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T-BOX系統解決方案深度剖析之充放電管理

星星科技指導員 ? 來源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-03 10:30 ? 次閱讀

遠程信息處理控制單元(TCU或T-BOX)是一種嵌入式車載系統,可應用于車輛的無線跟蹤與通信等領域。

充放電管理

正常情況下,VBAT為負載供電的同時也會為備用電池充電;當遇到突發狀況時(如撞車),VBAT無法正常供電,此時轉換成備用電池為負載供電。如下圖藍色陰影框圖所示,備用電池的充放電管理主要分成三個部分:電池組、充電器以及預升壓。

poYBAGQqOiiADEspAADM_zdp6Jc788.png

圖-1

1. 電池組

常用的蓄電池有Ni-MH,LiFePO4以及Li-Lon,其特點列舉如下表所示。

類型 Ni-MH LiFePO4 Li-Lon
優點 可靠耐用;
過量的充電不會產生高溫;
成本較低;
高額定電流
壽命長;
熱穩定性高;
安全;
高能量密度;
高電壓(3.6V);
壽命長;
缺點 快速自放電,導致要頻繁充電;
低電壓(1.2V),導致體積大;
低電壓(3.2V);
高自放電,導致平衡問題與老化;
易碎,運輸需要保護電路;
充電時需要限制峰值電流;
溫度需要監控;
昂貴;

表-1

在汽車的領域中通常使用Ni-MH以及Li-ion。Ni-MH相對安全可靠,即使過量充電也不會產生高溫。而Li-ion可以在更小的體積內實現更高的能量密度,且價格更低。世界領先的汽車制造商已經將鋰離子電池應用于E-Call 。

2. 充電器

1) 針對鋰電池的解決方案

鋰電池充電的過程可分為三步:當電壓小于3V時,先進行預充電,電流為0.1C;當電壓上升到3V到4.2V時,采用恒流充電,電流為0.2-1.0C;當電壓大于4.2V時,采用恒壓供電,此時電流隨電壓的增加而減少,直到電量完全充滿。TI主推器件為BQ24081-Q1,優勢如下:

高度集成的線性充電器件,集成了功率 FET 和電流傳感器,可提供高精度電流和電壓調節以及讀取充電狀態;

可通過設置外部電阻調節充電電流;

可實現電池容量、循環周期以及安全性的最大化;

非常適合低壓差的充電應用;

可提供睡眠模式降低功耗;

封裝小,3mm × 3mm VSON10。

2) 針對鎳氫電池的解決方案

鎳氫電池充電過程也可分為三步:先快速充電(Fast Charging)恢復大部分容量;然后采用定時充電(Optional Top-off charge)恢復全部的容量完成充電;最后通過提供連續的脈沖涓流(Pulse-Trickle Charge)維護充電,從而補償電池的自放電。充電過程中的終點控制非常重要,可采用檢測電壓降(- )、檢測電壓峰值、檢測最高溫度等終止充電。TI有專門針對鎳氫電池的充電管理方案,如BQ2002。然而這種方式成本較高。

當成本受限時,也可采用LDO直接為鎳氫電池充電。因為LDO有輸出最大電流的限制,這樣就不會導致電流超標。TI主推器件為TPS79801-Q1,優勢如下:

寬輸入電壓范圍:3V到50V;

不需要輸入保護二極管;

輸出電流達50mA;

低壓差,典型值為300mV。

3) 針對磷酸鐵鋰電池的解決方案

磷酸鐵鋰電池是用磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極的鋰離子電池,它是鋰離子電池家族的新成員。由于它的性能特別適合作動力方面的應用,又被稱之為磷酸鐵鋰動力電池。

它的充電算法與Li-Lon電池不同:首先電池快速充電到過充電電壓,然后慢慢下降到較低的浮動充電電壓閾值。該充電器集成了傳感器,能在電流電壓調節的回路中達到較高的精度。內部控制回路還會通過充電周期監測芯片結溫。如果超過內部溫度閾值,則會降低充電電流。推薦的芯片為BQ25071-Q1。

3. 升壓電路

由于從電池組輸出的電壓較低(如Li-ion為4.2V),通常需要預升壓芯片將電壓升到5V為后續二級電源供電。TI推薦的TPS61085-Q1是一款具有強制 PWM 模式的汽車類 18.5V、2A、650kHz/1.2MHz的升壓轉換器

審核編輯:郭婷

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