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鋰電池管理及其性能的主要挑戰(zhàn)

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:Maxim ? 作者:Christine Young ? 2022-05-26 14:15 ? 次閱讀
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到了 30% 的時(shí)候,你會(huì)開始抽搐嗎?15%?或者你是否盡可能多地使用智能手機(jī),等到它的電池壽命只有 5% 時(shí)才爭先恐后地找地方插電?就像電動(dòng)汽車司機(jī)經(jīng)歷的里程焦慮一樣,低電量焦慮是移動(dòng)設(shè)備用戶的一種合理感受。這種痛苦實(shí)際上有一個(gè)名字:nomophobia,害怕與智能手機(jī)分開,可能是因?yàn)?a target="_blank">信號(hào)問題或電池電量不足。

因此,我們的電子設(shè)備的大部分護(hù)理和供電都圍繞電池管理進(jìn)行。每次為設(shè)備充電時(shí),您都希望在再次插入之前盡可能多地使用它。而且,根據(jù)您的設(shè)備,您甚至可以調(diào)整充電活動(dòng),以確保所述電量不會(huì)超過或低于電池的限制,因此您不會(huì)過度充電小工具(并導(dǎo)致它過熱,或者更糟糕的是,趕上火?。┗?qū)⑵渲糜谄浞烹婇撝狄韵拢ㄟ@可能會(huì)永久降低容量)。

對于設(shè)計(jì)便攜式電子產(chǎn)品的工程師來說,電池管理包含更深層次的挑戰(zhàn)。設(shè)備越來越小,這會(huì)影響電池容量。然而,消費(fèi)者仍然需要更長的電池壽命。內(nèi)部的鋰電池通常需要復(fù)雜的電池管理技術(shù),而這些技術(shù)直到最近才完全可用。讓我們仔細(xì)看看鋰電池以及管理其性能所涉及的主要挑戰(zhàn)。

多種口味的鋰電池

1970 年代初,第一批商用鋰電池上市。這些是不可充電的,幾十年后出現(xiàn)了可充電的同類產(chǎn)品,索尼在 1991 年推出了第一款商用鋰離子 (Li-ion) 電池。1鋰離子電池的優(yōu)勢包括高能量密度、低自放電率和可忽略的記憶效應(yīng)。還有各種化學(xué)類型,每一種都適用于特定應(yīng)用。這是一個(gè)概述:

鈷酸鋰 (LCO) 提供高能量密度,適用于手機(jī)、筆記本電腦數(shù)碼相機(jī)等移動(dòng)設(shè)備。

錳酸鋰 (LMO) 具有低電池內(nèi)阻,支持快速充電和大電流放電,常用于電動(dòng)工具、醫(yī)療器械以及混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車。

鋰鎳錳鈷氧化物 (NMC) 提供高容量和高功率,是電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車和其他電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的理想選擇。

磷酸鐵鋰 (LiFePO 4 ) 具有高額定電流、長生命周期和良好的熱穩(wěn)定性,通常用于替代鉛酸啟動(dòng)電池或用于儲(chǔ)能。

鋰鎳鈷鋁氧化物 (LiNiCoAIO 2 ) 具有高比能量、良好的比功率和長壽命,用于電動(dòng)汽車動(dòng)力總成。

鈦酸鋰 (Li 4 Ti 5 O 12 ) 提供快速充電和高放電電流,被認(rèn)為非常安全。它通常用于電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)、不間斷電源 (UPS) 和太陽能路燈。2

延長便攜式設(shè)備的電池壽命

對于便攜式設(shè)備,擁有強(qiáng)大的電池管理系統(tǒng)是解決關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的重要因素,我將在此討論。

延長電池壽命

雖然持久的電池壽命是便攜式設(shè)備制造商的圣杯,但它也是最具挑戰(zhàn)性的問題之一。盡管有容量限制,但這些設(shè)備仍然支持更多功能——更復(fù)雜——每一代。拿智能手表。早期的迭代提供了電視接收(Seiko T001)、計(jì)算器以及用于日程安排和備忘錄的應(yīng)用程序(Seiko RC-20 Wrist Computer)等功能。電視手表可以使用 AA 電池運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)。今天的智能手表比以往任何時(shí)候都更時(shí)尚,可用作健康和健身監(jiān)視器、信使、音樂播放器等。市場上最好的電池每次充電可持續(xù)數(shù)天。為了充分利用鋰離子電池,電池管理 IC 的靜態(tài)電流等考慮因素起著不可或缺的作用。例如,

維護(hù)設(shè)備的可靠性和安全

性 更好的設(shè)備可靠性和安全性需要仔細(xì)管理功耗,為用戶提供準(zhǔn)確的電池 SOC 數(shù)據(jù)的能力,以及對電池單元的可靠保護(hù)。熱問題引發(fā)了一個(gè)有趣的難題。一家英國電池咨詢公司在其電池和能源技術(shù)網(wǎng)站上指出,“具有諷刺意味的是,隨著電池工程師努力將越來越多的能量塞入越來越小的體積中,應(yīng)用工程師再次將其取出的難度越來越大?!?3電池充電控制器技術(shù)可以通過提供電池鑒定以檢測各種條件(例如短路、開路或欠切斷)、感應(yīng)電池溫度以及為充電器的所有狀態(tài)提供超時(shí)來提供幫助。對于電池 SOC 數(shù)據(jù),電量計(jì) IC 可以預(yù)測電池可以為設(shè)備供電多長時(shí)間,直到需要充電。保護(hù)電池單元需要可靠的電池監(jiān)控器和保護(hù)器等 IC,它們提供高精度測量以實(shí)現(xiàn)精確的電壓確定,并監(jiān)控單個(gè)電池電壓,同時(shí)還分別防止過壓/欠壓情況。

縮小解決方案尺寸和成本

便攜式設(shè)備變得越來越緊湊,這意味著內(nèi)部的電池必須在不占用太多空間的情況下為一系列豐富的功能供電。這就是為什么紐扣電池外形在這些小工具中如此普遍的原因。因此,集成到電池管理 IC 中的功能越多,就越能更好地滿足空間限制需求以及材料清單 (BOM) 成本。

防止電池克隆和仿冒

電池組克隆不利于收入流和品牌聲譽(yù)。在最壞的情況下,假冒電池可能會(huì)造成人身傷害或財(cái)產(chǎn)損失。假冒版本通常缺少真品中設(shè)計(jì)的安全組件或保護(hù)裝置。身份驗(yàn)證可確保產(chǎn)品是正品并提供防偽保護(hù)。當(dāng)今的電量計(jì) IC 采用一種由加密 SHA-256 哈希算法保護(hù)的方法,提供了一種經(jīng)濟(jì)高效且相對簡單的電池保護(hù)方法。

USB-C 設(shè)計(jì)充電電路

越來越多的移動(dòng)設(shè)備正在設(shè)計(jì)帶有 USB-C 的小型多功能連接器,用于雙向數(shù)據(jù)傳輸和電力傳輸。然而,為 USB-C 開發(fā)充電電路是一項(xiàng)獨(dú)特的技能,尤其是與設(shè)計(jì)傳統(tǒng) USB 變體所涉及的工作相比。USB-C降壓充電器技術(shù)可以簡化工藝,無需單獨(dú)的端口控制器IC,減少主機(jī)軟件開發(fā),降低BOM成本。

電池管理 IC 可降低成本、節(jié)省空間、延長電池壽命

傳統(tǒng)上,許多工程師并沒有特別了解電池管理技術(shù)。電池管理系統(tǒng)的核心功能包括充電和電量計(jì)量,這對于任何移動(dòng)或物聯(lián)網(wǎng)IoT) 應(yīng)用程序也至關(guān)重要。然而,從電池驅(qū)動(dòng)高水平性能需要高質(zhì)量的電池模型來驅(qū)動(dòng)電量監(jiān)測算法。為特定電池提取正確的模型涉及復(fù)雜且昂貴的工作,通常只有少數(shù)大型制造商可以完成。幸運(yùn)的是,采用復(fù)雜算法設(shè)計(jì)的現(xiàn)代電量計(jì) IC 為獲得準(zhǔn)確的電池模型開辟了道路。例如,Maxim 提供帶有 ModelGauge ?的電量計(jì)m5 EZ 算法,無需電池表征即可提供高度準(zhǔn)確的電池 SOC 數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員可以使用評(píng)估套件軟件中的簡單配置向?qū)ё孕猩呻姵啬P?。這些電量計(jì) IC 是 Maxim 更大的電池管理產(chǎn)品組合的一部分,其中包括電池充電器、監(jiān)視器、保護(hù)器、選擇器以及識(shí)別和認(rèn)證解決方案。在我們的電池管理頁面上查看開發(fā)板、應(yīng)用說明、視頻等,為您的下一個(gè)電池供電便攜式設(shè)計(jì)搶先一步。

審核編輯:郭婷

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