鋰電池充電器的設計考量

2021-07-07

一般鋰電池充電器是以定電壓及定電流方式對鋰電池充電。透過偵測這顆電池的電壓與電流,來評估這顆電池是否已經被充飽電力。

 

充飽電時電池電壓:

鋰離子電池Li-ion    4.2V/Cell 

鋰鐵電池LiFePO4    3.6V/Cell

 

當電池電壓與最高充電電壓差小於100mV,且充電電流降低至C/10,電池可視為完全充電,C為依電池組或電池芯規格而定。

 

目前市售有些充電器常因價格考量,充飽電時充電器並未關閉而是停留在 CV 模式,此方式未能有效節能,而且鋰電池並不建議浮充,這與鉛酸電池充電方式有所不同。

 

充電器的防逆灌機制,若無設置防逆灌機制,電池誤接錯極性到充電器電源上時,可能會造成充電器損壞或電池短路。有防電壓逆灌機制可保護電池亦能保護充電器,尤其在高串數高容量鋰電池組使用上更是設計考量重點。

 

目前電動車、電動機車及自動搬運車使用高串數高容量鋰電池組也相當普遍,電池充電安全性要求越來越高,因為高串數高容量鋰電池組,意謂有較多顆電池芯組合而成,相對電池能量非常大,因此對安全性的要求越加嚴謹,當電池組在充放電時,每個電池芯狀態,如電壓、電流及溫度都要被考量與監控。這關係到電池組操作時壽命跟安全性,所以如何確保電池安全且有效充電就需要更完善的設計考量,因此具有數位通信功能的充電器就更廣泛的被使用。

 

具有通信功能的充電器與電池充電開始前,經由電池模組中的電池管理系統(BMS)透過隔離式控制器區域網路(CAN bus)發送命令給充電器設定充電電壓、充電電流並開啟充電器。

 

電池模組與充電器透過固定間隔時間發送一次週期性的命令,確保電池與充電器通信正常,並且監控及紀錄充電電壓、充電電流及溫度,在整個充電過程主要是由電池管理系統(BMS)控制,以確保電池安全充電。

FSP所開發的CAN Bus Charger Tool可以進行電池與充電器通信運作模擬,可以大幅縮短產品整個開發時程及提升驗證生產測試的便利性。

 

使用CAN Bus Charger Tool 應用軟體可以在電腦上透過CAN Bus Charger Tool的隔離式CAN Bus通訊網路發送命令給充電器,以設定Charger的充電電壓、充電電流。也可設定Broadcast命令間隔時間模擬電池模組對充電器發送週期性的命令,確保電池與充電器通信正常,並且監控及紀錄充電電壓、充電電流及溫度,在充電過程中也可由CAN Bus Charger Tool 監控紀錄產生的日誌檔(Log file)得到整個充電數據(Profile),透過日誌檔資料可以分析整個充電過程是,確保電池安全充電。

 

Block Diagram

想了解更多鋰電池充電器的應用領域與產品特色,可參考以下網頁: Battery Charger

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