รับประจุอิ่มตัวเต็มจะทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแบตเตอรี่ที่ชาร์จอย่างรวดเร็วและสิ้นสุดลงที่ระดับแรงดันโดยไม่มีประจุอิ่มตัว


ที่เกี่ยวข้อง:

แผ่นข้อมูล bq25070

   http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25070.pdf

& http://www.ti.com/lit/ds/slusa66/slusa66.pdf

bq20z80-V101 "มาตรวัดก๊าซ"

  http://cs.utsource.net/goods_files/pdf/12/121917_TI_BQ20Z80DBTR.pdf

bq25060 LiIon ที่ชาร์จ IC

  http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq25060.pdf

3
ฉันคิดว่าจะได้คำตอบที่ตรงคุณต้องถามเฉพาะ บริษัท แบตเตอรี่ของ FAE จากนั้นอย่าใช้คำตอบเริ่มต้นของเขาว่ามีความหมายอะไรและยืนยันในการสนทนาที่เหมาะสมกับวิศวกรที่โรงงาน มีรายละเอียดเพิ่มเติมมากมายที่ บริษัท แบตเตอรี่มีมากกว่าที่กลั่นลงในเอกสารข้อมูลทางเทคนิค ฉันรู้ว่าเพราะฉันเห็นบางอย่างจาก บริษัท แบตเตอรี่ LiFePo4 แห่งหนึ่ง หากคุณเป็นลูกค้าขนาดใหญ่คุณจะได้รับข้อมูลที่น่าสนใจทุกชนิด ฉันคาดว่า TI จะติดต่อกับวิศวกรแบตเตอรี่อย่างใกล้ชิดเมื่อออกแบบชิปนี้ อาจใช้ไม่ได้กับแบตเตอรี่ทุกยี่ห้อ
Olin Lathrop

1
ฉันคิดว่าสมมติฐานของคุณที่ว่าเคมีลิเธียมโพลิเมอร์และลิเธียมเฟอร์รัสฟอสเฟต วิธีเดียวที่จะทราบได้อย่างแน่นอนคือถามวิศวกรแบตเตอรี่ บางทีคุณอาจทำการทดลองด้วยตัวเองก็ได้ รับ LiFePO4 ไม่กี่แท่งและใช้อัลกอริทึมการคิดค่าใช้จ่ายเหล่านี้กับวงรอบจำนวนหนึ่งแล้วดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น (ในห้องปฏิบัติการที่ปลอดภัยไม่มีสิ่งใดติดไฟได้ในบริเวณใกล้เคียง :-)
Jon Watte

2

ฉันค้นพบ "จุดข้อมูล" ที่เกี่ยวข้องจำนวนหนึ่ง ไม่มีใครแสดงด้วยความมั่นใจว่านี่เป็นวิธีการคิดค่าใช้จ่ายที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากลกับ LiFePO4 แต่สิ่งบ่งชี้ก็คือมันอาจเป็นได้ด้วย "คำเตือน" บางอย่าง ระดับของการยอมรับจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างเช่นระดับแรงดันไฟฟ้าเกิน, สถานะการชาร์จ, อัตราการชาร์จ, เวลาที่เกินแรงดัน, การสร้างแบตเตอรี่เฉพาะและอื่น ๆ ฉันจะเพิ่มสิ่งต่อไปนี้เมื่อฉันเรียนรู้เพิ่มเติม


(1) A123 เป็นหนึ่งในผู้ผลิตแบตเตอรี่ LiFePO4 ชั้นนำ ความทุกข์ยากทางการเงินครั้งใหญ่ครั้งล่าสุดของพวกเขาไม่ได้เกิดจากความเข้าใจผิดด้านเทคโนโลยี แต่เกิดจากปัญหาทางวิศวกรรมซึ่งทำให้ผลิตภัณฑ์มีราคาแพง สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นเป็นอันดับต้น ๆ ของ Sony ในการผลิตแบตเตอรี่ LiIon แต่ Sony มี 'กระเป๋าเงินที่ลึกกว่า'

ต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ A123 โดยเฉพาะและอาจเป็นเพียงชุดย่อยของผลิตภัณฑ์เหล่านั้น การขยายวิธีนี้ไปยังแบรนด์อื่น ๆ นั้นเป็นความเสี่ยงของผู้ใช้:

แผนก Enerland ของ A123 ผลิตเอกสารแจกหัวข้อ "การทำงานที่เหมาะสมของชุดพัฒนา A123 Racing NanoPhosphate" เกี่ยวข้องกับเซลล์ A123 26660 (26 มม. dia x 66.5 มม.) เซลล์ LiFePO4 2300 mAh

พวกเขาใช้การชาร์จ CC CV สำหรับ "การชาร์จปกติ" และค่าการชนฟรี CV สำหรับการชาร์จที่รวดเร็ว
การชาร์จปกติคือ 3A (ประมาณ 1.333C) ถึง 3.6V ค้างไว้ที่ 3.6V จนกระทั่ง I_bat ลดลงเหลือ 0.05 IChg แล้วลอยที่ระดับ 3.45V

อย่างไรก็ตามวิธีการชาร์จอย่างรวดเร็วของพวกเขาคือ:

ชาร์จที่ Imax จนกว่าจะถึง Vmax
กดค้างที่ Vmax จนกว่าจะถึง T_fast_charge
ความจุคือ 90> = 96% SOC
AND - drum roll - Vmax = 4.2V - ว้าว

พวกเขาบอกว่าเวลาชาร์จเร็วคือ 15 นาที!
โปรดทราบว่านี่เป็นเพียงความสำเร็จที่ Imax ซึ่งสูงกว่า Ichg ปกติอย่างมาก
ดังนั้นในการดำเนินการนี้สำหรับเซลล์ที่กำหนดคุณจำเป็นต้องกำหนดค่ากระแสที่สูงกว่าปกติแรงดันประจุสูงสุดที่สูงกว่าปกติและการ จำกัด เวลาเพื่อเก็บเซลล์ไว้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดสำหรับ

ข้างต้นไม่เหมือนกับสิ่งที่ TI IC กำลังทำอยู่ - commonality หลักนั้นสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าปลายทางปกติ สำหรับ bq25070 IC ปัจจุบันเป็นกระแสชาร์จมาตรฐาน Vmax ถูกยกขึ้นและเวลาค้างที่ Vmax เป็นศูนย์

ฉันยังไม่พบข้อบ่งชี้ใด ๆ เกี่ยวกับผลกระทบต่ออายุการใช้งานของวิธีการชาร์จเร็วนี้

(2) ติดตาม ...


โบนัส Goldmine:

ดาวน์โหลด A123 - เพิ่งค้นพบ
ยังไม่ได้สำรวจ
ดูมีแนวโน้มที่จะมีประโยชน์มาก

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.