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技術方案

新興電源應用的電池管理解決方案

來源:深圳德意志工業有限公司 作者:深圳德意志工業 時間:2017-07-05 13:36

1.電池管理系統概述

在便攜式應用中,空間是極其重要的。TI提供的高級解決方案采用QFN和晶圓級芯片規模封裝并具有很高的集成度,旨在縮減解決方案的外形尺寸。除了減少板級空間占用之外,許多此類解決方案還降低了功率耗散并提高了總體效率。TI的電池管理解決方案可支持多種電池化學組成和電池單元數量,從普遍使用的鋰離子電池(Li-Ion)技術到業界標準的鎳氫電池(NiMH)和鉛酸電池等。TI的相關產品支持廣泛的應用,例如:移動電話、智能手機、平板電腦、便攜式消費設備、便攜式導航裝置、筆記本電腦以及諸多工業和醫療應用等。TI擁有與您的設計規范相匹配的電池管理器件,另外,我們還提供了可幫助您的設計更快面市所需的評估板、應用手冊、樣片和數據表。

2.設計因素

電池化學組成-每種電池化學組成具有不同的工作特性,例如:放電模式和自放電速率。TI的電池電量監測IC是按照電池化學組成開發的,以補償這些差異,從而準確地顯示電池中的剩余電能。而且,每種電池化學組成對其充電算法都具有獨特的要求,這對最大限度地擴充其容量、延長電池使用壽命以及提高安全性至關重要。

充電控制-簡單的線性非常適合于充電電流小于1A的低功率電池組(例如:單節或兩節鋰離子電池)應用。開關模式則理想適用于依靠USB端口執行的快速充電或者那些要求充電速率大于1A的大型電池組。開關模式轉換可將充電過程中產生的熱量減至最少。無線電源拓撲結構采用共有磁場,以提供非接觸式功率傳送的優勢。無線充電為便攜式設備提供了一種額外的電池充電選項,也可作為其他5V充電電源的替代方案。

輸入電壓-IC寬闊的輸入電壓范圍和輸入過壓保護不僅能實現最高的安全性,同時還能允許使用低成本的未穩壓墻式適配器。

串接電池的數量-電池組由一串串聯和并聯的電池所構成。對于每個串聯電池或并聯電池組都必需提供針對過度充電、過度放電和短路狀況的保護作用。



電池管理


3.電池管理解決方案

1)應用之充電

光伏技術業已取得重大進步,目前能夠從太陽實現更具成本效益和高效率的能量收集。如今的大多數收集均使用高功率設施,這些設施負責向家庭或商業樓宇提供補充的交流(AC)功率,且通常與公用電網相連。然而,現實中的許多設備和裝置仍未與電網相連接,或者電網本身可靠性欠佳,再或者與交流電源的連接完全不切實際。在這些應用中,利用太陽來給那些負責為離網應用供電的電池實施充電是一種更為實用的解決方案。對于此類應用而言往往需要在成本與光伏效率之間進行權衡。既要最大限度地增加可從板獲取的功率,同時也必需兼顧總體系統的成本和尺寸。

下面的示意圖給出了兩個低成本太陽能充電器應用的實例,其中,電池充電器與簡單的電路實現了集成(以最大限度地提高太陽能板的功率點),并且與用于負載調節的電路進行了集成。通過增設諸如LED驅動器等器件,即可開發簡單的太陽能街燈或太陽能燈籠。由一個USB開關和一個升壓型轉換器構成的實現方案能夠形成一種適合便攜式設備的簡單的太陽能充電器。其他應用可實現用于太陽能供電風扇或泵類的電機驅動器。這些只是TI新型太陽能充電器IC系列所能實現的諸多應用選項當中的一小部分而已。



太陽能充電應用框圖

 

2)應用之混合動力汽車(HEV)電池管理

電池管理電池管理系統(BMS)是HEV整體架構中的要素之一。智能型實現方案不僅能夠延長電池的使用壽命,而且還有望延長汽車采用純電力驅動模式時的行駛距離,對于最終用戶來說這是一個關鍵的賣點。BMS模塊需要具有電池監控和電池電量平衡特性,常常通過不同的通信路徑進行連接以確保系統冗余度。另外,內置的溫度管理功能電路對于系統的壽命及安全性來說也是一個至關重要的因素。完整的BMS代表了一種安全關鍵程度很高的功能;因此,可靠的通信和準確的數據測量是不可或缺的。



混合動力汽車電池管理


3)應用能量收集

由于人們正在開發各種新型的可替代(離網)能源,因而需要用于收集、存儲和調節此類電能的電源管理技術。來自諸如光伏板、動力(振動)MEMS和熱電元件(利用了帕爾貼[Peltier]、湯姆遜[Thompson]或塞貝克[Seebeck]效應)等能量源的能量提出了一項挑戰,就是如何將超低的“毫微”級功率轉換至更加可用的水平、并將此能量存儲起來以供日后之用。TI持續不斷地開發旨在應對這些能量收集難題的新型電源管理IC,包括超低功耗器件,如LDO和高效升壓型轉換器及電池充電器。這些電源管理器件進一步完善了TI的低功耗MCU及射頻(RF)、放大器和傳感器IC產品線——從而為利用新型超低功率可替代能源供電的系統提供了一種整體解決方案。



能量收集應用框圖


4)無線電源

作為最早推出符合Qi標準之器件的廠商,TI是新型無線電源市場的領導者。無線電源聯盟(WirelessPowerConsortium)目前的會員超過81個,TI便是其中之一。該聯盟正在制定使用Qi標準來實現可互操作型無線充電的國際標準。

bqTESLA芯片組使得客戶能夠為其電子設備提供高達5W的功率,因而符合Qi標準。目前,組成bqTESLA芯片組的發送器和接收器解決方案已經達到了規模生產的要求。bqTESLA接收器系列包括bq51013和bq51011,可輸出5V電壓并利用嵌入式通信技術提供閉環控制。軟件已被寫入器件,故而無需進行軟件編程。bqTESLA發送器系列包含bq500210和bq500211,可操作和控制符合Qi標準的無線電源功能。






 

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