鋰电池充电器的设计考量

2021-07-07

一般鋰电池充电器是以定电压及定电流方式对鋰电池充电。透过侦测这颗电池的电压与电流,来评估这颗电池是否已经被充饱电力。

 

充饱电时电池电压:

鋰离子电池Li-ion    4.2V/Cell 

鋰铁电池LiFePO4    3.6V/Cell

 

当电池电压与最高充电电压差小於100mV,且充电电流降低至C/10,电池可视為完全充电,C為依电池组或电池芯规格而定。

 

目前市售有些充电器常因价格考量,充饱电时充电器并未关闭而是停留在 CV 模式,此方式未能有效节能,而且鋰电池并不建议浮充,这与铅酸电池充电方式有所不同。

 

充电器的防逆灌机制,若无设置防逆灌机制,电池误接错极性到充电器电源上时,可能会造成充电器损坏或电池短路。有防电压逆灌机制可保护电池亦能保护充电器,尤其在高串数高容量鋰电池组使用上更是设计考量重点。

 

目前电动车、电动机车及自动搬运车使用高串数高容量鋰电池组也相当普遍,电池充电安全性要求越来越高,因為高串数高容量鋰电池组,意谓有较多颗电池芯组合而成,相对电池能量非常大,因此对安全性的要求越加严谨,当电池组在充放电时,每个电池芯状态,如电压、电流及温度都要被考量与监控。这关係到电池组操作时寿命跟安全性,所以如何确保电池安全且有效充电就需要更完善的设计考量,因此具有数位通信功能的充电器就更广泛的被使用。

 

具有通信功能的充电器与电池充电开始前,经由电池模组中的电池管理系统(BMS)透过隔离式控制器区域网路(CAN bus)发送命令给充电器设定充电电压、充电电流并开啟充电器。

 

电池模组与充电器透过固定间隔时间发送一次週期性的命令,确保电池与充电器通信正常,并且监控及纪录充电电压、充电电流及温度,在整个充电过程主要是由电池管理系统(BMS)控制,以确保电池安全充电。

FSP所开发的CAN Bus Charger Tool可以进行电池与充电器通信运作模拟,可以大幅缩短产品整个开发时程及提升验证生产测试的便利性。

 

使用CAN Bus Charger Tool 应用软体可以在电脑上透过CAN Bus Charger Tool的隔离式CAN Bus通讯网路发送命令给充电器,以设定Charger的充电电压、充电电流。也可设定Broadcast命令间隔时间模拟电池模组对充电器发送週期性的命令,确保电池与充电器通信正常,并且监控及纪录充电电压、充电电流及温度,在充电过程中也可由CAN Bus Charger Tool 监控纪录产生的日誌档(Log file)得到整个充电数据(Profile),透过日誌档资料可以分析整个充电过程是,确保电池安全充电。

 

Block Diagram

想了解更多鋰电池充电器的应用领域与产品特色,可参考以下网页: Battery Charger

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