Sammenfatning

BQ24259 IC er en højt integreret batteristyringsløsning udviklet af Texas Instruments, designet til effektiv opladning og strømstyring af encellede litium-ion-batterier. Dette integrerede kredsløb (IC) er kendetegnet ved sin evne til at levere en opladningsstrøm på 2A og samtidig understøtte en lang række indgangsspændinger, hvilket gør det ideelt til forskellige bærbare elektroniske enheder, bilapplikationer og smarte IoT-enheder. BQ24259's alsidighed strækker sig til understøttelse af USB On-The-Go (OTG)-funktioner, der muliggør effektiv strømfordeling mellem systemet og batteriet og gør den velegnet til enheder, der kræver pålidelig og effektiv strømstyring. Nøglefunktionerne i BQ24259 IC omfatter dens højpræcise spændings- og strømaftagningssystemer, som sikrer optimal batteriydelse og lang levetid ved at forhindre overopladning og overafladningsscenarier. Den indeholder også avancerede sikkerhedsforanstaltninger som termisk regulering, overstrømsbeskyttelse og lockout af underspænding i indgangen, hvilket forbedrer opladningsprocessens pålidelighed og sikkerhed. IC'ens arkitektur har et signalbehandlingsmodul, der bruger et fuldbro-kredsløb, der konverterer envejsstrøm til tovejsstrøm, og en realtidsmålmaskine til effektiv kontrol og kommunikation mellem hardwarekomponenter. BQ24259 IC er kendt for sit omfattende sæt af integrerede perifere enheder, herunder analog-til-digital-konvertere (ADC'er), digital-til-analog-konvertere (DAC'er) og kommunikationsgrænseflader som CAN (Controller Area Network) og LIN (Local Interconnect Network). Disse funktioner muliggør problemfri integration i forskellige kontrolmoduler til biler og avancerede førerassistentsystemer (ADAS). Kvalificeringen til bilindustrien sikrer pålidelig ydeevne under barske miljøforhold, hvilket gør den til en hjørnesten for innovation i bilelektronikindustrien. På trods af de mange fordele er BQ24259 IC ikke uden begrænsninger. Udfordringer som nøjagtig estimering af opladningstilstand, skalerbarhed på tværs af forskellige batterikemier og kompleksiteten og omkostningerne ved avancerede batteristyringssystemer (BMS) kan udgøre forhindringer. Men løbende fremskridt inden for BMS-teknologier, drevet af branchens ledere og betydelige investeringer i forskning og udvikling, fortsætter med at forbedre mulighederne for batteristyringsløsninger som BQ24259, hvilket sikrer høj ydeevne og sikkerhed på tværs af forskellige applikationer.

Oversigt

BQ24259 er en I2C-kontrolleret 2A single-cell USB NVDC-1 oplader med justerbar spænding, designet og produceret af Texas Instruments. Dette integrerede kredsløb (IC) er en del af Texas Instruments' bredere katalog af strømstyringsløsninger.

. Den leveres i en kompakt 24-VQFN-pakke og fungerer effektivt inden for et temperaturområde på -40 °C til 85 °C. BQ24259 IC er en alsidig opladningsløsning, der muliggør USB On-The-Go (OTG)-funktioner, hvilket gør den velegnet til forskellige former for bærbar elektronik, der kræver pålidelig og effektiv strømstyring. Den understøtter en række opladningsprotokoller, så den kan tilpasse sig forskellige USB-strømkilder og styre strømfordelingen effektivt mellem systemet og batteriet. Nøglefunktionerne i BQ24259 omfatter dens højpræcise spændings- og strømregistreringssystemer, som er afgørende for at opretholde optimal batteriydelse og -levetid. Disse funktioner sikrer, at opladningsprocessen er både sikker og effektiv og forhindrer problemer som overopladning og overafladning, som kan forringe batteriets levetid. BQ24259's arkitektur omfatter også et signalbehandlingsmodul, der bruger et fuldbro-kredsløb. Dette design konverterer envejsstrøm til tovejsstrøm, hvilket gør det muligt for opladeren at producere nøjagtige analoge opladnings- og afladningssignaler til batterisystemet. Realtidsmålmaskinen i systemet fungerer som softwareimplementeringscenter, der styrer hver hardwarekomponent og faciliterer kommunikationsinteraktioner mellem forskellige hardwareelementer.

Vigtige funktioner

BQ24259 IC er en meget avanceret strømstyringsløsning, der er designet til at opfylde de strenge krav til moderne elektroniske enheder. Dette integrerede kredsløb (IC) er særligt velegnet til batteridrevne systemer og tilbyder en omfattende pakke af funktioner, der forbedrer både ydeevne og sikkerhed.

Integrerede sikkerhedsforanstaltninger

BQ24259 IC indeholder et robust sæt integrerede sikkerhedsforanstaltninger, der er designet til at sikre pålidelighed og sikkerhed på tværs af forskellige driftsscenarier. Disse funktioner omfatter strenge isoleringsteknikker, der effektivt isolerer højspændingskomponenter (HV) fra køretøjets chassis og lavspændingssystemer og derved forhindrer utilsigtet elektrisk kontakt og lækage. Kontinuerlige overvågningssystemer overvåger aktivt HV-netværket for abnormiteter såsom kortslutninger eller isoleringsbrud, hvilket muliggør hurtig detektering og reaktion. Hurtige nedlukningsmekanismer, herunder højhastighedsrelæer eller kontaktorer, afbryder straks HV-systemet i tilfælde af opdagede fejl, hvilket minimerer risikoen for elektrisk stød eller brand. Derudover beskytter strategisk placerede afbrydere eller sikringer mod overstrømsforhold og afværger termiske hændelser.

.

Avanceret periferiudstyr

BQ24259 IC har et omfattende sæt perifere enheder, herunder analog-til-digital-konvertere (ADC'er), digital-til-analog-konvertere (DAC'er) og kommunikationsgrænseflader som CAN (Controller Area Network) og LIN (Local Interconnect Network). Den indeholder også timere, PWM-controllere og GPIO'er, der muliggør problemfri integration i forskellige kontrolmoduler til biler som motorstyringssystemer, karosserikontrolmoduler og avancerede førerassistentsystemer (ADAS).

.

Kvalifikation til bilindustrien

Dens kvalifikation til bilindustrien sikrer pålidelighed under barske miljøforhold, hvilket gør den velegnet til brug i køretøjer, hvor holdbarhed og sikkerhed er altafgørende. Med sin kombination af processorkraft, perifere funktioner og pålidelighed i bilindustrien står BQ24259 IC som en hjørnesten for innovation i bilelektronikindustrien og giver mulighed for udvikling af sikrere, mere effektive og smartere køretøjer.

.

Fejlfinding og diagnosticering

BQ24259 IC bruger avancerede algoritmer til at opdage fejl som f.eks. ubalance i cellerne, lav kapacitet eller kommunikationsfejl. Denne diagnostik hjælper med at lokalisere problemer og lette vedligeholdelsen, hvilket sikrer systemets levetid og pålidelighed.

.

Energistyring

I elektriske køretøjer eller vedvarende energisystemer styrer BQ24259 IC opladnings- og afladningshastigheder for at optimere energiforbruget for at opnå effektivitet og forlænge batteriets levetid. Dette er især afgørende for at opretholde litium-ion-batteriers ydeevne over længere perioder.

.

Datalogning og analyse

IC'en omfatter dataindsamlingsudstyr med høj præcision til at indsamle analoge signaler og overføre de indsamlede signaldata til den øverste computer til analyse. Denne funktion giver mulighed for præcis overvågning og evaluering af batteristyringssystemet (BMS), hvilket forbedrer strømstyringssystemets samlede ydeevne og pålidelighed.

.

DC-DC-konverterens effektivitet

IC'en BQ24259 indeholder en meget effektiv DC-DC-konverter, der er designet til at regulere spændingsniveauer i forskellige elektroniske systemer. Konverteren fungerer på et bredt indgangsspændingsområde, typisk fra 4,5 V til 36 V, og giver en stabil udgangsspænding, ofte omkring 12 V, hvilket er almindeligt i mange applikationer. Brugen af synkron ensretning og avancerede kontrolkredsløb sikrer præcis regulering af udgangsspændingen, selv under varierende belastningsforhold og udsving i indgangsspændingen. Derudover har konverteren overstrømsbeskyttelse, termisk nedlukning og lockout af indgangsspænding, hvilket beskytter både selve konverteren og de tilsluttede enheder mod potentiel skade.

.

Integration af strømstyring

BQ24259 IC's omfattende strømstyringsfunktioner omfatter indbygget kanalsekventering, sikker start

Teknologiske innovationer

BQ24259 IC indeholder betydelige teknologiske fremskridt, der er designet til at forbedre effektiviteten og sikkerheden i batteristyringssystemer (BMS). Markedsledere som Texas Instruments, Analog Devices, Inc, Renesas Electronics Corporation og NXP Semiconductors har implementeret strategiske initiativer med fokus på teknologiske fremskridt for at fastholde og øge deres markedsandel inden for BMS-løsninger.

. Disse virksomheder investerer kraftigt i forskning og udvikling (R&D) for at introducere banebrydende BMS-løsninger, der imødekommer de skiftende krav i bilsektoren og sikrer optimal ydeevne, sikkerhed og lang levetid.

Innovationer i batteripakke-konfigurationer

Nylige innovationer inden for batteripakkekonfigurationer, såsom celle-til-pakke- og celle-til-chassis-design, er blevet anvendt til litiumjernfosfatbatterier (LFP) og forventes at forbedre batteriets ydeevne yderligere. Derudover har fremskridt inden for fremstilling, herunder udvikling af flerlagselektroder, muliggjort ultrahurtig opladning. Der arbejdes på at øge manganindholdet i både nikkel-mangan-kobolt- (NMC) og LFP-batterier for enten at forbedre energitætheden og samtidig bevare lave omkostninger (LFP) eller reducere omkostningerne og samtidig bevare en høj energitæthed (NMC).

.

Regional konkurrenceevne og global konvergens

Med hensyn til regional konkurrenceevne er batteripriserne i øjeblikket lavest i Kina, efterfulgt af Nordamerika, Europa og andre lande i Asien og Stillehavet. Batteripriserne på tværs af regionerne har dog konvergeret i de senere år, hvilket indikerer, at batterier til elbiler er ved at blive et ægte globaliseret produkt.

. Denne konvergens afspejler den øgede globale efterspørgsel efter elbiler og den parallelle stigning i efterspørgslen efter avancerede batteristyringssystemer.

Nøgleaktører og strategiske initiativer

Nøgleaktører i BMS-økosystemet, herunder Sensata Technologies, Inc., NXP Semiconductors, Renesas Electronics Corporation, Analog Devices, Inc. og Texas Instruments, udnytter strategier som produktlanceringer og samarbejde for at styrke deres markedspositioner.

. Det globale BMS-marked blev vurderet til $7,5 milliarder i 2022 og forventes at nå op på $41 milliarder i 2032 med en samlet årlig vækstrate (CAGR) på 19,1% fra 2023 til 2032.

Avancerede funktioner i BQ24259 IC

BQ24259 IC'en har flere avancerede funktioner, der bidrager til dens høje effektivitet og pålidelighed. Den omfatter en højeffektiv switched-mode-oplader med en separat strømvej, USB-opladningsoverensstemmelse med valgbare indgangsstrømsgrænser og en watchdog-timer med en DBP-pin (dead battery provision) til synkronisering med ekstern USBPHI

. Strømstyringen regulerer systemet lidt over batterispændingen og opretholder driften, selv når batteriet er opbrugt eller fjernet, hvilket sikrer kontinuerlig funktionalitet.

Forbedret sikkerhed og effektivitet

BQ24259 IC indeholder avancerede kontrolkredsløb for at sikre præcis regulering af udgangsspændingen, selv under varierende belastningsforhold og svingninger i indgangsspændingen. Den har overstrømsbeskyttelse, termisk nedlukning og lockout ved underspænding i indgangen, hvilket beskytter både konverteren og de tilsluttede enheder mod potentielle skader.

. Dette fokus på sikkerhed og effektivitet gør BQ24259 IC velegnet til en lang række applikationer inden for industri, bilindustri og telekommunikation. Disse teknologiske innovationer viser de betydelige fremskridt, der sker i udviklingen af batteristyringssystemer, drevet af førende virksomheder i branchen.

Opladningsalgoritmer

BQ24259 IC har en avanceret opladningsalgoritme, der fungerer i tre forskellige faser: forkonditionering, konstant strøm og konstant spænding.

. I første omgang registrerer enheden batterispændingen og går ind i forkonditioneringsfasen, hvis spændingen er under en bestemt tærskel. I denne fase oplades batteriet med en lav strøm for at bringe spændingen sikkert op på et acceptabelt niveau til næste fase. I fasen med konstant strøm leverer IC'en en høj, ensartet ladestrøm for hurtigt at oplade batteriet. Denne fase fortsætter, indtil batterispændingen nærmer sig sin maksimale grænse, hvorefter opladningsalgoritmen overgår til fasen med konstant spænding. Her falder ladestrømmen gradvist, mens der opretholdes en konstant spænding, hvilket sikrer, at batteriet når sin fulde opladning uden at blive overopladet. BQ24259 afslutter automatisk opladningsprocessen, når ladestrømmen falder til under en forudindstillet grænse i fasen med konstant spænding. Hvis det fuldt opladede batteris spænding senere falder under en foruddefineret tærskel, genstarter IC'en automatisk opladningscyklussen for at opretholde batteriets opladning. IC'en har også flere sikkerhedsfunktioner, f.eks. negativ termistorovervågning, en sikkerhedstimer til opladning og beskyttelse mod overspænding og overstrøm. Termisk regulering anvendes til at reducere ladestrømmen, hvis forbindelsestemperaturen overstiger 120 °C, hvilket er programmerbart i henhold til specifikke krav. For yderligere at forbedre effektiviteten og sikkerheden i opladningsprocessen tilbyder BQ24259 et funktionssæt, der inkluderer en lavimpedans strømvej. Dette optimerer switch-mode-driften, så enheden kan fungere effektivt, selv når batteriet er opbrugt eller fjernet. Power path management-funktionen justerer automatisk ladestrømmen for at forhindre overbelastning af inputkilden, hvilket sikrer en pålidelig og sikker opladningsproces.

Ansøgninger

BQ24259 IC'en bruges i stor udstrækning i forskellige applikationer på grund af dens avancerede batteristyringsfunktioner. Disse anvendelser spænder over forbrugerelektronik, bilsystemer og smarte IoT-enheder.

Forbrugerelektronik

Inden for forbrugerelektronik er BQ24259 IC afgørende for at sikre en sikker og effektiv brug af litium-ion-batterier, som er populære på grund af deres høje energitæthed og lange levetid. Disse egenskaber gør BQ24259 IC velegnet til en bred vifte af bærbar elektronik såsom smartphones, bærbare computere og digitale kameraer.

. IC'ens evne til at håndtere opgaver som beskyttelse mod overopladning og overafladning sammen med strømovervågning sikrer lang levetid og pålidelighed for disse enheders strømkilder.

Bilsystemer

BQ24259-IC'en finder også anvendelse i bilsystemer, hvor robust batteristyring er afgørende. Mikrocontrollere til biler, som dem, der er udviklet af STMicroelectronics, integrerer disse IC'er for at opfylde de strenge krav til moderne bilapplikationer.

. Disse systemer kræver høj ydeevne og realtidsbehandlingskapacitet for at sikre bilens sikkerhed og kontrol, hvilket BQ24259 IC understøtter ved at styre strømforsyningen og beskytte mod elektriske fejl.

Smarte IoT-enheder

Smarte IoT-enheder, herunder medicinske smart patches, trådløse headsets og systemer til sporing af aktiver, har stor gavn af BQ24259 IC'ens effektive batteristyring.

. Disse anvendelser kræver forlænget batterilevetid og pålidelighed, hvilket IC'en giver gennem avancerede batteribeskyttelsessystemer. IC'ens lave strømforbrug og høje effektivitet er særligt fordelagtig i enheder med begrænset plads, hvor det er afgørende at maksimere batteriets levetid.

Tekniske specifikationer

BQ24259 IC er en højt integreret batteristyringsløsning, der er designet til forskellige anvendelser, herunder forbrugerelektronik, bilindustrien og vedvarende energisystemer. Denne IC indeholder et robust sæt funktioner, der har til formål at sikre optimal ydeevne, sikkerhed og lang levetid for batterisystemer.

Batteriets opladningsmuligheder

BQ24259 understøtter en bred vifte af opladningsfunktioner, der passer til forskellige batterikemier og -konfigurationer. Den er udstyret med input power management-kredsløb, der kan ensrette vekselstrøm fra en trådløs modtagerspole og generere en stabil input-skinne mellem 2,7 V og 5,5 V, hvilket er vigtigt for at drive en komplet batterioplader med konstant strøm/konstantspænding. IC'en tilbyder en pin-valgbar opladningsspænding på 4,2 V eller 4,35 V og understøtter en opladningsstrøm på op til 7,5 mA. Derudover har den automatisk genopladning, overvågning af batteritemperatur via en NTC-stift og en indbygget 6-timers sikkerhedsafbrydelsestimer for at forbedre sikkerheden og effektiviteten under opladningsprocessen.

.

Beskyttelse mod lavt batteriniveau

For at beskytte batteriet og de tilsluttede enheder har BQ24259 en beskyttelsesmekanisme mod lavt batteriniveau, der afbryder batteriet fra alle belastninger, når batterispændingen falder til under 3,0 V. Denne funktion hjælper med at forlænge batteriets levetid og forhindrer dyb afladning, der potentielt kan skade batteriet.

.

Skiftefrekvens og pakke

Ladningspumpens skiftefrekvens i BQ24259 er indstillet til enten 50 kHz eller 75 kHz, hvilket holder skiftestøj uden for det hørbare område. Det gør IC'en ideel til lydrelaterede applikationer som høreapparater og trådløse headsets. IC'en fås i en kompakt, lavprofileret 12-leders 2 mm × 2 mm LQFN-pakke, hvilket sikrer et lille fodaftryk og nem integration i forskellige designs. Enheden er garanteret til drift i temperaturområdet fra -20 °C til 85 °C og opfylder E-grade-specifikationen.

.

Integration og periferiudstyr

Ud over sine centrale batteristyringsfunktioner integrerer BQ24259 flere perifere enheder, der letter problemfri integration i forskellige elektroniske systemer. For eksempel gør dens analog-til-digital-konvertere (ADC'er), digital-til-analog-konvertere (DAC'er) og kommunikationsgrænseflader som CAN (Controller Area Network) og LIN (Local Interconnect Network) det muligt at interagere med forskellige kontrolmoduler til biler, herunder motorstyringssystemer og avancerede førerassistentsystemer (ADAS'er).

.

Spændingsregulering og beskyttelse

BQ24259 er designet med fokus på effektivitet og pålidelighed. Den anvender synkron ensretning, en teknik, der minimerer effekttab under spændingskonvertering. Dens avancerede kontrolkredsløb sikrer præcis regulering af udgangsspændingen, selv under varierende belastningsforhold og svingninger i indgangsspændingen. IC'en har også overstrømsbeskyttelse, termisk nedlukning og lockout af indgangsunderspænding, hvilket beskytter både IC'en og de tilsluttede enheder mod potentielle skader.

. Ved at integrere disse omfattende funktioner står BQ24259 IC som en alsidig og pålidelig løsning til en lang række batteristyringsapplikationer, der sikrer høj ydeevne og sikkerhed på tværs af forskellige brancher.

Pin-konfiguration

BQ24259 IC har en 24-pin VQFN-pakke med en eksponeret termisk pude til forbedret varmeafledning.

.

VBUS

Stifter 1, 24 (P): Opladerens indgangsspændingsstift er forbundet med den interne n-kanals reverse block MOSFET (RBFET) mellem VBUS og PMID med VBUS på kilden. Det anbefales at placere en 1-µF keramisk kondensator fra VBUS til PGND, så tæt på IC'en som muligt.

.

PSEL

Stift 2 (I): Denne pin fungerer som indgang for valg af strømkilde. Et højt signal angiver en USB-værtskilde, mens et lavt signal angiver en adapterkilde.

. Hvis man lader PSEL-stiften flyde, kan det resultere i en strømbegrænsning på enten 500 mA eller 3 A ved opstart, hvilket kan føre til uønsket adfærd, medmindre indgangsstrømsgrænsen programmeres manuelt for hver adapter eller USB-stik.

PG

Stift 3 (O): En open-drain aktiv low power good-indikator. Når den er forbundet til pull-up-skinnen via en 10-kΩ-modstand, indikerer et lavt signal en god forbindelse.

.

CE

Stift 9 (I): Opladningsaktiveringsstiften er aktiv lav. Batteriopladning er aktiveret, når REG01[5:4] = 01, og CE-stiften er lav. CE-stiften skal enten trækkes højt eller lavt for at fungere korrekt.

.

ILIM

Stift 10 (I): ILIM-stiften indstiller den maksimale indgangsstrømgrænse ved at regulere ILIM-spændingen til 1 V. En modstand forbundet fra ILIM-stiften til jord indstiller den maksimale grænse som IINMAX = (1V/RILIM) × KILIM. Den faktiske indgangsstrømsgrænse er den laveste af dem, der er indstillet af ILIM og I2C REG00[2:0]. Den mindste indgangsstrøm, der er programmeret på ILIM-stiften, er 500 mA.

.

TS

Stift 11 (I): Dette er indgangsstikket til temperaturkvalificeringsspænding. Den skal forbindes til en NTC-termistor (negativ temperaturkoefficient). Temperaturvinduet programmeres med en modstandsdeler fra REGN til TS til GND. Opladningen afbrydes, eller Boost deaktiveres, når TS-stiften er uden for området. En 103AT-2 termistor anbefales.

.

QON

Stift 12 (I): Denne pin styrer BATFET-aktiveringsfunktionen i forsendelsestilstand. En logisk lav til høj overgang på denne pin med et minimum 2 ms højt niveau tænder for BATFET'en for at afslutte forsendelsestilstand.

. Den har en intern 1MΩ (Typ) pull-down-modstand.

BAT

Stift 13, 14 (P): Disse ben er batteriets forbindelsespunkter til batteripakkens positive ben. Den interne BATFET er forbundet mellem BAT og SYS. Det anbefales at tilslutte en 10 µF kondensator tæt på BAT-stifterne for at opnå optimal ydelse.

. Denne konfiguration giver omfattende kontrol over batteristyringen og opladningsprocessen, hvilket sikrer en sikker og effektiv drift.

Typiske anvendelseskredsløb

BQ24259 IC er meget udbredt i forskellige applikationer på grund af dens høje effektivitet og avancerede opladningsfunktioner. En af de typiske anvendelser er i batteristyringssystemer til bærbare elektroniske enheder. Enheden understøtter en højeffektiv switch-mode 2-A-oplader med en enkelt input USB-kompatibel oplader, der er i stand til 3,9V til 6,2V indgangsspænding og tilbyder 6,4V overspændingsbeskyttelse

. Det gør den velegnet til enheder, der kræver pålidelig og sikker opladning. I bærbare enheder som f.eks. medicinske smart patches og trådløse headsets er BQ24259's evne til at styre batteriopladningen autonomt uden softwarekontrol særlig fordelagtig. IC'en kan automatisk registrere batterispændingen og styre opladningscyklussen gennem tre forskellige faser: forkonditionering, konstant strøm og konstant spænding. Ved slutningen af opladningscyklussen afslutter den automatisk opladningen, når strømmen falder til under en forudindstillet grænse i fasen med konstant spænding. Hvis batterispændingen senere falder til under opladningsgrænsen, starter opladeren automatisk en ny opladningscyklus. BQ24259 har flere sikkerhedsfunktioner for at sikre pålidelig drift, f.eks. negativ termistorovervågning, en sikkerhedstimer til opladning og beskyttelse mod overspænding/overstrøm. Termisk regulering er også en vigtig funktion, der reducerer ladestrømmen, når forbindelsestemperaturen overstiger 120 °C, hvilket er programmerbart. IC'ens STAT-udgang rapporterer opladningsstatus og fejltilstande, mens INT-stiften straks giver værten besked om eventuelle fejl, hvilket forbedrer systemets sikkerhed og overvågningsmuligheder. Derudover fås BQ24259 IC i en kompakt 24-pin, 4×4 mm² tynd VQFN-pakke, hvilket gør den ideel til applikationer med begrænset plads. Dens integration af I2C-kommunikation giver mulighed for optimal systemydelse og statusrapportering, hvilket gør den alsidig til forskellige batteridrevne applikationer.

Fordele

Investering i BMS-teknologi (Battery Management System) giver flere konkurrencefordele, især inden for produktydelse og -sikkerhed, som er i tråd med det globale skub i retning af rene energiløsninger. Denne tendens har fanget interessen hos både etablerede producenter og nye investorer, der er ivrige efter at udnytte de nye markedsmuligheder og bidrage til en grønnere fremtid.

. En af de vigtigste fordele ved en integreret batteribeskyttelsesmetode er den omfattende beskyttelse, den giver. Batteriet på indgangssiden kan beskyttes mod både overafladning og overopladning ved at have batteriopladeren tilsluttet på switchens udgangsside. Denne tilgang reducerer ikke kun antallet af komponenter, men sparer også betydelig plads, hvilket gør den ideel til avancerede wearables, tilsluttet medicinsk udstyr og andre størrelsesbegrænsede applikationer. Fleksibilitet er en anden væsentlig fordel, da ingeniører typisk er nødt til at designe og kvalificere separate kort og materialelister (BOM'er) for hver enkelt modulkonfiguration. MAX17853 er bemærkelsesværdig ved at være branchens eneste integrerede kredsløb (IC), der understøtter flere kanalkonfigurationer (8 til 14 celler) med ét kort. Denne evne gør det muligt for ingeniører at reducere designtiden med op til 50% gennem en mindre validerings- og kvalificeringsindsats. Den ubarmhjertige innovation inden for batteriteknologier har ført til fremskridt på tværs af en lang række produkter, fra bærbare gadgets til elbiler. Batteristyringsløsninger (BMS), der understøttes af overvågnings-IC'er, er ikke kun omkostningsbesparende foranstaltninger, men fungerer som veritable vogtere af energilagring. De optimerer pladsen, forlænger batteriets levetid og forbedrer sikkerhedsstandarderne ved at overvåge vigtige parametre som opladningstilstand (SOC), sundhedstilstand (SOH) og strømstyring i realtid. Desuden har batterifremskridt forbedret batteriets effektivitet betydeligt, så produkterne kan levere højere effekt i forhold til deres størrelse og vægt. Denne effektivitet er tydelig i udviklingen fra voluminøse bilbatterier til kompakte litium-ion-batterier, der er små nok til at passe i en håndflade og lette nok til kun at veje et par kilo. Samlet set sikrer disse fremskridt inden for BMS-teknologi pålideligheden og sikkerheden i el- og hybridbilers højspændingssystemer på tværs af forskellige driftsscenarier. Implementering af robuste sikkerhedsforanstaltninger hjælper med at minimere risikoen for farlige situationer og beskytter både passagerer, redningsmandskab og tilskuere.

Begrænsninger

Batteristyringssystemer (BMS) er afgørende for at optimere batteriernes ydeevne, sikkerhed og levetid, men de har flere iboende begrænsninger. Den største af disse er udfordringen med præcist at estimere opladningstilstanden (SOC), som kompliceres af faktorer som temperatursvingninger, batteriets ældning og varierende afladningshastigheder. Opnåelse af præcis SOC-estimering er fortsat et kritisk forskningsområde

. Desuden er avancerede BMS'er med funktioner som cellebalancering og fejldetektering komplekse og dyre, hvilket potentielt begrænser deres anvendelse i omkostningsfølsomme applikationer. Derudover udgør skalerbarhed på tværs af forskellige batterikemier og -konfigurationer en hindring, der kræver tilpassede løsninger. Pålidelighedsproblemerne er også store, da BMS-fejl kan føre til skadelige resultater som overopladning eller underopladning, hvilket går ud over batteriets levetid og sikkerhed. På trods af disse udfordringer viser fremskridt inden for integrerede kredsløb, som f.eks. MAX17853, lovende takter i forhold til nogle af begrænsningerne. Denne IC understøtter flere kanalkonfigurationer med ét kort, hvilket reducerer design- og kvalifikationstiden betydeligt. Desuden omfatter den avancerede battericellebalanceringssystemer, der automatisk balancerer hver celle efter tid og spænding for at minimere risikoen for overopladning, hvilket forbedrer den samlede systemsikkerhed uden behov for yderligere komponenter.

Sammenligning med andre IC'er

BQ24259 IC er en del af en bredere kategori af Power Management Integrated Circuits (PMIC'er), som er afgørende for at styre strømmen og retningen af elektrisk strøm i forskellige enheder. Disse IC'er er afgørende, da de hjælper med at kontrollere flere interne spændinger og eksterne strømkilder, hvilket sikrer bedre konverteringseffektivitet, mindre løsningsstørrelser og forbedret varmeafledning.

.

Maxim Integrateds IC'er til brændstofmåler

I august introducerede Maxim Integrated IC'er til brændstofmålere, nemlig MAX17301 og MAX17311, som hævder at tilbyde de mest konfigurerbare indstillinger for batterisikkerhed i branchen. Disse IC'er kan finjustere spændings- og strømtærskler baseret på forskellige temperaturzoner, og de har en sekundær beskyttelsesordning, der permanent deaktiverer batteriet i alvorlige fejlsituationer.

. Selvom BQ24259 IC er robust, tilbyder den måske ikke det samme niveau af konfigurerbarhed og sekundære beskyttelsesfunktioner som Maxim Integrateds nyeste produkter.

IC'er til overvågning af batterier med flere celler

Renesas' front-end-IC'er til multicellebatterier baner vejen for højspændingsapplikationer ved omhyggeligt at overvåge parametre som terminalspænding og temperatur for at optimere batteripakkens ydeevne.

. Sammenlignet med disse IC'er til batteriovervågning med flere celler er BQ24259 IC typisk egnet til applikationer med én celle og giver måske ikke de omfattende overvågningsfunktioner, der kræves til højspændings- eller multicelleopsætninger.

Løsninger fra Texas Instruments og Analog Devices

Texas Instruments tilbyder en række IC'er, herunder dem med både passive og aktive afbalanceringsfunktioner. For eksempel leverer Linear Technologys Maxim Integrated-enheder dataindsamlingsudstyr med høj præcision til indsamling og transmission af analoge signaler, hvilket er afgørende for batteristyringssystemer (BMS).

. BQ24259 IC, der er udviklet af Texas Instruments, deler denne højpræcise dataindsamlingskapacitet, men er designet mere til enkle batteristyringsopgaver end til den avancerede afbalancering, som nogle af deres andre produkter tilbyder.

Målemetoder med høj opløsning

BQ24259 IC kan også sammenlignes med design, der bruger ADC'er med høj opløsning til strømmåling, som tilbyder store dynamiske områder på bekostning af hastigheden. Dette er især relevant i uregelmæssige belastningsscenarier, som f.eks. i elektriske køretøjer, hvor høje og højfrekvente strømspidser er almindelige.

. BQ24259 IC matcher måske ikke de højopløselige ADC'ers præcision, men er stadig en omkostningseffektiv løsning til mindre krævende applikationer.

Udviklingsværktøjer

Udviklingsværktøjer til BQ24259 IC spiller en afgørende rolle for at lette design, test og optimering af batteristyringssystemer (BMS). Disse værktøjer omfatter både hardwareevalueringssæt og softwareplatforme, der gør det muligt for ingeniører at evaluere ydeevne, overvåge funktionaliteter og integrere IC'en i forskellige applikationer på en effektiv måde.

Hardware-evalueringssæt

Hardwareevalueringssæt giver en omfattende løsning til vurdering af de nye intelligente BMS-enheder. Disse sæt indeholder alle nødvendige kredsløb til at aktivere mikrocontrollerenheden (MCU) og interne perifere enheder, hvilket sikrer, at ingeniører har adgang til alle enhedens signaler til grundig evaluering.

. Disse sæt er medvirkende til at udvikle løsninger, der udvider den nuværende litiumbatteriteknologi ved at give effektiv cellebalancering, overvågning og beskyttelsesfunktioner.

Modularitet og grænseflader

BMS-softwarearkitekturen er struktureret omkring et modulært designparadigme, hvor forskellige funktionelle enheder såsom celleovervågning, termisk styring, tilstandsestimering og kommunikationsgrænseflader fungerer som forskellige moduler. Disse moduler kommunikerer gennem veldefinerede kanaler, hvilket muliggør problemfri dataudveksling og koordinering. Denne modularitet øger fleksibiliteten i systemdesignet og gør det lettere at integrere nye funktioner eller opgraderinger.

.

Centraliseret kontrol og overvågning

En central styreenhed eller et mastermodul overvåger hele BMS-driften. Den indsamler data fra individuelle moduler, behandler information ved hjælp af algoritmer til tilstandsestimering og fejldetektering og giver kommandoer til korrigerende handlinger. Denne centraliserede tilgang optimerer systemets ydeevne og sikrer konsekvent drift under varierende forhold.

.

Kommunikationsprotokoller

Robuste kommunikationsprotokoller, såsom Controller Area Network (CAN), sikrer pålidelig datatransmission mellem moduler. Disse protokoller definerer meddelelsesstrukturer, fejlhåndteringsmekanismer og tidsbegrænsninger og opretholder dermed dataintegriteten på tværs af systemet.

.

Segmentering af hardware og software

Hardwaredelen af BMS omfatter masterboard, slaveboard, batteripakke, højhastighedsspændingsudstyr, strømkildeenhed og realtidsmålmaskine. På softwaresiden er der syv forskellige moduler, herunder startkontrol, batterimodel, virtuel batterikontrol, strømkildekontrol, BMS-datainteraktion, signalopdatering og portkonfiguration. Batterimodellen regulerer primært analoge signaludgange, mens det virtuelle batterikontrolmodul konverterer modelberegninger til data, der kan genkendes af hardwarekomponenten.

.

Historisk udvikling

Den historiske udvikling af BQ24259 IC er forankret i den bredere udvikling af batteristyringssystemer (BMS) og integrerede strømstyringskredsløb (PMIC'er). De tidlige fremskridt inden for batteristyringsteknologier var primært fokuseret på at forbedre effektiviteten og sikkerheden i batteridrevne systemer. Disse fremskridt blev drevet af den stigende efterspørgsel efter bærbare gadgets, elektriske køretøjer og andre batteriafhængige enheder.

. Udviklingen af BMS-løsninger oplevede betydelige bidrag fra forskellige nøgleaktører i branchen, herunder Texas Instruments, Analog Devices, Inc. og NXP Semiconductors. Disse virksomheder investerede kraftigt i forskning og udvikling for at introducere banebrydende BMS-løsninger, der kunne opfylde de skiftende krav fra bilindustrien og forbrugerelektroniksektoren. Innovationerne inden for IC'er til batteriovervågning, der blev vurderet til ca. 1,6 mia. dollars i 2021 og forventes at nå op på 4,8 mia. dollars i 2031, understregede den kritiske rolle, disse komponenter spiller i optimeringen af batteriets levetid og ydeevne. I begyndelsen af 2020'erne havde BMS-markedet udviklet sig til at omfatte sofistikerede algoritmer og funktioner, der havde til formål at forlænge batteriets levetid og sikre sikkerheden. Disse omfattede overvågning af opladningstilstand (SOC) og sundhedstilstand (SOH), strømstyring i realtid og effektive strømkonverteringsenheder. BQ24259 IC, der blev udviklet i dette innovative landskab, udnyttede disse teknologiske fremskridt til at tilbyde højpræcise spændingsreguleringsløsninger og maksimere batterikapaciteten, samtidig med at designkompleksiteten og omkostningerne blev reduceret. De løbende fremskridt inden for BMS- og PMIC-teknologier, drevet frem af strategiske partnerskaber og betydelige investeringer i forskning og udvikling, har fortsat formet udviklingen og forbedringen af batteristyringsløsninger som BQ24259 IC. Denne historiske udvikling fremhæver den kritiske betydning af kontinuerlig innovation for at imødekomme de komplekse krav i moderne batteridrevne systemer.