Zhrnutie

Integrovaný obvod BQ24259 je vysoko integrované riešenie na správu batérií vyvinuté spoločnosťou Texas Instruments, ktoré je určené na efektívne nabíjanie a správu napájania jednočlánkových lítium-iónových batérií. Tento integrovaný obvod (IC) sa vyznačuje schopnosťou dodávať nabíjací prúd 2A a zároveň podporuje široký rozsah vstupných napätí, vďaka čomu je ideálny pre rôzne prenosné elektronické zariadenia, automobilové aplikácie a inteligentné zariadenia internetu vecí. Všestrannosť integrovaného obvodu BQ24259 sa rozširuje o podporu funkcií USB On-The-Go (OTG), čo umožňuje efektívnu distribúciu energie medzi systémom a batériou a robí ho vhodným pre zariadenia, ktoré vyžadujú spoľahlivú a efektívnu správu napájania. Medzi kľúčové vlastnosti integrovaného obvodu BQ24259 patria vysoko presné systémy zberu napätia a prúdu, ktoré zabezpečujú optimálny výkon a dlhú životnosť batérie tým, že zabraňujú scenárom nadmerného nabíjania a vybíjania. Obsahuje aj pokročilé bezpečnostné opatrenia, ako je tepelná regulácia, nadprúdová ochrana a blokovanie vstupného podpätia, ktoré zvyšujú spoľahlivosť a bezpečnosť procesu nabíjania. Architektúra integrovaného obvodu obsahuje modul úpravy signálu, ktorý využíva obvod s plným mostíkom, ktorý prevádza jednosmerný prúd na obojsmerný, a cieľový stroj v reálnom čase na efektívne riadenie a komunikáciu medzi hardvérovými komponentmi. IC BQ24259 sa vyznačuje rozsiahlou sadou integrovaných periférií vrátane analógovo-digitálnych prevodníkov (ADC), digitálno-analógových prevodníkov (DAC) a komunikačných rozhraní, ako sú CAN (Controller Area Network) a LIN (Local Interconnect Network). Tieto funkcie umožňujú bezproblémovú integráciu do rôznych riadiacich modulov automobilov a pokročilých asistenčných systémov vodiča (ADAS). Jeho kvalifikácia pre automobilový priemysel zaručuje spoľahlivý výkon v náročných podmienkach prostredia, čo z neho robí základný kameň inovácií v automobilovom elektronickom priemysle. Napriek mnohým výhodám nie je integrovaný obvod BQ24259 bez obmedzení. Prekážky môžu predstavovať výzvy, ako je presný odhad stavu nabitia, škálovateľnosť medzi rôznymi chemickými skupinami batérií a zložitosť a náklady na pokročilé systémy riadenia batérií (BMS). Pokračujúci pokrok v technológiách BMS, za ktorým stoja lídri v odvetví a značné investície do výskumu a vývoja, však naďalej zvyšuje možnosti riešení na správu batérií, ako je BQ24259, a zabezpečuje vysoký výkon a bezpečnosť v rôznych aplikáciách.

Prehľad

BQ24259 je jednočlánková nabíjačka USB NVDC-1 s nastaviteľným napätím a riadením I2C, ktorú navrhla a vyrába spoločnosť Texas Instruments. Tento integrovaný obvod (IC) je súčasťou širšieho katalógu riešení riadenia napájania spoločnosti Texas Instruments

. Dodáva sa v kompaktnom 24-VQFN balení a efektívne pracuje v teplotnom rozsahu od -40 °C do 85 °C. IC BQ24259 je univerzálne nabíjacie riešenie, ktoré umožňuje funkcie USB On-The-Go (OTG), takže je vhodné pre rôzne prenosné elektronické zariadenia, ktoré vyžadujú spoľahlivé a efektívne riadenie napájania. Podporuje celý rad nabíjacích protokolov, čo mu umožňuje prispôsobiť sa rôznym zdrojom napájania USB a efektívne riadiť distribúciu energie medzi systémom a batériou. Medzi kľúčové vlastnosti modelu BQ24259 patrí vysoko presný systém zberu napätia a prúdu, ktorý je nevyhnutný na udržanie optimálneho výkonu a životnosti batérie. Tieto funkcie zabezpečujú, že proces nabíjania je bezpečný a účinný, čím sa predchádza problémom, ako je nadmerné nabíjanie a vybíjanie, ktoré môžu znížiť životnosť batérie. Architektúra BQ24259 zahŕňa aj modul úpravy signálu, ktorý využíva obvod s plným mostíkom. Táto konštrukcia konvertuje jednosmerný prúd na obojsmerný, čo nabíjačke umožňuje vytvárať presné analógové signály nabíjania a vybíjania batériového systému. Cieľový stroj v reálnom čase v systéme funguje ako centrum implementácie softvéru, riadi jednotlivé hardvérové komponenty a uľahčuje komunikačné interakcie medzi rôznymi hardvérovými prvkami.

Kľúčové vlastnosti

IC BQ24259 je vysoko pokročilé riešenie riadenia napájania navrhnuté tak, aby spĺňalo náročné požiadavky moderných elektronických zariadení. Tento integrovaný obvod (IC) je obzvlášť vhodný pre systémy napájané z batérií a ponúka komplexný súbor funkcií, ktoré zvyšujú výkon aj bezpečnosť.

Integrované bezpečnostné opatrenia

IC BQ24259 obsahuje robustný súbor integrovaných bezpečnostných opatrení navrhnutých na zaistenie spoľahlivosti a bezpečnosti v rôznych prevádzkových scenároch. Tieto funkcie zahŕňajú prísne izolačné techniky, ktoré účinne izolujú vysokonapäťové (HV) komponenty od podvozku vozidla a nízkonapäťových systémov, čím zabraňujú neúmyselnému elektrickému kontaktu a úniku. Systémy nepretržitého monitorovania aktívne dohliadajú na VN sieť v prípade abnormalít, ako sú skraty alebo porušenia izolácie, čo umožňuje rýchle odhalenie a reakciu. Mechanizmy rýchleho vypnutia vrátane vysokorýchlostných relé alebo stýkačov v prípade zistených porúch okamžite odpojia VN systém, čím sa minimalizuje riziko úrazu elektrickým prúdom alebo požiaru. Okrem toho strategicky umiestnené ističe alebo poistky chránia pred nadprúdovými stavmi, čím zabraňujú tepelným incidentom.

.

Pokročilé periférne zariadenia

IC BQ24259 sa môže pochváliť komplexnou sadou periférií vrátane analógovo-digitálnych prevodníkov (ADC), digitálno-analógových prevodníkov (DAC) a komunikačných rozhraní, ako sú CAN (Controller Area Network) a LIN (Local Interconnect Network). Obsahuje aj časovače, PWM kontroléry a GPIO, čo umožňuje bezproblémovú integráciu do rôznych riadiacich modulov automobilov, ako sú systémy riadenia motora, moduly riadenia karosérie a pokročilé asistenčné systémy vodiča (ADAS).

.

Kvalifikácia v automobilovom priemysle

Jeho kvalifikácia pre automobilový priemysel zaručuje spoľahlivosť v náročných podmienkach prostredia, takže je vhodný na použitie vo vozidlách, kde je najdôležitejšia odolnosť a bezpečnosť. Vďaka kombinácii výpočtového výkonu, periférnych funkcií a spoľahlivosti na úrovni automobilového priemyslu je integrovaný obvod BQ24259 základným kameňom inovácií v automobilovom elektronickom priemysle a umožňuje vývoj bezpečnejších, efektívnejších a inteligentnejších vozidiel.

.

Detekcia a diagnostika porúch

IC BQ24259 využíva pokročilé algoritmy na detekciu porúch, ako je nerovnováha buniek, nízka kapacita alebo chyby v komunikácii. Táto diagnostika pomáha presne určiť problémy a uľahčuje údržbu, čím zabezpečuje dlhú životnosť a spoľahlivosť systému

.

Energetický manažment

V elektrických vozidlách alebo v systémoch obnoviteľných zdrojov energie riadi integrovaný obvod BQ24259 rýchlosť nabíjania a vybíjania s cieľom optimalizovať spotrebu energie na dosiahnutie účinnosti a predĺženia životnosti batérie. To je obzvlášť dôležité pre udržanie výkonu lítium-iónových batérií počas dlhšieho obdobia

.

Zaznamenávanie a analýza údajov

IC obsahuje vysoko presné zariadenie na zber údajov na zber analógových signálov a prenos zozbieraných údajov o signáloch do horného počítača na analýzu. Táto schopnosť umožňuje presné monitorovanie a vyhodnocovanie systému riadenia batérie (BMS), čím sa zvyšuje celkový výkon a spoľahlivosť systému riadenia napájania

.

Účinnosť DC-DC meniča

V integrovanom obvode BQ24259 je integrovaný vysoko účinný DC-DC menič určený na reguláciu úrovne napätia v rôznych elektronických systémoch. Menič pracuje v širokom rozsahu vstupného napätia, typicky od 4,5 V do 36 V, a poskytuje stabilné výstupné napätie, často okolo 12 V, ktoré je bežné v mnohých aplikáciách. Použitie synchrónnej rektifikácie a pokročilých riadiacich obvodov zabezpečuje presnú reguláciu výstupného napätia aj pri meniacich sa podmienkach zaťaženia a kolísaní vstupného napätia. Okrem toho je menič vybavený nadprúdovou ochranou, tepelným vypnutím a blokovaním vstupného napätia, čím chráni samotný menič aj pripojené zariadenia pred možným poškodením

.

Integrácia správy napájania

Komplexné možnosti riadenia napájania integrovaného obvodu BQ24259 zahŕňajú zabudovanú sekvenciu kanálov, bezpečný štart

Technologické inovácie

Integrovaný obvod BQ24259 predstavuje významný technologický pokrok navrhnutý na zvýšenie účinnosti a bezpečnosti systémov riadenia batérií (BMS). Lídri na trhu, ako napríklad Texas Instruments, Analog Devices, Inc., Renesas Electronics Corporation a NXP Semiconductors, zaviedli strategické iniciatívy zamerané na technologický pokrok s cieľom udržať a zvýšiť svoj podiel na trhu s riešeniami BMS

. Tieto spoločnosti intenzívne investujú do výskumu a vývoja (R&D) s cieľom zaviesť špičkové riešenia BMS, ktoré spĺňajú vyvíjajúce sa požiadavky automobilového sektora a zabezpečujú optimálny výkon, bezpečnosť a dlhú životnosť.

Inovácie v konfiguráciách batérií

Nedávne inovácie v konfiguráciách batérií, ako napríklad konštrukcie bunka-bunka a bunka-šasi, boli prijaté pre lítiovo-železité fosfátové batérie (LFP) a očakáva sa, že ďalej zlepšia výkon batérií. Okrem toho pokrok vo výrobe vrátane vývoja viacvrstvových elektród umožnil veľmi rýchle nabíjanie. V súčasnosti prebieha úsilie o zvýšenie obsahu mangánu v nikel-mangán-kobaltových (NMC) aj LFP batériách s cieľom buď zvýšiť energetickú hustotu pri zachovaní nízkych nákladov (LFP), alebo znížiť náklady pri zachovaní vysokej energetickej hustoty (NMC).

.

Regionálna konkurencieschopnosť a globálna konvergencia

Z hľadiska regionálnej konkurencieschopnosti sú v súčasnosti najnižšie ceny batérií v Číne, nasleduje Severná Amerika, Európa a ostatné krajiny Ázie a Tichomoria. Ceny batérií v jednotlivých regiónoch sa však v posledných rokoch zbližujú, čo naznačuje, že batérie pre elektrické vozidlá sa stávajú skutočne globalizovaným produktom

. Táto konvergencia odráža zvýšený globálny dopyt po elektrických vozidlách a súbežný nárast dopytu po pokročilých systémoch riadenia batérií.

Kľúčoví hráči a strategické iniciatívy

Kľúčoví hráči v ekosystéme BMS, vrátane spoločností Sensata Technologies, Inc, NXP Semiconductors, Renesas Electronics Corporation, Analog Devices, Inc. a Texas Instruments, využívajú stratégie, ako je uvedenie produktov na trh a spolupráca, na posilnenie svojich trhových pozícií.

. Celosvetový trh s BMS mal v roku 2022 hodnotu $7,5 miliardy a predpokladá sa, že do roku 2032 dosiahne $41 miliárd, pričom od roku 2023 do roku 2032 bude rásť zloženou ročnou mierou rastu (CAGR) 19,1%.

Pokročilé funkcie integrovaného obvodu BQ24259

IC BQ24259 ponúka niekoľko pokročilých funkcií, ktoré prispievajú k jeho vysokej účinnosti a spoľahlivosti. Zahŕňa vysokoúčinnú nabíjačku so spínaným režimom so samostatnou napájacou cestou, kompatibilitu s nabíjaním USB s voliteľnými limitmi vstupného prúdu a časovač strážneho psa so zabezpečením mŕtvej batérie (DBP) pin-synchronizáciou s externým USBPHI

. Riadenie napájacej cesty reguluje systém mierne nad napätím batérie a udržiava prevádzku aj po vybití alebo vybratí batérie, čím zabezpečuje nepretržitú funkčnosť.

Zvýšená bezpečnosť a efektívnosť

IC BQ24259 obsahuje pokročilé riadiace obvody, ktoré zabezpečujú presnú reguláciu výstupného napätia aj pri meniacich sa podmienkach zaťaženia a kolísaní vstupného napätia. Je vybavený nadprúdovou ochranou, tepelným vypnutím a blokovaním vstupného podpätia, čím chráni menič aj pripojené zariadenia pred možným poškodením.

. Vďaka tomuto zameraniu na bezpečnosť a účinnosť je integrovaný obvod BQ24259 vhodný pre širokú škálu priemyselných, automobilových a telekomunikačných aplikácií. Tieto technologické inovácie sú dôkazom významného pokroku vo vývoji systémov riadenia batérií, ktorého hnacou silou sú popredné spoločnosti v tomto odvetví.

Algoritmy nabíjania

IC BQ24259 je vybavený pokročilým nabíjacím algoritmom, ktorý pracuje v troch rôznych fázach: predkondicionovanie, konštantný prúd a konštantné napätie.

. Na začiatku zariadenie zisťuje napätie batérie a ak je napätie nižšie ako určitá prahová hodnota, prejde do fázy predkondicionovania. V tejto fáze sa batéria nabíja nízkym prúdom, aby sa jej napätie bezpečne zvýšilo na prijateľnú úroveň pre ďalšiu fázu. Počas fázy konštantného prúdu poskytuje integrovaný obvod vysoký, konzistentný nabíjací prúd na rýchle nabitie batérie. Táto fáza pokračuje, až kým sa napätie batérie nepriblíži k maximálnej hranici, kedy nabíjací algoritmus prejde do fázy konštantného napätia. Tu sa nabíjací prúd postupne znižuje pri zachovaní konštantného napätia, čím sa zabezpečí, že batéria dosiahne plné nabitie bez toho, aby sa prebíjala. Zariadenie BQ24259 automaticky ukončí proces nabíjania, keď nabíjací prúd počas fázy konštantného napätia klesne pod nastavený limit. Ak napätie plne nabitej batérie neskôr klesne pod vopred stanovenú hranicu, integrovaný obvod automaticky znovu spustí nabíjací cyklus, aby udržal nabitie batérie. IC integruje aj niekoľko bezpečnostných funkcií, ako je monitorovanie záporného termistora, bezpečnostný časovač nabíjania a prepäťová a nadprúdová ochrana. Na zníženie nabíjacieho prúdu, ak teplota prechodu prekročí 120 °C, sa používa tepelná regulácia, ktorá je programovateľná podľa konkrétnych požiadaviek. Na ďalšie zvýšenie účinnosti a bezpečnosti procesu nabíjania ponúka BQ24259 súbor funkcií, ktorý zahŕňa nízkoimpedančnú napájaciu cestu. Tým sa optimalizuje prevádzka v spínacom režime, čo umožňuje efektívnu funkciu zariadenia aj po vybití alebo vybratí batérie. Funkcia riadenia napájacej cesty automaticky upravuje nabíjací prúd, aby sa zabránilo preťaženiu vstupného zdroja, čím sa zabezpečuje spoľahlivý a bezpečný proces nabíjania.

Aplikácie

IC BQ24259 sa vďaka svojim pokročilým možnostiam riadenia batérie využíva v rôznych aplikáciách. Tieto aplikácie zahŕňajú spotrebnú elektroniku, automobilové systémy a inteligentné zariadenia internetu vecí.

Spotrebná elektronika

V oblasti spotrebnej elektroniky má integrovaný obvod BQ24259 kľúčový význam pre zabezpečenie bezpečného a efektívneho používania lítium-iónových batérií, ktoré sú obľúbené pre svoju vysokú energetickú hustotu a dlhú životnosť. Vďaka týmto vlastnostiam je integrovaný obvod BQ24259 vhodný pre širokú škálu prenosnej elektroniky, ako sú smartfóny, prenosné počítače a digitálne fotoaparáty.

. Schopnosť integrovaného obvodu zvládnuť úlohy, ako je ochrana proti prebitiu a nadmernému vybitiu, spolu s monitorovaním prúdu, zabezpečuje dlhú životnosť a spoľahlivosť zdrojov energie týchto zariadení.

Automobilové systémy

Integrovaný obvod BQ24259 nachádza uplatnenie aj v automobilových systémoch, kde je rozhodujúca spoľahlivá správa batérií. Mikrokontroléry pre automobilový priemysel, ako napríklad tie, ktoré vyvinula spoločnosť STMicroelectronics, integrujú tieto IC, aby spĺňali prísne požiadavky moderných automobilových aplikácií

. Tieto systémy si vyžadujú vysoký výkon a možnosti spracovania v reálnom čase na zaistenie bezpečnosti a kontroly automobilov, čo podporuje integrovaný obvod BQ24259 riadením dodávky energie a ochranou pred elektrickými poruchami.

Inteligentné zariadenia IoT

Inteligentné zariadenia IoT vrátane lekárskych inteligentných náplastí, bezdrôtových náhlavných súprav a systémov na sledovanie majetku majú veľký úžitok z efektívnej správy batérie integrovaného obvodu BQ24259.

. Tieto aplikácie si vyžadujú predĺženú životnosť a spoľahlivosť batérie, ktorú IC zabezpečuje prostredníctvom pokročilých systémov ochrany batérie. Nízka spotreba energie a vysoká účinnosť integrovaného obvodu sú obzvlášť výhodné v zariadeniach s obmedzeným priestorom, kde je maximalizácia životnosti batérie rozhodujúca.

Technické špecifikácie

IC BQ24259 je vysoko integrované riešenie na správu batérií určené pre rôzne aplikácie vrátane spotrebnej elektroniky, automobilov a systémov obnoviteľných zdrojov energie. Tento integrovaný obvod poskytuje robustný súbor funkcií zameraných na zabezpečenie optimálneho výkonu, bezpečnosti a dlhej životnosti batériových systémov.

Možnosti nabíjania batérie

Zariadenie BQ24259 podporuje širokú škálu funkcií nabíjania, ktoré vyhovujú rôznym chemickým zložkám a konfiguráciám batérií. Je vybavený obvodmi riadenia vstupného napájania, ktoré dokážu usmerniť striedavé napájanie z cievky bezdrôtového prijímača a generovať stabilnú vstupnú lištu v rozsahu 2,7 V až 5,5 V, čo je nevyhnutné na napájanie plnohodnotnej nabíjačky batérií s konštantným prúdom/konštantným napätím. IC ponúka nabíjacie napätie 4,2 V alebo 4,35 V s možnosťou výberu vývodu a podporuje nabíjací prúd až do 7,5 mA. Okrem toho je vybavený funkciou automatického nabíjania, monitorovaním teploty batérie prostredníctvom NTC kolíka a vstavaným 6-hodinovým bezpečnostným časovačom ukončenia nabíjania na zvýšenie bezpečnosti a účinnosti počas procesu nabíjania.

.

Ochrana pred nízkym stavom batérie

Na ochranu batérie a pripojených zariadení obsahuje BQ24259 ochranný mechanizmus proti vybitiu batérie, ktorý odpojí batériu od všetkých záťaží, keď napätie batérie klesne pod 3,0 V. Táto funkcia pomáha predĺžiť životnosť batérie a zabraňuje podmienkam hlbokého vybitia, ktoré by mohli potenciálne poškodiť batériu

.

Spínacia frekvencia a balenie

Frekvencia spínania nabíjacej pumpy BQ24259 je nastavená na 50 kHz alebo 75 kHz, vďaka čomu je spínací šum mimo počuteľného rozsahu. Vďaka tomu je tento integrovaný obvod ideálny pre aplikácie súvisiace so zvukom, ako sú načúvacie prístroje a bezdrôtové náhlavné súpravy. Tento integrovaný obvod je k dispozícii v kompaktnom, nízkoprofilovom 12-tich vodičov s rozmermi 2 mm × 2 mm v púzdre LQFN, čo zaručuje malú plochu a jednoduchú integráciu do rôznych návrhov. Zariadenie je zaručené na prevádzku v teplotnom rozsahu od -20 °C do 85 °C, čím spĺňa špecifikáciu triedy E

.

Integrácia a periférne zariadenia

Okrem základných funkcií správy batérie integruje BQ24259 viacero periférnych zariadení, ktoré uľahčujú bezproblémovú integráciu do rôznych elektronických systémov. Napríklad jeho analógovo-digitálne prevodníky (ADC), digitálno-analógový prevodník (DAC) a komunikačné rozhrania, ako sú CAN (Controller Area Network) a LIN (Local Interconnect Network), umožňujú prepojenie s rôznymi riadiacimi modulmi automobilov vrátane systémov riadenia motora a pokročilých asistenčných systémov vodiča (ADAS).

.

Regulácia a ochrana napätia

Model BQ24259 je navrhnutý s dôrazom na účinnosť a spoľahlivosť. Využíva synchrónnu rektifikáciu, techniku, ktorá minimalizuje straty energie pri konverzii napätia. Jeho pokročilé riadiace obvody zabezpečujú presnú reguláciu výstupného napätia aj pri premenlivom zaťažení a kolísaní vstupného napätia. IC obsahuje aj nadprúdovú ochranu, tepelné vypnutie a funkcie blokovania vstupného podpätia, ktoré chránia IC aj pripojené zariadenia pred možným poškodením

. Integráciou týchto komplexných funkcií je integrovaný obvod BQ24259 univerzálnym a spoľahlivým riešením pre širokú škálu aplikácií na správu batérií, ktoré zabezpečujú vysoký výkon a bezpečnosť v rôznych odvetviach.

Konfigurácia pinov

IC BQ24259 má 24-pinové puzdro VQFN s odkrytou tepelnou podložkou na lepší odvod tepla

.

VBUS

Kolíky 1, 24 (P): Kolík vstupného napätia nabíjačky je pripojený k vnútornému n-kanálovému reverznému bloku MOSFET (RBFET) medzi VBUS a PMID s VBUS na zdroji. Odporúča sa umiestniť keramický kondenzátor 1 µF z VBUS na PGND, ktorý sa nachádza čo najbližšie k IC

.

PSEL

Pin 2 (I): Tento pin slúži ako vstup pre výber zdroja napájania. Vysoký signál indikuje hostiteľský zdroj USB, zatiaľ čo nízky signál indikuje zdroj adaptéra

. Ponechanie kolíka PSEL v plávajúcom stave by mohlo mať za následok obmedzenie prúdu 500 mA alebo 3A pri spustení, čo môže viesť k nežiaducemu správaniu, pokiaľ sa obmedzenie vstupného prúdu nenaprogramuje manuálne pre každý adaptér alebo zástrčku USB.

PG

Pin 3 (O): Otvorený aktívny indikátor nízkeho výkonu. Keď je pripojený k pull-up lište cez 10-kΩ rezistor, nízky signál indikuje dobré pripojenie

.

CE

Pin 9 (I): Kolík Charge Enable je aktívny. Nabíjanie batérie je povolené, keď REG01[5:4] = 01 a pin CE je nízky. Pre správnu funkčnosť musí byť pin CE buď vytiahnutý vysoko, alebo nízko

.

ILIM

Pin 10 (I): Pin ILIM nastavuje maximálny vstupný prúdový limit reguláciou napätia ILIM na 1 V. Rezistor pripojený z kolíka ILIM na zem nastavuje maximálny limit ako IINMAX = (1V/RILIM) × KILIM. Skutočný limit vstupného prúdu je nižšia hodnota z hodnôt nastavených pomocou ILIM a I2C REG00[2:0]. Minimálny vstupný prúd naprogramovaný na kolíku ILIM je 500 mA

.

TS

Pin 11 (I): Toto je vstupný pin teplotnej kvalifikácie. Mal by byť pripojený k termistoru so záporným teplotným koeficientom (NTC). Teplotné okno sa programuje pomocou odporového deliča z REGN na TS na GND. Nabíjanie sa pozastaví alebo sa vypne funkcia Boost, keď je pin TS mimo rozsahu. Odporúča sa termistor 103AT-2

.

QON

Pin 12 (I): Tento pin ovláda funkciu povolenia BATFET v režime prepravy. Logický prechod z nízkej na vysokú úroveň na tomto kolíku s minimálnou vysokou úrovňou 2 ms zapne BATFET a ukončí režim prepravy.

. Má vnútorný pull-down rezistor 1 MΩ (typ).

BAT

Kolíky 13, 14 (P): Tieto kolíky sú miestami pripojenia batérie ku kladnému kolíku akumulátora. Interný BATFET je pripojený medzi BAT a SYS. Pre optimálny výkon sa odporúča pripojiť kondenzátor 10 µF tesne k vývodom BAT

. Táto konfigurácia poskytuje komplexnú kontrolu nad procesom riadenia a nabíjania batérie a zabezpečuje bezpečnú a efektívnu prevádzku.

Typické aplikačné obvody

IC BQ24259 sa široko používa v rôznych aplikáciách vďaka svojej vysokej účinnosti a pokročilým funkciám nabíjania. Jednou z typických aplikácií sú systémy riadenia batérií pre prenosné elektronické zariadenia. Zariadenie podporuje vysokoúčinnú spínaciu nabíjačku s 2-A režimom s jedným vstupom kompatibilným s USB, ktorá dokáže nabíjať vstupné napätie od 3,9 V do 6,2 V a ponúka ochranu proti prepätiu 6,4 V

. Vďaka tomu je vhodný pre zariadenia, ktoré vyžadujú spoľahlivé a bezpečné nabíjanie. V nositeľných zariadeniach, ako sú napríklad lekárske inteligentné náplasti a bezdrôtové náhlavné súpravy, je schopnosť BQ24259 samostatne riadiť nabíjanie batérie bez softvérového ovládania obzvlášť výhodná. IC dokáže automaticky rozpoznať napätie batérie a riadiť nabíjací cyklus prostredníctvom troch rôznych fáz: predkondicionovanie, konštantný prúd a konštantné napätie. Na konci nabíjacieho cyklu automaticky ukončí nabíjanie, keď prúd vo fáze konštantného napätia klesne pod nastavený limit. Ak napätie batérie neskôr klesne pod hranicu dobíjania, nabíjačka automaticky spustí ďalší nabíjací cyklus. Nabíjačka BQ24259 obsahuje viacero bezpečnostných funkcií na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky, napríklad monitorovanie záporného termistora, bezpečnostný časovač nabíjania a ochranu proti prepätiu/nadprúdu. Kľúčovou funkciou je aj tepelná regulácia, ktorá znižuje nabíjací prúd, keď teplota spoja prekročí 120 °C, čo je možné naprogramovať. Výstup STAT integrovaného obvodu hlási stav nabíjania a poruchové stavy, zatiaľ čo pin INT okamžite informuje hostiteľa o akýchkoľvek poruchách, čím sa zvyšuje bezpečnosť systému a možnosti monitorovania. Okrem toho je integrovaný obvod BQ24259 k dispozícii v kompaktnom 24-pinovom tenkom puzdre VQFN s rozmermi 4 × 4 mm², takže je ideálny pre aplikácie s obmedzeným priestorom. Jeho integrácia komunikácie I2C umožňuje optimálny výkon systému a hlásenie stavu, vďaka čomu je univerzálny pre rôzne aplikácie napájané z batérie.

Výhody

Investície do technológie systému riadenia batérií (BMS) ponúkajú viaceré konkurenčné výhody, najmä pokiaľ ide o výkonnosť a bezpečnosť výrobkov, ktoré sú v súlade s celosvetovým úsilím o čisté energetické riešenia. Tento trend zaujal tak zavedených výrobcov, ako aj nových investorov, ktorí chcú využiť príležitosti na vznikajúcom trhu a prispieť k ekologickejšej budúcnosti

. Jednou z hlavných výhod integrovanej ochrany batérie je komplexná ochrana, ktorú ponúka. Batériu na vstupnej strane možno chrániť pred nadmerným vybitím aj prebitím tým, že nabíjačka batérie je pripojená na výstupnej strane spínača. Tento prístup nielenže znižuje počet komponentov, ale tiež výrazne šetrí miesto, vďaka čomu je ideálny pre pokročilé nositeľné zariadenia, pripojené zdravotnícke zariadenia a iné aplikácie s obmedzenými rozmermi. Ďalšou významnou výhodou je flexibilita, keďže inžinieri zvyčajne musia navrhovať a kvalifikovať samostatné dosky a kusovníky pre každú rôznu konfiguráciu modulu. MAX17853 je pozoruhodný tým, že je jediným integrovaným obvodom (IC) v odvetví, ktorý podporuje konfigurácie viacerých kanálov (8 až 14 článkov) s jednou doskou. Táto schopnosť umožňuje inžinierom skrátiť čas návrhu až o 50% vďaka zníženiu úsilia pri validácii a kvalifikácii. Neustále inovácie v oblasti batériových technológií spôsobili pokrok v širokej škále produktov, od prenosných gadgetov až po elektrické vozidlá (EV). Riešenia na správu batérií (BMS) podporované monitorovacími integrovanými obvodmi nie sú len opatreniami na úsporu nákladov, ale slúžia ako skutoční strážcovia skladovania energie. Optimalizujú priestor, predlžujú životnosť batérií a zlepšujú bezpečnostné normy monitorovaním kľúčových parametrov, ako je stav nabitia (SOC), zdravotný stav (SOH) a riadenie prúdu v reálnom čase. Okrem toho sa vďaka pokroku v oblasti batérií výrazne zlepšila ich účinnosť, čo umožňuje výrobkom poskytovať vyšší výkon v pomere k ich veľkosti a hmotnosti. Táto účinnosť je zrejmá z vývoja od objemných automobilových batérií ku kompaktným lítium-iónovým batériám, ktoré sú dostatočne malé, aby sa zmestili do dlane, a dostatočne ľahké, aby vážili len niekoľko kilogramov. Tieto pokroky v technológii BMS spoločne zabezpečujú spoľahlivosť a bezpečnosť vysokonapäťových systémov elektrických a hybridných vozidiel v rôznych prevádzkových scenároch. Zavedenie spoľahlivých bezpečnostných opatrení pomáha minimalizovať riziko nebezpečných situácií, čím chráni cestujúcich, záchranárov aj okoloidúcich.

Obmedzenia

Systémy riadenia batérií (BMS) majú kľúčový význam pre optimalizáciu výkonu, bezpečnosti a životnosti batérií, ale čelia niekoľkým prirodzeným obmedzeniam. Hlavným z nich je problém presného odhadu stavu nabitia (SOC), ktorý komplikujú faktory, ako sú teplotné výkyvy, starnutie batérie a rôzne rýchlosti vybíjania. Dosiahnutie presného odhadu SOC zostáva kritickou oblasťou výskumu

. Okrem toho sú pokročilé BMS, ktoré obsahujú funkcie, ako je vyvažovanie buniek a detekcia porúch, zložité a nákladné, čo môže obmedziť ich použitie v aplikáciách citlivých na náklady. Okrem toho predstavuje prekážku škálovateľnosť medzi rôznymi chemickými skupinami a konfiguráciami batérií, čo si vyžaduje prispôsobené riešenia. Veľké obavy sa týkajú aj spoľahlivosti, keďže zlyhania BMS môžu viesť k škodlivým následkom, ako je prebíjanie alebo nedostatočné nabíjanie, ktoré ohrozujú životnosť a bezpečnosť batérie. Napriek týmto výzvam sú pokroky v integrovaných obvodoch, ako napríklad MAX17853, prísľubom pri riešení niektorých obmedzení. Tento integrovaný obvod podporuje konfigurácie viacerých kanálov s jednou doskou, čo výrazne skracuje čas návrhu a kvalifikácie. Okrem toho obsahuje pokročilé systémy vyvažovania článkov batérie, ktoré automaticky vyvažujú každý článok podľa času a napätia, aby sa minimalizovalo riziko prebíjania, čím sa zvyšuje celková bezpečnosť systému bez potreby ďalších komponentov.

Porovnanie s inými integrovanými obvodmi

Integrovaný obvod BQ24259 je súčasťou širšej kategórie integrovaných obvodov na riadenie napájania (PMIC), ktoré sú nevyhnutné na riadenie toku a smeru elektrickej energie v rôznych zariadeniach. Tieto integrované obvody sú veľmi dôležité, pretože pomáhajú riadiť viaceré vnútorné napätia a zdroje externého napájania, čím zabezpečujú lepšiu účinnosť konverzie, menšie rozmery riešenia a lepší odvod tepla

.

Integrované integrované obvody palivomerov spoločnosti Maxim

V auguste spoločnosť Maxim Integrated predstavila integrované obvody palivomerov, konkrétne MAX17301 a MAX17311, o ktorých tvrdí, že ponúkajú najviac konfigurovateľných nastavení pre bezpečnosť batérie v odvetví. Tieto integrované obvody dokážu jemne nastaviť prahové hodnoty napätia a prúdu na základe rôznych teplotných zón a sú vybavené sekundárnou ochrannou schémou, ktorá trvalo deaktivuje batériu pri závažných poruchových stavoch

. Hoci je integrovaný obvod BQ24259 robustný, nemusí ponúkať rovnakú úroveň konfigurovateľnosti a možnosti sekundárnej ochrany, aké sú v najnovších ponukách spoločnosti Maxim Integrated.

Viacčlánkové integrované obvody na monitorovanie batérií

Viacčlánkové batériové predné integrované obvody spoločnosti Renesas pripravujú cestu pre vysokonapäťové aplikácie dôkladným monitorovaním parametrov, ako je svorkové napätie a teplota, s cieľom optimalizovať výkon batérií.

. V porovnaní s týmito integrovanými obvodmi na monitorovanie viacčlánkových batérií je integrovaný obvod BQ24259 zvyčajne vhodný pre jednočlánkové aplikácie a nemusí poskytovať rozsiahle monitorovacie funkcie potrebné pre vysokonapäťové alebo viacčlánkové zostavy.

Riešenia Texas Instruments a Analog Devices

Spoločnosť Texas Instruments ponúka celý rad integrovaných obvodov vrátane tých s pasívnymi aj aktívnymi funkciami vyvažovania. Napríklad ich zariadenia Maxim Integrated od spoločnosti Linear Technology poskytujú vysoko presné zariadenia na zber a prenos analógových signálov, ktoré sú kľúčové pre systémy riadenia batérií (BMS)

. Integrovaný obvod BQ24259, vyvinutý spoločnosťou Texas Instruments, má rovnakú schopnosť zhromažďovať údaje s vysokou presnosťou, ale je určený skôr na jednoduché úlohy správy batérií než na pokročilé vyvažovanie, ktoré poskytujú niektoré z ich ďalších ponúk.

Techniky merania s vysokým rozlíšením

IC BQ24259 možno porovnať aj s konštrukciami využívajúcimi ADC s vysokým rozlíšením na meranie prúdu, ktoré ponúkajú veľké dynamické rozsahy na úkor rýchlosti. To je obzvlášť dôležité v scenároch s nestálou záťažou, ako napríklad v elektrických vozidlách, kde sú bežné prúdové špičky s vysokou magnitúdou a frekvenciou

. IC BQ24259 sa síce nevyrovná presnosti ADC s vysokým rozlíšením, ale zostáva cenovo výhodným riešením pre menej náročné aplikácie.

Vývojové nástroje

Vývojové nástroje pre integrovaný obvod BQ24259 zohrávajú kľúčovú úlohu pri uľahčovaní návrhu, testovania a optimalizácie systémov riadenia batérií (BMS). Tieto nástroje zahŕňajú hardvérové hodnotiace súpravy aj softvérové platformy, ktoré umožňujú inžinierom vyhodnocovať výkon, monitorovať funkcie a efektívne integrovať integrovaný obvod do rôznych aplikácií.

Hodnotiace súpravy hardvéru

Súpravy na hodnotenie hardvéru poskytujú komplexné riešenie na hodnotenie nových inteligentných zariadení BMS. Tieto súpravy obsahujú všetky potrebné obvody na napájanie mikrokontroléra (MCU) a vnútorných periférií, čím zabezpečujú, že inžinieri majú prístup ku všetkým signálom zariadenia na dôkladné vyhodnotenie.

. Tieto súpravy pomáhajú pri vývoji riešení, ktoré rozširujú súčasnú technológiu lítiových batérií tým, že poskytujú účinné funkcie vyvažovania, monitorovania a ochrany článkov.

Modularita a prepojenie

Softvérová architektúra BMS je štruktúrovaná na základe modulárnej konštrukčnej paradigmy, kde rôzne funkčné jednotky, ako napríklad monitorovanie buniek, riadenie tepla, odhad stavu a komunikačné rozhrania, fungujú ako samostatné moduly. Tieto moduly komunikujú prostredníctvom presne definovaných kanálov, čo umožňuje bezproblémovú výmenu údajov a koordináciu. Táto modulárnosť zvyšuje flexibilitu návrhu systému a uľahčuje integráciu nových funkcií alebo aktualizácií.

.

Centralizované riadenie a monitorovanie

Na celú prevádzku BMS dohliada centralizovaná riadiaca jednotka alebo hlavný modul. Zhromažďuje údaje z jednotlivých modulov, spracováva informácie pomocou algoritmov na odhad stavu a detekciu porúch a vydáva príkazy na nápravné opatrenia. Tento centralizovaný prístup optimalizuje výkon systému a zabezpečuje konzistentnú prevádzku v rôznych podmienkach

.

Komunikačné protokoly

Spoľahlivý prenos údajov medzi modulmi zabezpečujú spoľahlivé komunikačné protokoly, ako je napríklad sieť CAN (Controller Area Network). Tieto protokoly definujú štruktúry správ, mechanizmy spracovania chýb a časové obmedzenia, čím sa zachováva integrita údajov v celom systéme.

.

Segmentácia hardvéru a softvéru

Hardvérová časť BMS zahŕňa hlavnú dosku, podriadenú dosku, batériu, vysokorýchlostné napäťové zariadenie, zariadenie so zdrojom prúdu a cieľové zariadenie v reálnom čase. Na strane softvéru je segmentovaných sedem odlišných modulov vrátane riadenia spúšťania, modelu batérie, riadenia virtuálnej batérie, riadenia zdroja prúdu, interakcie s údajmi BMS, aktualizácie signálu a konfigurácie portov. Model batérie primárne reguluje výstupy analógových signálov, zatiaľ čo modul virtuálneho ovládania batérie prevádza výpočty modelu na údaje rozpoznateľné hardvérovým komponentom

.

Historický vývoj

Historický vývoj integrovaného obvodu BQ24259 je zakorenený v širšom vývoji systémov riadenia batérií (BMS) a integrovaných obvodov riadenia napájania (PMIC). Prvé pokroky v technológiách riadenia batérií boli zamerané predovšetkým na zvýšenie účinnosti a bezpečnosti systémov napájaných z batérií. Tento pokrok bol spôsobený rastúcim dopytom po prenosných prístrojoch, elektrických vozidlách a iných zariadeniach závislých od batérií.

. Na vývoji riešení BMS sa významne podieľali rôzni kľúčoví hráči v odvetví, vrátane spoločností Texas Instruments, Analog Devices, Inc. a NXP Semiconductors. Tieto spoločnosti výrazne investovali do výskumu a vývoja s cieľom zaviesť špičkové riešenia BMS, ktoré by spĺňali vyvíjajúce sa požiadavky automobilového priemyslu a sektora spotrebnej elektroniky. Inovácie v oblasti integrovaných obvodov na monitorovanie batérií, ktorých hodnota v roku 2021 dosiahla približne 1,6 miliardy US$ a predpokladá sa, že do roku 2031 dosiahne 4,8 miliardy US$, zdôraznili kľúčovú úlohu, ktorú tieto komponenty zohrávajú pri optimalizácii životnosti a výkonu batérií. Začiatkom roka 2020 sa trh so systémami BMS vyvinul tak, aby zahŕňal sofistikované algoritmy a funkcie zamerané na predĺženie životnosti batérie a zaistenie bezpečnosti. Patrili k nim monitorovanie stavu nabitia (SOC) a stavu zdravia (SOH), riadenie prúdu v reálnom čase a účinné zariadenia na konverziu energie. Integrovaný obvod BQ24259, vyvinutý v rámci tohto inovatívneho prostredia, využíval tieto technologické pokroky na to, aby ponúkal vysoko presné riešenia regulácie napätia a maximalizoval kapacitu batérie pri súčasnom znížení zložitosti konštrukcie a nákladov. Pokračujúci pokrok v technológiách BMS a PMIC, podporovaný strategickými partnerstvami a značnými investíciami do výskumu a vývoja, naďalej formuje vývoj a zdokonaľovanie riešení riadenia batérií, ako je napríklad integrovaný obvod BQ24259. Táto historická trajektória zdôrazňuje rozhodujúci význam neustálych inovácií pri riešení komplexných požiadaviek moderných systémov napájaných z batérií.