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使用DS2770电池监视器和充电控制器为3节镍氢电池组充电的事项

来源:analog 发布时间:2023-08-14

摘要: DS2770电池监视器和充电控制器可以配置为1节锂离子电池组或3节镍氢电池组充电。本应用说明向读者介绍了使用DS2770为3节镍氢电池组充电的推荐电路图和其他注意事项。这些其他考虑因素包括设备配置和设置、充电源要求以及组件在电池组中的放置。此外,还给出了由DS2770控制的典型镍氢电池充电的典型温度、电压和电流曲线。

为了在电池充电时达到最大的效率,有必要实施专门针对电池化学的充电技术。例如,负得尔塔V或dT/ dT终止标准用于镍氢电池,而CC/CV或脉冲充电技术适用于可充电锂电池。

DS2770电池监视器和充电控制器可以配置为镍氢电池或锂离子电池充电。当使用DS2770给镍氢电池组充电时,本应用说明解决了几个需要考虑的关键问题。

镍氢电池充电基础

镍氢电池的标称电压为1.2V。因此,将三个镍氢电池堆叠在一起,可以得到标称电压为3.6V,最大电压为4.5V的电池组。

通常情况下,镍氢电池是用恒流充电,直到遇到终止条件。确定镍氢电池何时充满电的最常见方法是观察电压的下降或温度的上升。当电池充满电时,电压会轻微下降。与此同时,温度迅速上升,因为较少的电荷源能量用于实际给电池充电,而更多的能量转化为热量。

DS2770在充电时监测镍氢电池组的温度,并检查在一定时间内(dT/ dT)的温度变化,以确定何时终止充电。

硬件设置

图1包含3节镍氢电池组充电的推荐原理图。有关原理图中所示的所有元件的值,请参阅应用说明201。除了遵循这个原理图之外,在完成应用程序设计时还需要考虑其他一些事情。



图1所示 推荐的3节镍氢电池组原理图

该应用的充电源应该是一个恒流或限流电源,开路电压在5V和12V之间。充电源提供的电流必须足够大,以便在完全充电时充分加热电池组,否则,电池加热太慢,无法跳过dT/ dT一次充电终止限制。因此,电荷终止总是依赖于次要标准,如超过最高温度或最大充电时间。

为了确保充电将因dT/ dT初级终止限制而终止,DS2770应靠近具有良好热接触的电池单元。可能有必要在电池和DS2770之间包括导热腻子,以实现有效的传热。此外,将电池和DS2770包裹在一个外壳中,可以使电池在充电时产生的热量在损失到环境条件之前传递给DS2770。

设备的设置

在开始充电之前,DS2770必须配置为镍氢充电控制。通过状态寄存器的电荷类型(CTYPE)位(0位)可选择要充电的化学类型。将CTYPE位设置为1选择镍氢充电控制。

状态寄存器还包含收费起始(CINI)位(第1位),它决定如何开始收费。CINI位的值为0表示只有在向设备发送开始计费命令时才开始计费。如果CINI位的值为1,则通过发出Start charge命令或简单地附加充电源来启动一次充电。

此外,有必要在充电时间寄存器(CTR)初始化(内存位置0x34h)中设置最大充电时间。当开始充电时,CTR被初始化为存储在内存位置0x34h中的值。如果CTR初始化为0x00h,则开始充电;然而,它在不到56秒的时间内终止。CTR寄存器中的每一位都将最大充电时间增加56秒。例如,如果需要最大充电时间为3小时,则应该写入0xC0h来初始化CTR。有必要确保将CTR初始化为一次充电可能需要的最大时间。任何小于该值的值都可能导致充电提前终止。

开始充电

当遇到开始充电条件时,除非DS2770在有效温度范围(0°C至+40°C)之外,否则开始充电。一旦充电开始,DS2770可以超出有效温度范围而不终止充电。

如果电池电压一直低于3.0V,并且连接了充电器,则开始涓流充电,直到电池电压恢复到3.0V。开始充电命令不需要开始涓流充电,无论CINI位的设置如何,它都会开始。

使用DS2770作为充电控制器的镍氢电池组的典型充电曲线如图所示图2. 当恒流充电开始时,由于充电源的长度,电压升高,并且由于电池组的I²R加热,温度升高。DS2770忽略前5min的温度速率终止,以避免错误的dT/ dT检测,并使用最近的温度测量来选择适当的dT/ dT阈值。



图2 典型镍氢电池充电时的温度、电压和电流

结束收费

DS2770提供了几种终止充电的方法。一次电荷终止是通过超过dT/ dT阈值。恒流持续2.8min,直至温升速率等于或大于所选dT/ dT阈值。确定完全充电的有效dT/ dT阈值是1°C/min,无论起始温度如何,这与电压降(或负得尔塔V)几乎同时发生。

DS2770提供了两种二次电荷终端,如图2所示。首先是最高温度阈值,固定在+50℃。其次是最大充电时间,这是可编程的,并在设备的设置本应用笔记的部分。如果温度超过最高温度阈值或充电时间超过最大限制,则立即终止充电。包含这些二次充电终止标准是为了防止因过度充电而对电池组造成永久性损坏。但是,为了防止缩短电池组的寿命,在一次终止上终止是很重要的。

当任何这些终止发生时,状态寄存器的充电状态(CSTAT0和CSTAT1)位(位6和位7)都将设置为1,以指示“充电序列完成”状态。

结论

DS2770易于配置,可为3节镍氢电池组提供安全可靠的充电。记住正确实现此解决方案的两个关键考虑因素是至关重要的。首先是确保电池和DS2770之间有足够的热传递,以获得电池的准确温度。第二是确保充电源提供足够的电流来加热电池,其速率将超过dT/ dT终止限制。一旦这些问题得到解决,并且电路实现,DS2770可以通过简单的片上寄存器设置和设置CTR来配置镍氢充电,以便在充电结束之前不会过期。

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