česky english Vítejte, dnes je středa 20. září 2017 Přihlásit E-archiv Speciály Ukázkové číslo Předplatné Kontakt

Knoflíkové články CoinPower. Radost nabíjet, nosit ještě více

DPS 4/2017 | Vývoj - články
Autor: Ing. Jan Robenek
0.png

Šestice patentově chráněných inovací, kapacita nově od 60 až do 120 mAh, nízký vnitřní odpor, možnost vybíjet proudy až na úrovni 5 C, vysoká bezpečnost i spolehlivost, bez paměťového efektu a v neposlední řadě též dlouhá životnost dosahující v koncových aplikacích klidně i tisícovky cyklů – to vše nabídnou nabíjecí Li-Ion články mincového typu CoinPower ® od VARTA Microbattery. Baterie navíc procházejí neustálým vývojem a výrobce slibuje i další modely. Aktuálně tak můžeme do svých aplikací vybírat z trojice 3,7 V verzí CP 1254, 1454 a 1654 (A3) lišících se svým průměrem od 12,1 až do 16,1 mm, a tudíž i posílenou kapacitou ve výše zmiňovaném rozsahu. Výška zůstává stejná, tzn. 5,4 mm. Malé zdroje do velké nepohody jsme vývojářům nedávno představili rovněž na webových stránkách DPS Elektronika od A do Z.

Nosit a nabíjet

Hlavní využití se nabízí pro vše chytré, bezdrátové, a především pak nositelné – ať již budeme pouze cyklicky nabíjet, nebo článek dále využijeme na pozici záložního zdroje, třeba v systémech sběru energie. Uvážíme-li např. sluchátka s technologií Bluetooth ® bez jakéhokoli kabelu k chytrému telefonu, a rovněž i mezi sebou navzájem, zužitkujeme takové baterie hned dvě. Svými rozměry si o něco podobného přímo „říkají“.

1
Obr. 1 Vývojem prošly, a stále i procházejí, akumulátory mincového typu od VARTA Microbattery. Kromě různých velikostí nabídnou ještě větší kapacity

CoinPower ® zde ale znamená též bezpečnost uživatele. Nezávisle na vnějších obvodech totiž přichází s ochranným mechanismem – mechanickou pojistkou sledující vzestup tlaku uvnitř pouzdra, které v případě hrozících nadproudů článek přímo vyřazuje z činnosti. Miniaturní zdroje přitom dle celé zprávy výrobce ustojí docela silné přebíjení (12 V / 3 C) a po pěti stovkách cyklů rychlého nabití a vybití (1 C / 1 C) si v laboratorních podmínkách stále udržují přes 80 % své původní kapacity, pro 0,2 C / 0,2 C po stejném počtu cyklů dokonce i více než 85 %. Základní parametry miniaturních článků přehledně shrnuje tabulka.

3

S pevnou hladinou

K zajištění optimálního nabíjení těchto sekundárních zdrojů výrobce doporučuje běžnou práci s konstantním proudem a stejně tak i napětím, tzv. CC / CV. Chceme-li tedy docílit plného nabití, začínáme v první fázi s uvažovaným nízkým napětím baterie a pevnou velikostí proudu. Když pak napětí na článku dosáhne svého limitu, dochází ke změně režimu nabíjení, kdy s pevným napětím pokračujeme, dokud proud neklesne na své minimum, případně nám nevyprší čas. Nabíjecí napětí máme omezeno úrovní 4,2 V spolu s tolerancí ±50 mV.

Nabíjet standardní cestou znamená omezit počáteční proudy na velikost C/2. Pro jmenovitou kapacitu C = 120 mAh to tedy znamená 60 mA, resp. ukončení po pěti hodinách. Při dodávce energie do knoflíkového článku budeme omezeni teplotou okolí mezi nulou a +45 °C, v opačném případě pak dostáváme volnost v rozmezí od -20 °C až do +60 °C. Vrátíme-li se k dřívějším modelům CP 1654 A2 s kapacitou „jen“ 100 mAh, můžeme dle dokumentace v případě svižného cyklu ponechat 1 C a maximální dobu zkrátit na 180 minut. Napětí 4,2 V jsme tak díky proudu 0,1 A dosáhli zhruba za tři čtvrtě hodiny, a počítat přitom mohli s kapacitou přibližně na úrovni 70 %.

Rychle neznamená lépe

Na otázku, zda si za účelem zkrácení doby nabíjení vypomůžeme na počátku cyklu vyššími proudy, výrobce spíše vrtí hlavou. O mnoho ne. Maximálního napětí sice dosáhneme rychleji, ale prodlouží se nám zase doba, za kterou v režimu konstantního napětí dosáhneme stoprocentního nabití. Efekt bude proto minimální, což se však nedá říct o negativních vlivech zkracujících takto životnost baterie.

A jak to bude se stávajícími návrhy stavějícími na napětí jen 4,1 V? Obecně vzato, nic špatného neděláme, spíše naopak. Baterii a počtu cyklů, kterých s ní takto dosáhneme, to nepochybně bude svědčit, musíme jen počítat s kapacitou článku omezenou ve srovnání s výchozími 4,2 V přibližně na 90 %. A samozřejmě také se všemi dalšími limity, od maximálních a minimálních proudů přes čas až po teplotu.

Nabíjet ano, ale čím

Obvod, se kterým vyřešíme vše okolo nabíjení v základu, zahrnuje měření proudu a napětí, časování, sledování teploty např. s termistorem, odpovídající regulaci, a samozřejmě logiku pro řízení toho všeho, náležité ochrany nevyjímaje.

V dnešní době již nedostatek vhodných součástek, které by vše potřebné rády zajistily, naštěstí nehrozí. Mnohem častěji se potřebujeme spíše obrnit trpělivostí, protože nabídka bude docela široká. V návaznosti na doporučení výrobce malých akumulátorů proto ještě zmíníme celkem devět vhodných kandidátů na integrovaný obvod. Inspirovat se můžete u společností Linear Technology, Maxim Integrated nebo Texas Instruments.

2
Obr. 2 Tři příklady obvodů vhodných pro nabíjení Li-Ion článků CoinPower ® : a) LTC1731-4.2 (Linear Technology), b) MAX1925/26 (Maxim Integrated) nebo c) bq24010 (Texas Instruments)

Lineárně dokážeme nabíjet s obvody řady LTC1731-4.x od LT. Jejich výstupní (plovoucí) napětí bude nastaveno interně na 4,1 V nebo 4,2 V, v případě potřeby též na dvojnásobky. V podobném duchu se bude ubírat i lineární nabíječka MAX1898 Maximu, avšak již s interně řešeným snímacím rezistorem a přesností, která pro napětí oproti Linearu vzrostla z původních ±1 % na ±0,75 %. Se stejnou vyšší přesností, avšak ve spínaném režimu snižujícího měniče s vnějším tranzistorem PMOS, pak pracují obvody MAX1925 a MAX1926, první s přepěťovým zámkem na 6,1 V, druhý pak v rámci vstupního rozsahu od 4,25 V až do 12 V.

Pokud jde o struktury TI, zde můžeme např. spínat spolu s čipy bq2054, lineárně zase pracovat díky obvodům bq2057 vybavených funkcí AutoComp™ sloužící k dynamické a zároveň bezpečné kompenzaci vnitřní impedance článku během nabíjení nebo znovu lineární cestou, spolu s vestavěnými výkonovými FETy v pouzdrech o rozměrech jen 3 × 3 mm, třeba volit mezi prvky bqTINY™ 24010, 24012 či 24013 s přesností napěťové regulace ±0,5 % [9].

S možnostmi aktuálních řad akumulátorů od VARTA Microbattery se včetně konkrétních aplikací nebo dalších způsobů použití seznámíte přímo na stránkách výrobce.

(robenek) @dps-az.cz

Partneři

eipc
LVR
projectik
mcu
mikrozone
ep
rotator dole PAPOUCH
logo IMAPS try
epci