8.3. Контроль емкости никель-кадмиевых, никель-металлгидридных и литий-ионных аккумуляторов

Очень полезным дополнением для любого зарядного устрой­ства является схема контроля емкости батареи. Эту функцию прекрасно выполняет специально разработанная для этих целей

⁴ AWG — American Wire Gauge — американский стандарт классификации об­моточных проводов.

микросхема bq2014. Она позволяет контролировать емкость как никель-кадмиевых и никель-металлгидридных, та и литий-ион­ных аккумуляторных батарей. Микросхема выпускается в 16-вы-водном корпусе для поверхностного монтажа SOIC Narrow. Пе­речислим все ее возможности:

• консервативное и периодическое измерение доступной ем­ кости аккумуляторной батареи;

• выход управления зарядом позволяет дополнительно управлять контроллером зарядного устройства, например, bq2004;

• отображение емкости батареи посредством передачи дан­ ных через 1-проводной последовательный порт или непо­ средственно с помощью 5-сегментного светодиодного ин­ дикатора;

• компенсация тока заряда в зависимости от температуры окружающей среды;

• компенсация саморазряда батареи с использованием встроенного датчика температуры;

• программируемый пользователь порог прекращения заряд­ ного цикла; ;

• возможность передачи данных о напряжении батареи, ее степени заряда, температуре и т. д., через 1-проводной по­ следовательный порт;

• очень малое потребление в режиме ожидания — около 120 мкА.

Микросхема bq2014 может работать непосредственно с бата­реей из 3-4 элементов, а с дополнительным управляющим тран­зистором, подключенным к ее выводу REF — и с большим ко­личеством элементов. Ее выводы SEG1—SEG5 являются одно­временно входами для программирования различных установок: порога отключения батареи по окончании заряда, количества от­счетов, управления компенсацией саморазряда. При программи­ровании те же выводы называются по-другому — PROG1-PROG5.

На рис. 8.7 показана схема типового зарядного устройства с устройством контроля емкости аккумуляторной батареи. Микро­схема bq2014 сконфигурирована так, чтобы отображать относи­тельную емкость батареи. При этом величина последней изме­ренной емкости принимается за состояние полностью заряжен­ной батареи. Показания светодиодного индикатора отображают

154

Схемотехника зарядных устройств

Схемотехника зарядных устройств

155

Рис. 8.7. Типовая схема зарядного устройства с устройством контроля емкости

аккумуляторной батареи

в процентах степень ее на основании измерения доступной ем­кости и степени ее разряда. В схеме использован дисплей кно­почного типа, при нажатии на который моментально отобража­ется степень заряда батареи.

Микросхема bq2014 обеспечивает мониторинг токов заряда и разряда, измеряя падение напряжения на токочувствительном резисторе R16. При этом в измерительной цепи обязательно ис­пользование фильтра R1C1. Одновременно с мониторингом то­ков, микросхема обеспечивает контроль потенциала на элементе батареи через вывод SB. Величина потенциала определяется со­отношением сопротивлений резисторов делителя R2R3:

Его контроль необходим для формирования сигналов конца разряда (два значения: первое — сигнал предупреждения при на­пряжении на элементе 1,05 В, второе — полный разряд батареи при напряжении 0,95 В), максимального напряжения на элемен­те батареи и ее отсутствия в зарядном устройстве.

bq2014 обеспечивает контроль температуры окружающей среды и в зависимости от этого корректирует токи заряда и раз­ряда. Такая коррекция происходит пошагово при изменении температуры на каждые 10 °С в пределах от -35 до +85 °С. Коэф­фициент коррекции определяется температурой среды по фор­муле:

где N — количество ступеней по 10 °С ниже температуры 10 °С. Например, при температуре 0...10 °С К= 0, при -10...0 °С К= 1,10 и т. д.

При температуре 10...40 °С для быстрого заряда К= 0,95, для компенсирующего заряда К= 0,80. При температуре выше 40 °С для быстрого заряда К= 0,90, для компенсирующего заряда K=0,75.

По окончании заряда на выходе DONE формируется сигнал лог. 1, обеспечивающий переход в режим компенсационного за­ряда. При этом ток заряда для никель-кадмиевой батареи вы­ставляется равным С/64, а для никель-металлгидридной — С/47.

Рассмотренная выше схема зарядного устройства на микро­схеме bq2004 может быть легко дополнена устройством контроля емкости. На рис. 8.8 представлена принципиальная схема устройства контроля емкости никель-металлгидридных батарей, а на рис. 8.9 — литий-ионных. Основное отличие между этими схемами состоит в том, что в схеме устройства контроля емкости

156

Схемотехника зарядных устройств

Схемотехника зарядных устройств

157

Рис. 8.8. Принципиальная схема устройства контроля емкости никель-метал-

лгидридных батарей

Рис. 8.9. Принципиальная схема устройства контроля емкости литий-ионных батарей

литий-ионных батарей на выводе PROG5 (это вывод SEG5 в ре­жиме программирования — выв. 6) постоянно присутствует уро­вень лог. 1. Это сделано для того, чтобы отключить режим ком­пенсационного заряда. Благодаря низкому саморазряду ли­тий-ионные аккумуляторные батареи в нем не нуждаются.