Tesla Nabíječky

Máme dlouholeté zkušenosti s vývojem nabíječek baterií dle požadavku zákazníka. Nabíječky vyrábíme ve výkonových řadách do 35, 50, 90, 150 a 300W. Nově připravujeme design nabíječky o výkonu 550W. Při návrhu produktů sledujeme nejnovější trendy vývoje specializovaných obvodů i pokročilých technologií a v případě potřeby s výrobci konzultujeme možnosti jejich aplikačních využití.

Více než deset let navrhujeme a vyrábíme ochranné elektroniky pro baterie Li-Ion. Tyto baterie dnes patří mezi nejvíce rozšířené, lze je najít prakticky všude - od použití v mobilních telefonech, přes napájení ručního nářadí až po velká bateriová úložiště energie pro fotovoltaické elektrárny, či pohon elektroaut.

Nabíječky i elektronické ochrany baterií vyrábíme z komponent prvotřídní kvality tak, aby jejich provoz splňoval jednak přísné nároky na bezpečnost, ale také nároky na energetickou spotřebu v klidovém režimu.

Lithium-iontová baterie je typ elektrochemického článku, který byl poprvé představen v 70. letech. V těchto bateriích se lithiové ionty pohybují z anody na katodu během vybití a zpět, když se baterie nabíjí. Tyto články mají vysokou hustotu energie, žádný paměťový efekt a nízký samovybíjející proud. Mají však i své negativní vlastnosti, ke kterým patří zejména možnost výbuchu nebo vzplanutí, a těm je potřeba vývoj nabíječek podřídit.

Při nabíjení lithiových akumulátorů se používá napěťové nabíjení, respektive metoda, která se v zahraniční literatuře označuje jako CCCV (Constant Current followed by Constant Voltage). Je to nabíjení konstantním proudem, dokud akumulátor nedosáhne předem stanoveného napětí a poté nabíjení konstantním napětím.

Ukončení nabíjení se provádí pokud nabíjecí proud klesne na předem stanovenou hodnotu, ve většině případů se doporučuje hodnota proudu odpovídající 1,5 ÷ 2 % jmenovité kapacity, samozřejmě vyjádřená v jednotkách proudu.

Máme dlouholeté zkušenosti s vývojem nabíječek baterií dle požadavku zákazníka. Nabíječky vyrábíme ve výkonových řadách do 35, 50, 90, 150 a 300W. Nově připravujeme design nabíječky o výkonu 550W. Při návrhu produktů sledujeme nejnovější trendy vývoje specializovaných obvodů i pokročilých technologií a v případě potřeby s výrobci konzultujeme možnosti jejich aplikačních využití.

Proces nabíjení je řízen mikroprocesorem, pro který náš tým programátorů tvoří software. Toto řešení poskytuje velkou variabilitu a to jak v typech nabíjených baterií (Li-Ion, NiMH, LiFePO, LeadAcid, Gel…) tak i v možnostech připojení baterie a to od nejjednoduššího dvouvodičového připojení, pouze plus a minus kontakt baterie až po různé druhy digitálních komunikačních protokolů, typicky: SMBUS, I2C, HDQ, UART, RS232 atd.

Nabíječky jsou řešeny jako spínané zdroje o vysoké frekvenci (90-150kHz, případně do 500kHz). Jedná se o moderní řešení s tranzistory MOSFET i GaN, které umožňuje konstrukci s malými rozměry v poměru k výslednému výkonu.

Nabíjení je ukončeno, pokud nabíjecí proud klesne na předem stanovenou hodnotu. Ve většině případů se doporučuje hodnota proudu odpovídající 1,5 ÷ 2 % jmenovité kapacity, vyjádřená v jednotkách proudu.

Bezpečnost provozu námi vyráběných nabíječek je zajištěna díky několikanásobnému jištění pro ukončení nebo přerušení nabíjení baterie (sledování teploty akumulátoru, monitorování času nabíjení, detekce poklesu nabíjecího proudu, měření vnitřního odporu akumulátoru). Nabíječky disponují i množstvím ochranných funkcí (monitorování funkce vypínacího tranzistoru, ochrana proti přepólování, ochrana proti cyklování, přerušení nabíjení při chybné činnosti regulačních obvodů).

U každé nabíječky pro akumulátory Li-Ion je důležitým bezpečnostním parametrem způsob ukončení nabíjení po plném nabití baterie (4,1 - 4,15 V / článek). Funkci ukončení nabíjení věnujeme velkou pozornost a je proto několikanásobně jištěno. Současně se sledováním parametrů pro ukončení nabíjení je nutné zajistit nabití i v případě, že teplota baterie nebo okolního prostředí způsobí přerušení nabíjení. V takovém případě je využita funkce tzv. teplotního restartu, tzn. že pokud není baterie ještě plně nabita, nabíječka "si počká" až její teplota nebo teplota prostředí klesne na povolenou hodnotu (tj. méně než 42-45°C) a opět pokračuje v nabíjení. Funkce teplotních restartů tedy umožňuje nabít baterii i v nepříznivých teplotních podmínkách.

Při nabíjení baterie sledujeme PARAMETRY, zajišťující ukončení nebo přerušení nabíjení. Se sledováním parametrů úzce souvisí OCHRANNÉ FUNKCE.

Jako příklad uvádíme popis jednoúčelové nabíječky 35W. Nabíječka je jednoúčelová, určena pro nabíjení aku Li-Ion 4 články (konfigurace 4S1P), připojené pěti kontakty – plus, mínus, termistor 6k8 zapojený proti minus kontaktu, komunikace 1-wire, napájení el. +5V, kde k přenosu informace o typu aku dochází po vložení aku do nabíječky.

ZAHÁJENÍ NABÍJENÍ

Po připojení k síti je nabíječka v režimu standby - to je stav, kdy nabíječka má minimální příkon v rozmezí 0,3W - 0,5W; na kontaktech je nízké napětí; R-LED slabě svítí. Po vložení aku do nabíječky nabíječka ukončí režim standby a zahájí přenos dat od akumulátoru. Po jeho regulérním ukončení je podle aktuálního stavu a při teplotě v limitu zahájeno nabíjení. Po 1s nabíjení procesor otestuje Ri aku. Je-li jeho hodnota větší než 3Ω, signalizuje nabíječka „VADNÝ AKU“ trvalým červeným svitem R/G-LED. Je-li Ri aku v limitu, nabíječka pokračuje v nabíjení. Po dvou minutách nabíjení je změněn parametr hodnocení úrovně Ri na 1Ω – testování probíhá 1x za 16sec. s identickou chybovou signalizací. Nabíjení je signalizováno zeleným blikáním stavové LED.

UKONČENÍ NABÍJENÍ

Informace z přenesených dat určuje limitní napětí, od něhož začne procesor regulačními pulzy snižovat hodnotu nabíjecího proudu tak, aby se limitní napětí neměnilo. Při poklesu nabíjecího proudu na 1,4A začne nabíječka signalizovat „aku nabit“ nabíjí však dál až do poklesu proudu na 400mA, kdy přejde do úsporného režimu, ve kterém neteče do aku žádný proud a ten je zatížen děličem pro měření napětí s odběrem max. 1mA při 30V. Tento stav je signalizován stejně jako ukončení nabíjení – trvalým svitem stavové R/G LED (zeleně) trvající cca 8 hodin, po kterých se nabíječka opět probudí, dobije aku o ztrátu způsobenou zátěží pro měření napětí a opět přejde do úsporného režimu se signalizací „AKU NABITÝ“ (R/G LED svítí zeleně) na cca 8 hodin. Z přenesených dat po lince 1-wire procesor vyhodnotí, zda vložený aku není již nabit – je-li tomu tak, není zahájeno nabíjení, ale je spuštěna signalizace „AKU NABITÝ“ s přechodem do úsporného režimu podle předchozího bodu.Je-li vložen aku s teplotou mimo toleranci, signalizuje tento stav nabíječka červeným blikáním stavové R/G LED ( interval 1/1 - 0,5sec. ). Po dosažení teploty v rámci tolerance (cca 6°C - 42°C) zahájí nabíječka nabíjení. V případě vloženého aku Li-Ion přejde nabíječka do úsporného režimu – zůstává však signalizace „TEPLOTA MIMO TOLERANCI“.