隨著便攜式設備功耗(hào)越來越(yuè)大(dà),設備的待機時(shí)間成為了產品(pǐn)的關(guān)鍵性能指標之一,以下幾個因素影響便攜式設備的(de)電池、電源係統設計:
1. 國際航空運輸協會要求,設備(bèi)所需的備用鋰電池(含充電寶(bǎo)); 其作為隨身或手提行李(lǐ)攜帶時,鋰電池額定能量限(xiàn)製如(rú)下: 鋰電池額定能量應不超過100Wh。使用超過100Wh鋰電池的便攜式設備在日常工作、差旅中非常不(bú)便;
2. 中國《危險(xiǎn)貨(huò)物運輸規則》及(jí)國際(jì)相關標準,當(dāng)鋰電池的(de)單個能量超過100Wh或質量(liàng)超(chāo)過1kg,以及裝置總能量超過300Wh時(shí),必須辦理危包證,同(tóng)時需要定製專用的危包箱包裝運(yùn)輸,運(yùn)輸前需要預約海關工作人員上門檢查包裝是否合(hé)規。意味著使(shǐ)用單個超過100Wh的鋰電池在出口和運輸上將受極大限製,大大提高人力和物流、時間成本。
3. 由於便攜式設備結構設計限製,不能簡單地通過不斷增加單節鋰電池容(róng)量來增加續航時(shí)間,需要把兩個單電池分布在主機(jī)兩個位置;
4. 便攜式設備所需電源功率(lǜ)較大,單(dān)一電(diàn)池無(wú)法支持係統功率,需要雙電池(chí)同時並聯(lián)供電。
5. 便攜(xié)式設備使用電池作為唯一供電來源,但是需要實現不間斷工作,雙電池及(jí)以上係統可以(yǐ)支持拔出任一一個電池而係統不斷電,通過(guò)熱插拔更換電池實現係統不斷電不間斷工作。
6. 醫療設備或者其他(tā)嚴肅的應用領域,要求單一電池失效後保證係統正常工作,因此需要雙電池及(jí)以上備份,增(zēng)加係統供(gòng)電(diàn)可靠(kào)性。
綜上各(gè)種因素,雙電池供電的需求並不罕(hǎn)見,如果便攜式設備供電需求大於(yú)100Wh,在電(diàn)池(chí)技術沒有得到突破(pò)之(zhī)前,選擇2個及以上100Wh以內的標準(zhǔn)電池(chí)組(zǔ)成多(duō)電池係(xì)統成為了最優的解(jiě)決方(fāng)案(àn)。
另(lìng)外,標準電池均已通過UN38.3/MSDS認證測試,可以滿足便攜式設備快速合法(fǎ)出口銷售,縮短設備(bèi)上市時(shí)間。配套我司雙倉電池充(chōng)電器,可以幫助客戶在多(duō)電池應用(yòng)中更加便利。
由於鋰電池在成組後電壓、內阻有差異,日常使用工況的差異也會導致電池一致性進一(yī)步惡化,同一個型號的鋰電池組(zǔ)不能直(zhí)接並(bìng)聯使用,否則高電壓(yā)電池會(huì)向低電壓電池灌電流,導致安全(quán)風險。因此,必須設計合理的多電(diàn)池管理(lǐ)電路,保證(zhèng)電源係統安全(quán)可靠工作。
本文(wén)介紹了雙(shuāng)電池或多電池供電的電(diàn)源架構,給出參考設計(jì)框圖(tú)和(hé)方案推薦,支持電池熱插拔,係統不間斷供電。
方案一:集成式雙電池方案
針(zhēn)對雙電(diàn)池的應用市場需求,知名模(mó)擬(nǐ)器件半導體製造商ADI已經有(yǒu)成熟的集成電路可供直(zhí)接選型。
LTC1760是非常全麵的單芯片(piàn)雙智能電池係統的代表,簡單易用(yòng),僅需要確定4個參數就能(néng)完成一(yī)個完整的設計,而且不需要軟件代碼。該器件僅需最低限度(dù)的研發工作,就可組成一個完整的雙電池充放(fàng)電係統(tǒng)並正常工(gōng)作。
詳見:https://www.analog.com/cn/products/ltc1760.html#part-details
方案二:分立式雙(shuāng)電池或多電池(chí)係(xì)統
針(zhēn)對3電池及以(yǐ)上的電源供電係統,目前市麵上無現場的集成方案(àn)可供直接選型,需要采(cǎi)用現有技術設計,實現(xiàn)主電池電源通路與備電池電源通路互為備用的雙、多電源供電結構(gòu)。
主(zhǔ)要包括:
充電管理單元:實現對鋰電池組的恒流、恒壓充電管理,係(xì)統供(gòng)電(diàn)路徑管理。
參(cān)考選型:TI公司(sī)的BQ24610。
防反灌控製單元:實現電池放電單向導通性,避免多(duō)電池之間反灌電流,采(cǎi)用理想二極管(ORING控製器)實現。
參考選型(xíng):TI公司(sī)的LM74700-Q1。
DC/DC恒壓輸出單元(可(kě)選):如主機係統要求(qiú)固定電壓供電(diàn),可以在該係統基礎上增加DC/DC模(mó)塊(kuài)。如果主機(jī)可(kě)以接受寬壓輸入則(zé)無需(xū)該單元。
參考選型(xíng):TI公司的LM5176PWPX。
注意事項
l 輸入電源功率(lǜ)必須≥雙電池的最大充電功(gōng)率+設備的最大工作功率,並(bìng)且考(kǎo)慮DC/DC損耗,輸入電源功(gōng)率應該是兩者和的1.2倍。
l 當隻有一(yī)個電池時,它可能無法支持最大(dà)放電功(gōng)率。
l 電池電壓輸出不是恒定值,當輸入電源上(shàng)電時(shí),VSYS(system power)等於輸入電壓(yā);當適配器斷電時,VSYS電壓將等於電池電壓。如果主機需要恒壓(yā)供電,需要在VSYS後麵增(zēng)加DC/DC轉換電路。
l 使用方案二,主機無法主動控製兩節電(diàn)池的放電順序,充電時(shí)同(tóng)時(shí)充電,放電時高壓電池將先放(fàng)電,兩個電池可能同時放空,導致係統斷電。
l 使用方案二,智能(néng)電池的通信地址相同,主機需要兩個或多個SMBUS/I2C接口與電池通信。
注:以上是我司技術人員有限(xiàn)的技術(shù)經(jīng)驗總結,旨在提供多(duō)電(diàn)池的應用建議,不代表承諾或負責。多電池電源管理係統要求設備製造廠商具備一定電源硬件開(kāi)發(fā)能力,根據主機自身實際情況(kuàng)設計,我司僅能提供(gòng)有限的技術谘詢,無法(fǎ)提供具體原理(lǐ)圖、調試等服務。