Résumé

Le circuit intégré BQ24259 est une solution de gestion de batterie hautement intégrée développée par Texas Instruments, conçue pour une charge efficace et une gestion de l'alimentation des batteries lithium-ion à cellule unique. Ce circuit intégré (CI) se distingue par sa capacité à fournir un courant de charge de 2 A tout en prenant en charge une large gamme de tensions d'entrée, ce qui le rend idéal pour divers appareils électroniques portables, applications automobiles et appareils IoT intelligents. La polyvalence du BQ24259 s'étend à sa prise en charge des fonctionnalités USB On-The-Go (OTG), permettant une distribution efficace de l'énergie entre le système et la batterie, et le rendant adapté aux appareils qui nécessitent une gestion de l'alimentation fiable et efficace. Les principales caractéristiques du circuit intégré BQ24259 comprennent ses systèmes d'acquisition de tension et de courant de haute précision, qui garantissent des performances et une longévité optimales de la batterie en évitant les scénarios de surcharge et de décharge excessive. Il intègre également des mesures de sécurité avancées telles que la régulation thermique, la protection contre les surintensités et le verrouillage de sous-tension d'entrée, qui améliorent la fiabilité et la sécurité du processus de charge. L'architecture du circuit intégré comprend un module de conditionnement de signal qui utilise un circuit en pont complet, convertissant le courant unidirectionnel en courant bidirectionnel, et une machine cible en temps réel pour un contrôle et une communication efficaces entre les composants matériels. Le circuit intégré BQ24259 se distingue par son vaste ensemble de périphériques intégrés, notamment des convertisseurs analogique-numérique (ADC), des convertisseurs numérique-analogique (DAC) et des interfaces de communication telles que CAN (Controller Area Network) et LIN (Local Interconnect Network). Ces fonctionnalités permettent une intégration transparente dans divers modules de contrôle automobile et systèmes avancés d'assistance à la conduite (ADAS). Sa qualification de qualité automobile garantit des performances fiables dans des conditions environnementales difficiles, ce qui en fait une pierre angulaire de l'innovation dans l'industrie de l'électronique automobile. Malgré ses nombreux avantages, le circuit intégré BQ24259 n'est pas sans limites. Des défis tels que l'estimation précise de l'état de charge, l'évolutivité entre différentes chimies de batterie et la complexité et le coût des systèmes avancés de gestion de batterie (BMS) peuvent constituer des obstacles. Cependant, les progrès continus dans les technologies BMS, portés par les leaders de l'industrie et des investissements substantiels en R&D, continuent d'améliorer les capacités des solutions de gestion de batterie comme le BQ24259, garantissant des performances et une sécurité élevées dans diverses applications.

Aperçu

Le BQ24259 est un chargeur USB NVDC-1 monocellulaire 2 A contrôlé par I2C avec tension réglable, conçu et fabriqué par Texas Instruments. Ce circuit intégré (CI) fait partie du catalogue plus large de solutions de gestion de l'alimentation de Texas Instruments

Il est livré dans un boîtier compact 24-VQFN et fonctionne efficacement dans une plage de températures de -40 °C à 85 °C. Le circuit intégré BQ24259 est une solution de charge polyvalente qui facilite les fonctionnalités USB On-The-Go (OTG), ce qui le rend adapté à divers appareils électroniques portables qui nécessitent une gestion de l'alimentation fiable et efficace. Il prend en charge une gamme de protocoles de charge, ce qui lui permet de s'adapter à différentes sources d'alimentation USB et de gérer efficacement la distribution d'énergie entre le système et la batterie. Les principales caractéristiques du BQ24259 comprennent ses systèmes d'acquisition de tension et de courant de haute précision, qui sont essentiels pour maintenir des performances et une longévité optimales de la batterie. Ces caractéristiques garantissent que le processus de charge est à la fois sûr et efficace, évitant des problèmes tels que la surcharge et la décharge excessive, qui peuvent dégrader la durée de vie de la batterie. L'architecture du BQ24259 comprend également un module de conditionnement de signal qui utilise un circuit à pont complet. Cette conception convertit le courant unidirectionnel en courant bidirectionnel, permettant au chargeur de produire des signaux analogiques de charge et de décharge précis pour le système de batterie. La machine cible en temps réel au sein du système agit comme centre d'implémentation logicielle, contrôlant chaque composant matériel et facilitant les interactions de communication entre divers éléments matériels.

Caractéristiques principales

Le circuit intégré BQ24259 est une solution de gestion de l'alimentation très avancée conçue pour répondre aux exigences rigoureuses des appareils électroniques modernes. Ce circuit intégré (CI) est particulièrement adapté aux systèmes alimentés par batterie, offrant une suite complète de fonctionnalités qui améliorent à la fois les performances et la sécurité.

Mesures de sécurité intégrées

Le circuit intégré BQ24259 comprend un ensemble robuste de mesures de sécurité intégrées conçues pour garantir la fiabilité et la sécurité dans divers scénarios opérationnels. Ces caractéristiques comprennent des techniques d'isolation rigoureuses qui isolent efficacement les composants haute tension (HT) du châssis du véhicule et des systèmes basse tension, empêchant ainsi tout contact électrique et toute fuite involontaire. Les systèmes de surveillance continue surveillent activement le réseau HT pour détecter des anomalies telles que des courts-circuits ou des ruptures d'isolation, permettant une détection et une réponse rapides. Les mécanismes d'arrêt rapide, y compris les relais ou contacteurs à grande vitesse, déconnectent rapidement le système HT en cas de défauts détectés, minimisant ainsi les risques de choc électrique ou d'incendie. De plus, des disjoncteurs ou des fusibles placés stratégiquement protègent contre les conditions de surintensité, évitant ainsi les incidents thermiques

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Périphériques avancés

Le circuit intégré BQ24259 dispose d'un ensemble complet de périphériques, notamment des convertisseurs analogique-numérique (ADC), des convertisseurs numérique-analogique (DAC) et des interfaces de communication telles que CAN (Controller Area Network) et LIN (Local Interconnect Network). Il comprend également des temporisateurs, des contrôleurs PWM et des GPIO, permettant une intégration transparente dans divers modules de contrôle automobile tels que les systèmes de gestion du moteur, les modules de contrôle de la carrosserie et les systèmes avancés d'assistance à la conduite (ADAS)

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Qualification de niveau automobile

Sa qualification de qualité automobile garantit une fiabilité dans des conditions environnementales difficiles, ce qui le rend adapté à une utilisation dans des véhicules où la durabilité et la sécurité sont primordiales. Avec sa combinaison de puissance de traitement, de fonctionnalités périphériques et de fiabilité de qualité automobile, le circuit intégré BQ24259 constitue une pierre angulaire de l'innovation dans l'industrie de l'électronique automobile, permettant le développement de véhicules plus sûrs, plus efficaces et plus intelligents

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Détection et diagnostic des pannes

Le circuit intégré BQ24259 utilise des algorithmes avancés pour détecter les défauts tels que les déséquilibres cellulaires, la faible capacité ou les erreurs de communication. Ces diagnostics aident à identifier les problèmes et à faciliter la maintenance, garantissant ainsi la longévité et la fiabilité du système

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Gestion de l'énergie

Dans les véhicules électriques ou les systèmes d'énergie renouvelable, le circuit intégré BQ24259 contrôle les taux de charge et de décharge pour optimiser l'utilisation de l'énergie pour plus d'efficacité et pour prolonger la durée de vie de la batterie. Cela est particulièrement crucial pour maintenir les performances des batteries lithium-ion sur des périodes prolongées

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Enregistrement et analyse des données

Le circuit intégré comprend un équipement de collecte de données de haute précision pour collecter des signaux analogiques et transmettre les données de signal collectées à l'ordinateur supérieur pour analyse. Cette capacité permet une surveillance et une évaluation précises du système de gestion de la batterie (BMS), améliorant ainsi les performances et la fiabilité globales du système de gestion de l'alimentation

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Rendement du convertisseur DC-DC

Le circuit intégré BQ24259 intègre un convertisseur CC-CC hautement efficace conçu pour réguler les niveaux de tension dans divers systèmes électroniques. Le convertisseur fonctionne sur une large plage de tension d'entrée, généralement de 4,5 V à 36 V, et fournit une tension de sortie stable, souvent autour de 12 V, ce qui est courant dans de nombreuses applications. L'utilisation d'un redressement synchrone et d'un circuit de contrôle avancé assure une régulation précise de la tension de sortie, même dans des conditions de charge variables et des fluctuations de tension d'entrée. De plus, le convertisseur est doté d'une protection contre les surintensités, d'un arrêt thermique et d'un verrouillage en cas de sous-tension d'entrée, protégeant à la fois le convertisseur lui-même et les appareils connectés contre les dommages potentiels

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Intégration de la gestion de l'alimentation

Les capacités complètes de gestion de l'alimentation du circuit intégré BQ24259 incluent le séquençage de canaux intégré, le démarrage sécurisé

Innovations technologiques

Le circuit intégré BQ24259 incarne des avancées technologiques importantes conçues pour améliorer l'efficacité et la sécurité des systèmes de gestion de batterie (BMS). Les leaders du marché tels que Texas Instruments, Analog Devices, Inc., Renesas Electronics Corporation et NXP Semiconductors ont mis en œuvre des initiatives stratégiques, axées sur les avancées technologiques pour maintenir et accroître leur part de marché dans les solutions BMS

Ces entreprises investissent massivement dans la recherche et le développement (R&D) pour introduire des solutions BMS de pointe qui répondent aux demandes évolutives du secteur automobile, garantissant des performances, une sécurité et une longévité optimales.

Innovations dans les configurations de batteries

Les innovations récentes dans les configurations de packs de batteries, telles que les conceptions cellule-à-pack et cellule-à-châssis, ont été adoptées pour les batteries au lithium-fer-phosphate (LFP) et devraient encore améliorer les performances des batteries. De plus, les progrès dans la fabrication, notamment le développement d'électrodes multicouches, ont permis des capacités de charge ultra-rapides. Des efforts sont en cours pour augmenter la teneur en manganèse dans les batteries au nickel-manganèse-cobalt (NMC) et au LFP afin soit d'améliorer la densité énergétique tout en maintenant de faibles coûts (LFP), soit de réduire les coûts tout en maintenant une densité énergétique élevée (NMC).

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Compétitivité régionale et convergence mondiale

En termes de compétitivité régionale, les prix des batteries sont actuellement les plus bas en Chine, suivie de l’Amérique du Nord, de l’Europe et d’autres pays d’Asie-Pacifique. Cependant, les prix des batteries dans toutes les régions ont convergé ces dernières années, ce qui indique que les batteries de véhicules électriques (VE) deviennent un produit véritablement mondialisé

Cette convergence reflète la demande mondiale croissante de véhicules électriques et l’augmentation parallèle de la demande de systèmes avancés de gestion des batteries.

Acteurs clés et initiatives stratégiques

Les principaux acteurs de l'écosystème BMS, notamment Sensata Technologies, Inc., NXP Semiconductors, Renesas Electronics Corporation, Analog Devices, Inc. et Texas Instruments, s'appuient sur des stratégies telles que les lancements de produits et les collaborations pour renforcer leurs positions sur le marché

Le marché mondial des BMS a été évalué à 147,5 milliards de TP4T en 2022 et devrait atteindre 141 milliards de TP4T d'ici 2032, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 19,11 TP3T de 2023 à 2032.

Fonctionnalités avancées du circuit intégré BQ24259

Le circuit intégré BQ24259 offre plusieurs fonctionnalités avancées qui contribuent à son efficacité et à sa fiabilité élevées. Il comprend un chargeur à découpage à haut rendement avec un chemin d'alimentation séparé, une conformité de charge USB avec des limites de courant d'entrée sélectionnables et un temporisateur de surveillance avec une broche de provision de batterie morte (DBP) à synchroniser avec USBPHI externe

La gestion du chemin d'alimentation régule le système légèrement au-dessus de la tension de la batterie et maintient le fonctionnement même lorsque la batterie est épuisée ou retirée, garantissant ainsi une fonctionnalité continue.

Sécurité et efficacité améliorées

Le circuit intégré BQ24259 intègre un circuit de contrôle avancé pour assurer une régulation précise de la tension de sortie, même dans des conditions de charge variables et des fluctuations de tension d'entrée. Il dispose d'une protection contre les surintensités, d'un arrêt thermique et d'un verrouillage en cas de sous-tension d'entrée, protégeant à la fois le convertisseur et les appareils connectés contre les dommages potentiels

. L'accent mis sur la sécurité et l'efficacité rend le circuit intégré BQ24259 adapté à une large gamme d'applications industrielles, automobiles et de télécommunications. Ces innovations technologiques démontrent les progrès significatifs réalisés dans le développement des systèmes de gestion de batterie, sous l'impulsion des entreprises leaders du secteur.

Algorithmes de charge

Le circuit intégré BQ24259 dispose d'un algorithme de charge avancé qui fonctionne en trois phases distinctes : préconditionnement, courant constant et tension constante

. Au départ, l'appareil détecte la tension de la batterie et entre dans la phase de préconditionnement si la tension est inférieure à un certain seuil. Dans cette phase, la batterie est chargée avec un faible courant pour amener sa tension à un niveau acceptable en toute sécurité pour la phase suivante. Pendant la phase de courant constant, le circuit intégré fournit un courant de charge élevé et constant pour charger rapidement la batterie. Cette phase se poursuit jusqu'à ce que la tension de la batterie approche de sa limite maximale, moment auquel l'algorithme de charge passe à la phase de tension constante. Ici, le courant de charge diminue progressivement tout en maintenant une tension constante, garantissant que la batterie atteint sa pleine charge sans être surchargée. Le BQ24259 met automatiquement fin au processus de charge lorsque le courant de charge tombe en dessous d'une limite prédéfinie pendant la phase de tension constante. Si la tension de la batterie entièrement chargée tombe ultérieurement en dessous d'un seuil prédéfini, le circuit intégré redémarre automatiquement le cycle de charge pour maintenir la charge de la batterie. Le circuit intégré intègre également plusieurs fonctions de sécurité, telles que la surveillance de la thermistance négative, une minuterie de sécurité de charge et des protections contre les surtensions et les surintensités. La régulation thermique est utilisée pour réduire le courant de charge si la température de jonction dépasse 120 °C, ce qui est programmable en fonction des exigences spécifiques. Pour améliorer encore l'efficacité et la sécurité du processus de charge, le BQ24259 offre un ensemble de fonctionnalités qui comprend un chemin d'alimentation à faible impédance. Cela optimise le fonctionnement en mode de commutation, permettant à l'appareil de fonctionner efficacement même lorsque la batterie est épuisée ou retirée. La fonction de gestion du chemin d'alimentation ajuste automatiquement le courant de charge pour éviter de surcharger la source d'entrée, garantissant ainsi un processus de charge fiable et sûr.

Applications

Le circuit intégré BQ24259 est largement utilisé dans diverses applications en raison de ses capacités avancées de gestion de batterie. Ces applications couvrent l'électronique grand public, les systèmes automobiles et les appareils IoT intelligents.

Électronique grand public

Dans le domaine de l'électronique grand public, le circuit intégré BQ24259 est essentiel pour garantir l'utilisation sûre et efficace des batteries lithium-ion, qui sont appréciées pour leur densité énergétique élevée et leur longue durée de vie. Ces attributs rendent le circuit intégré BQ24259 adapté à une large gamme d'appareils électroniques portables tels que les smartphones, les ordinateurs portables et les appareils photo numériques

La capacité du circuit intégré à gérer des tâches telles que la protection contre les surcharges et les décharges excessives, ainsi que la surveillance du courant, garantit la longévité et la fiabilité des sources d'alimentation de ces appareils.

Systèmes automobiles

Le circuit intégré BQ24259 trouve également des applications dans les systèmes automobiles, où une gestion robuste de la batterie est essentielle. Les microcontrôleurs de qualité automobile, tels que ceux développés par STMicroelectronics, intègrent ces circuits intégrés pour répondre aux exigences rigoureuses des applications automobiles modernes

Ces systèmes nécessitent des capacités de traitement hautes performances et en temps réel pour garantir la sécurité et le contrôle de l'automobile, que le circuit intégré BQ24259 prend en charge en gérant l'alimentation électrique et en protégeant contre les défauts électriques.

Appareils IoT intelligents

Les appareils IoT intelligents, notamment les patchs médicaux intelligents, les casques sans fil et les systèmes de suivi des actifs, bénéficient grandement de la gestion efficace de la batterie du circuit intégré BQ24259

Ces applications nécessitent une durée de vie et une fiabilité de la batterie étendues, ce que le CI fournit grâce à des systèmes de protection de batterie avancés. La faible consommation d'énergie et le rendement élevé du CI sont particulièrement avantageux dans les appareils à espace restreint où l'optimisation de la durée de vie de la batterie est essentielle.

Spécifications techniques

Le circuit intégré BQ24259 est une solution de gestion de batterie hautement intégrée conçue pour diverses applications, notamment l'électronique grand public, l'automobile et les systèmes d'énergie renouvelable. Ce circuit intégré offre un ensemble robuste de fonctionnalités visant à garantir des performances, une sécurité et une longévité optimales des systèmes de batterie.

Capacités de charge de la batterie

Le BQ24259 prend en charge une large gamme de fonctionnalités de charge, adaptées à différentes chimies et configurations de batterie. Il est équipé d'un circuit de gestion de l'alimentation d'entrée qui peut rectifier l'alimentation CA d'une bobine réceptrice d'alimentation sans fil et générer un rail d'entrée stable entre 2,7 V et 5,5 V, ce qui est essentiel pour alimenter un chargeur de batterie à courant constant/tension constante complet. Le circuit intégré offre une tension de charge sélectionnable par broche de 4,2 V ou 4,35 V et prend en charge un courant de charge allant jusqu'à 7,5 mA. De plus, il dispose d'une recharge automatique, d'une surveillance de la température de la batterie via une broche NTC et d'une minuterie de fin de charge de sécurité intégrée de 6 heures pour améliorer la sécurité et l'efficacité pendant le processus de charge

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Protection contre les batteries faibles

Pour protéger la batterie et les appareils connectés, le BQ24259 intègre un mécanisme de protection contre les batteries faibles qui déconnecte la batterie de toutes les charges lorsque la tension de la batterie descend en dessous de 3,0 V. Cette fonction permet de prolonger la durée de vie de la batterie et d'éviter les conditions de décharge profonde qui pourraient potentiellement endommager la batterie

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Fréquence de commutation et package

La fréquence de commutation de la pompe de charge du BQ24259 est réglée sur 50 kHz ou 75 kHz, ce qui permet de maintenir le bruit de commutation hors de la plage audible. Cela rend le circuit intégré idéal pour les applications liées à l'audio telles que les prothèses auditives et les casques sans fil. Le circuit intégré est disponible dans un boîtier LQFN compact et discret de 12 broches de 2 mm × 2 mm, garantissant un faible encombrement et une facilité d'intégration dans diverses conceptions. Le dispositif est garanti pour fonctionner dans une plage de températures de -20 °C à 85 °C, répondant à la spécification de classe E

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Intégration et périphériques

En plus de ses fonctions de gestion de batterie de base, le BQ24259 intègre plusieurs périphériques qui facilitent une intégration transparente dans divers systèmes électroniques. Par exemple, ses convertisseurs analogique-numérique (ADC), ses convertisseurs numérique-analogique (DAC) et ses interfaces de communication telles que CAN (Controller Area Network) et LIN (Local Interconnect Network) lui permettent de s'interfacer avec divers modules de contrôle automobile, notamment les systèmes de gestion du moteur et les systèmes avancés d'assistance à la conduite (ADAS)

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Régulation et protection de tension

Le BQ24259 est conçu dans un souci d'efficacité et de fiabilité. Il utilise la rectification synchrone, une technique qui minimise les pertes de puissance lors de la conversion de tension. Son circuit de contrôle avancé assure une régulation précise de la tension de sortie, même dans des conditions de charge variables et des fluctuations de tension d'entrée. Le circuit intégré comprend également des fonctions de protection contre les surintensités, d'arrêt thermique et de verrouillage en cas de sous-tension d'entrée, protégeant à la fois le circuit intégré et les appareils connectés contre les dommages potentiels

En intégrant ces fonctionnalités complètes, le circuit intégré BQ24259 constitue une solution polyvalente et fiable pour une large gamme d'applications de gestion de batterie, garantissant des performances et une sécurité élevées dans divers secteurs.

Configuration des broches

Le circuit intégré BQ24259 est doté d'un boîtier VQFN à 24 broches avec un tampon thermique exposé pour une meilleure dissipation de la chaleur

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Bus V

Broches 1, 24 (P): La broche de tension d'entrée du chargeur est connectée au MOSFET interne à canal N (RBFET) entre VBUS et PMID avec VBUS sur la source. Il est recommandé de placer un condensateur céramique de 1 µF de VBUS à PGND, situé aussi près que possible du circuit intégré

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PSEL

Broche 2 (I): Cette broche sert d'entrée de sélection de source d'alimentation. Un signal élevé indique une source hôte USB, tandis qu'un signal faible indique une source d'adaptateur

Laisser la broche PSEL flottante peut entraîner une limite de courant de 500 mA ou 3 A au démarrage, ce qui peut entraîner un comportement indésirable, sauf si la limite de courant d'entrée est programmée manuellement pour chaque adaptateur ou prise USB.

PG

Broche 3 (O):Un indicateur de faible puissance actif à drain ouvert. Lorsqu'il est connecté au rail de rappel via une résistance de 10 kΩ, un signal faible indique une bonne connexion

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CE

Broche 9 (I): La broche d'activation de charge est active en position basse. La charge de la batterie est activée lorsque REG01[5:4] = 01 et que la broche CE est basse. La broche CE doit être tirée vers le haut ou vers le bas pour un bon fonctionnement

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ILIM

Broche 10 (I): La broche ILIM définit la limite maximale du courant d'entrée en régulant la tension ILIM à 1 V. Une résistance connectée de la broche ILIM à la terre définit la limite maximale comme IINMAX = (1 V/RILIM) × KILIM. La limite réelle du courant d'entrée est la plus basse de celle définie par l'ILIM et I2C REG00[2:0]. Le courant d'entrée minimum programmé sur la broche ILIM est de 500 mA

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TS

Broche 11 (I): Il s'agit de la broche d'entrée de tension de qualification de température. Elle doit être connectée à une thermistance à coefficient de température négatif (NTC). La fenêtre de température est programmée avec un diviseur de résistance de REGN à TS à GND. La charge est suspendue ou le Boost est désactivé lorsque la broche TS est hors de portée. Une thermistance 103AT-2 est recommandée

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QON

Broche 12 (I): Cette broche contrôle la fonction d'activation du BATFET en mode d'expédition. Une transition logique de bas en haut sur cette broche avec un niveau haut minimum de 2 ms active le BATFET pour quitter le mode d'expédition

Il dispose d'une résistance de rappel interne de 1 MΩ (typ).

BATTE

Broches 13, 14 (P): Ces broches sont les points de connexion de la batterie à la broche positive du bloc-batterie. Le BATFET interne est connecté entre BAT et SYS. Il est conseillé de connecter un condensateur de 10 µF à proximité des broches BAT pour des performances optimales

Cette configuration offre un contrôle complet sur la gestion de la batterie et le processus de charge, garantissant un fonctionnement sûr et efficace.

Circuits d'application typiques

Le circuit intégré BQ24259 est largement utilisé dans diverses applications en raison de son rendement élevé et de ses fonctions de charge avancées. L'une des applications typiques est dans les systèmes de gestion de batterie pour appareils électroniques portables. L'appareil prend en charge un chargeur à découpage haute efficacité de 2 A avec un chargeur compatible USB à entrée unique, capable d'une tension d'entrée de 3,9 V à 6,2 V et offrant une protection contre les surtensions de 6,4 V

. Cela le rend adapté aux appareils qui nécessitent des capacités de charge fiables et sûres. Dans les appareils portables tels que les patchs médicaux intelligents et les casques sans fil, la capacité du BQ24259 à gérer la charge de la batterie de manière autonome sans contrôle logiciel est particulièrement avantageuse. Le circuit intégré peut détecter automatiquement la tension de la batterie et gérer le cycle de charge à travers trois phases distinctes : préconditionnement, courant constant et tension constante. À la fin du cycle de charge, il arrête automatiquement la charge lorsque le courant descend en dessous d'une limite prédéfinie dans la phase de tension constante. Si la tension de la batterie descend ultérieurement en dessous du seuil de recharge, le chargeur lance automatiquement un autre cycle de charge. Le BQ24259 comprend plusieurs fonctions de sécurité pour assurer un fonctionnement fiable, telles que la surveillance de la thermistance négative, une minuterie de sécurité de charge et une protection contre les surtensions/surintensités. La régulation thermique est également une fonction clé, réduisant le courant de charge lorsque la température de jonction dépasse 120 °C, ce qui est programmable. La sortie STAT du circuit intégré signale l'état de charge et les conditions de défaut, tandis que la broche INT informe immédiatement l'hôte de tout défaut, améliorant ainsi la sécurité du système et les capacités de surveillance. De plus, le circuit intégré BQ24259 est disponible dans un boîtier VQFN compact de 24 broches et de 4 × 4 mm² d'épaisseur, ce qui le rend idéal pour les applications à espace restreint. Son intégration de la communication I2C permet des performances système et des rapports d'état optimaux, ce qui le rend polyvalent pour diverses applications alimentées par batterie.

Avantages

Investir dans la technologie des systèmes de gestion de batterie (BMS) offre de nombreux avantages concurrentiels, notamment en termes de performances et de sécurité des produits, qui s'inscrivent dans la tendance mondiale vers des solutions énergétiques propres. Cette tendance a suscité l'intérêt des fabricants établis et des nouveaux investisseurs désireux de capitaliser sur les opportunités des marchés émergents et de contribuer à un avenir plus vert

L'un des principaux avantages d'une approche intégrée de protection de la batterie est la protection complète qu'elle offre. La batterie du côté entrée peut être protégée contre la décharge excessive et la surcharge en connectant le chargeur de batterie du côté sortie du commutateur. Cette approche réduit non seulement le nombre de composants, mais permet également d'économiser beaucoup d'espace, ce qui la rend idéale pour les appareils portables avancés, les appareils médicaux connectés et d'autres applications à taille limitée. La flexibilité est un autre avantage important, car les ingénieurs doivent généralement concevoir et qualifier des cartes et des nomenclatures distinctes pour chaque configuration de module différente. Le MAX17853 est remarquable pour être le seul circuit intégré (CI) du secteur qui prend en charge plusieurs configurations de canaux (8 à 14 cellules) avec une seule carte. Cette capacité permet aux ingénieurs de réduire le temps de conception jusqu'à 50% grâce à des efforts de validation et de qualification réduits. L'innovation incessante dans les technologies de batterie a permis des avancées dans une large gamme de produits, des gadgets portables aux véhicules électriques (VE). Les solutions de gestion de batterie (BMS), soutenues par des circuits intégrés de surveillance, ne sont pas seulement des mesures d'économie de coûts, mais servent également de véritables gardiens du stockage d'énergie. Elles optimisent l'espace, prolongent la durée de vie de la batterie et améliorent les normes de sécurité en surveillant des paramètres cruciaux tels que l'état de charge (SOC), l'état de santé (SOH) et la gestion du courant en temps réel. En outre, les progrès réalisés dans le domaine des batteries ont considérablement amélioré leur efficacité, permettant aux produits de fournir une puissance de sortie supérieure par rapport à leur taille et à leur poids. Cette efficacité est évidente dans l'évolution des batteries de voiture volumineuses vers des batteries lithium-ion compactes, suffisamment petites pour tenir dans la paume d'une main et suffisamment légères pour ne peser que quelques kilos. Collectivement, ces avancées dans la technologie BMS garantissent la fiabilité et la sécurité des systèmes haute tension des véhicules électriques et hybrides dans divers scénarios opérationnels. La mise en œuvre de mesures de sécurité robustes permet de minimiser le risque de situations dangereuses, protégeant ainsi les occupants, les intervenants d'urgence et les passants.

Limites

Les systèmes de gestion de batterie (BMS) sont essentiels pour optimiser les performances, la sécurité et la longévité des batteries, mais ils sont confrontés à plusieurs limites inhérentes. La principale d'entre elles est le défi d'estimer avec précision l'état de charge (SOC), qui est compliqué par des facteurs tels que les fluctuations de température, le vieillissement de la batterie et les taux de décharge variables. L'obtention d'une estimation précise de l'état de charge reste un domaine de recherche essentiel

De plus, les BMS avancés intégrant des fonctionnalités telles que l'équilibrage des cellules et la détection des défauts sont complexes et coûteux, ce qui limite potentiellement leur adoption dans les applications sensibles aux coûts. De plus, l'évolutivité entre différentes chimies et configurations de batteries constitue un obstacle, nécessitant des solutions personnalisées. Les problèmes de fiabilité sont également importants, car les défaillances des BMS peuvent entraîner des conséquences néfastes telles qu'une surcharge ou une sous-charge, qui compromettent la durée de vie et la sécurité de la batterie. Malgré ces défis, les avancées dans les circuits intégrés, tels que le MAX17853, semblent prometteuses pour remédier à certaines limitations. Ce circuit intégré prend en charge plusieurs configurations de canaux avec une seule carte, réduisant ainsi considérablement le temps de conception et de qualification. De plus, il comprend des systèmes avancés d'équilibrage des cellules de batterie qui équilibrent automatiquement chaque cellule en fonction du temps et de la tension afin de minimiser le risque de surcharge, améliorant ainsi la sécurité globale du système sans avoir besoin de composants supplémentaires.

Comparaison avec d'autres circuits intégrés

Le circuit intégré BQ24259 fait partie d'une catégorie plus large de circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC), qui sont essentiels pour gérer le flux et la direction de l'énergie électrique dans divers appareils. Ces circuits intégrés sont essentiels car ils aident à contrôler plusieurs tensions internes et sources d'alimentation externe, garantissant une meilleure efficacité de conversion, des tailles de solution plus petites et une meilleure dissipation de la chaleur

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Circuits intégrés de jauge de carburant de Maxim Integrated

En août, Maxim Integrated a présenté les circuits intégrés de jauge de carburant, à savoir les MAX17301 et MAX17311, qui prétendent offrir les paramètres les plus configurables pour la sécurité des batteries du secteur. Ces circuits intégrés peuvent ajuster avec précision les seuils de tension et de courant en fonction de différentes zones de température, et ils disposent d'un schéma de protection secondaire qui désactive définitivement la batterie en cas de panne grave

Le circuit intégré BQ24259, bien que robuste, peut ne pas offrir le même niveau de configurabilité et de capacités de protection secondaire que les dernières offres de Maxim Integrated.

Circuits intégrés de surveillance de batteries multicellulaires

Les circuits intégrés frontaux de batteries multicellulaires de Renesas ouvrent la voie aux applications haute tension en surveillant méticuleusement des paramètres tels que la tension aux bornes et la température pour optimiser les performances des batteries

Comparé à ces circuits intégrés de surveillance de batterie multicellulaire, le circuit intégré BQ24259 est généralement adapté aux applications à cellule unique et peut ne pas fournir les capacités de surveillance étendues requises pour les configurations haute tension ou multicellulaires.

Solutions Texas Instruments et Analog Devices

Texas Instruments propose une gamme de circuits intégrés comprenant des fonctions d'équilibrage passives et actives. Par exemple, les dispositifs Maxim Integrated de Linear Technology fournissent un équipement de collecte de données de haute précision pour la collecte et la transmission de signaux analogiques, essentiels pour les systèmes de gestion de batterie (BMS)

Le circuit intégré BQ24259, développé par Texas Instruments, partage cette capacité de collecte de données de haute précision, mais est davantage conçu pour des tâches simples de gestion de batterie plutôt que pour l'équilibrage avancé fourni par certaines de leurs autres offres.

Techniques de mesure à haute résolution

Le circuit intégré BQ24259 peut également être comparé à des conceptions utilisant des ADC haute résolution pour la mesure du courant, qui offrent de larges plages dynamiques au détriment de la vitesse. Cela est particulièrement pertinent dans les scénarios de charge erratique, comme dans les véhicules électriques, où les pics de courant de grande amplitude et de haute fréquence sont courants

Le circuit intégré BQ24259 n'est peut-être pas à la hauteur de la précision des ADC haute résolution, mais il reste une solution rentable pour les applications moins exigeantes.

Outils de développement

Les outils de développement pour le circuit intégré BQ24259 jouent un rôle crucial dans la conception, le test et l'optimisation des systèmes de gestion de batterie (BMS). Ces outils comprennent à la fois des kits d'évaluation matérielle et des plates-formes logicielles qui permettent aux ingénieurs d'évaluer les performances, de surveiller les fonctionnalités et d'intégrer efficacement le circuit intégré dans diverses applications.

Kits d'évaluation du matériel

Les kits d'évaluation matérielle offrent une solution complète pour évaluer les nouveaux dispositifs BMS intelligents. Ces kits comprennent tous les circuits nécessaires pour alimenter l'unité de microcontrôleur (MCU) et les périphériques internes, garantissant ainsi aux ingénieurs l'accès à tous les signaux de l'appareil pour une évaluation approfondie

Ces kits jouent un rôle essentiel dans le développement de solutions qui améliorent la technologie actuelle des batteries au lithium en fournissant des fonctions efficaces d'équilibrage, de surveillance et de protection des cellules.

Modularité et interfaçage

L'architecture logicielle du BMS est structurée autour d'un paradigme de conception modulaire, où différentes unités fonctionnelles telles que la surveillance des cellules, la gestion thermique, l'estimation de l'état et les interfaces de communication fonctionnent comme des modules distincts. Ces modules communiquent via des canaux bien définis, permettant un échange et une coordination des données transparents. Cette modularité améliore la flexibilité de conception du système et facilite l'intégration de nouvelles fonctionnalités ou mises à niveau

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Contrôle et surveillance centralisés

Une unité de contrôle centralisée ou un module maître supervise l'ensemble du fonctionnement du BMS. Il collecte les données des modules individuels, traite les informations à l'aide d'algorithmes d'estimation de l'état et de détection des pannes, et fournit des commandes pour les actions correctives. Cette approche centralisée optimise les performances du système et garantit un fonctionnement cohérent dans des conditions variables

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Protocoles de communication

Des protocoles de communication robustes, tels que le réseau CAN (Controller Area Network), garantissent une transmission fiable des données entre les modules. Ces protocoles définissent les structures des messages, les mécanismes de gestion des erreurs et les contraintes de temps, préservant ainsi l'intégrité des données dans l'ensemble du système.

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Segmentation matérielle et logicielle

La partie matérielle du BMS comprend la carte maître, la carte esclave, le bloc-batterie, l'équipement de tension à grande vitesse, le dispositif de source de courant et la machine cible en temps réel. Côté logiciel, sept modules distincts sont segmentés, dont le contrôle de lancement, le modèle de batterie, le contrôle de batterie virtuelle, le contrôle de source de courant, l'interaction des données BMS, la mise à jour du signal et la configuration des ports. Le modèle de batterie régule principalement les sorties de signaux analogiques, tandis que le module de contrôle de batterie virtuelle convertit les calculs du modèle en données reconnaissables par le composant matériel

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Développement historique

Le développement historique du circuit intégré BQ24259 s'inscrit dans l'évolution plus large des systèmes de gestion de batterie (BMS) et des circuits intégrés de gestion de l'alimentation (PMIC). Les premières avancées dans les technologies de gestion de batterie étaient principalement axées sur l'amélioration de l'efficacité et de la sécurité des systèmes alimentés par batterie. Ces avancées ont été motivées par la demande croissante de gadgets portables, de véhicules électriques (VE) et d'autres appareils dépendants des batteries

. La progression des solutions BMS a bénéficié des contributions significatives de divers acteurs clés du secteur, notamment Texas Instruments, Analog Devices, Inc. et NXP Semiconductors. Ces entreprises ont investi massivement dans la recherche et le développement pour introduire des solutions BMS de pointe capables de répondre aux demandes évolutives des secteurs de l'automobile et de l'électronique grand public. Les innovations dans les circuits intégrés de surveillance des batteries, évaluées à environ 1,6 milliard de dollars US en 2021 et qui devraient atteindre 4,8 milliards de dollars US d'ici 2031, ont souligné le rôle essentiel que jouent ces composants dans l'optimisation de la durée de vie et des performances des batteries. Au début des années 2020, le marché des BMS avait évolué pour intégrer des algorithmes et des fonctionnalités sophistiqués visant à prolonger la durée de vie des batteries et à garantir la sécurité. Il s'agissait notamment de la surveillance de l'état de charge (SOC) et de l'état de santé (SOH), de la gestion du courant en temps réel et des dispositifs de conversion de puissance efficaces. Le circuit intégré BQ24259, développé dans ce contexte innovant, a tiré parti de ces avancées technologiques pour offrir des solutions de régulation de tension de haute précision et maximiser la capacité de la batterie tout en réduisant la complexité et le coût de la conception. Les avancées continues dans les technologies BMS et PMIC, propulsées par des partenariats stratégiques et des investissements substantiels en R&D, ont continué à façonner le développement et l'amélioration des solutions de gestion de batterie comme le circuit intégré BQ24259. Cette trajectoire historique souligne l'importance cruciale de l'innovation continue pour répondre aux exigences complexes des systèmes modernes alimentés par batterie.