APC機(jī)房UPS電源渠道商
沈陽(yáng)APCUPS電源應(yīng)用簡(jiǎn)介
能源消耗是全球面臨的普遍問(wèn)題,許多行業(yè)努力通過(guò)實(shí)現(xiàn)更安全、更清潔、更高效、低成本的電源解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題?;旌蟿?dòng)力 和電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能、風(fēng)能的日漸盛行就是這種趨勢(shì)的結(jié)果。所有這些解決方案都有一個(gè)共同之處:鋰離子電池。由于這些領(lǐng)域增長(zhǎng)迅 速,鋰離子電池將在節(jié)能方面起到更重要的作用。
鋰離子電池制造程序非常復(fù)雜,包括電極生產(chǎn)、堆疊結(jié)構(gòu)和單元裝配。 然后要執(zhí)行電氣測(cè)試,以便評(píng)定電池容量和性能。這之后還要執(zhí)行電氣測(cè)試,以便評(píng)定電池在工作中的容量,即額定值。對(duì)于鋰離子電池制造中的這些電氣測(cè)試,需要高功率、高效率和高精度的測(cè)試設(shè)備。ADI公司基于AD8450/1和ADP1972的解決方案正是為此而推出。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素
效率
筆記本電腦、手機(jī)和類似便攜設(shè)備中鋰離子電池的容量通常很小,典型值是數(shù)安時(shí)。但是,用于車輛或儲(chǔ)能的鋰離子電池容量則高得 多,通常在數(shù)十甚至數(shù)百安時(shí)左右。用于小容量電池的線性測(cè)試設(shè)備,如果也用于高容量電池測(cè)試,在充電階段將會(huì)消耗大量功率, 導(dǎo)致效率低下,而且會(huì)給設(shè)備硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)相當(dāng)嚴(yán)重的熱問(wèn)題。ADI AD8450/1和ADP1972解決方案基于PWM架構(gòu),有助于解決這一問(wèn)題。
ADI PWM架構(gòu)還能幫助把更多電池能量送回電網(wǎng)或其他測(cè)試通道進(jìn)行充電。與將電池能量放電至阻性負(fù)載的線性架構(gòu)相比,這是一種環(huán)保且 高效的解決方案。
精度
為了獲得準(zhǔn)確的鋰離子電池容量,需要精確測(cè)量充電和放電兩種模式下的電流和電壓。結(jié)合系統(tǒng)中的精密ADC、DAC和其他器件,ADI公 司基于AD8450/1和ADP1972的解決方案可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量和設(shè)定。
低系統(tǒng)成本
? 更高的開(kāi)關(guān)頻率支持使用尺寸更小、價(jià)格更低的功率元件,如電感和電容等
? 能源回收利用有助于降低運(yùn)營(yíng)成本
? AD8450/1精度更高,可降低熱管理成本,簡(jiǎn)化控制環(huán)路設(shè)計(jì)
? AD8450/1采用獨(dú)特的儀表放大器設(shè)計(jì),制造過(guò)程中的校準(zhǔn)時(shí)間可縮短一半,性能保證時(shí)間可更長(zhǎng)
? 集成解決方案使得系統(tǒng)尺寸更小,設(shè)備和維護(hù)成本更低
ADI解決方案
系統(tǒng)框圖
下面是從直流母線到電池的系統(tǒng)框圖,包括微控制器、模擬前端和控制器、PWM控制器、高壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器、功率級(jí)(MOSFET、電感、 電容、分流電阻)、電壓/電流讀?。ˋDC)以及電壓/電流設(shè)置(DAC)。
注釋:上述信號(hào)鏈代表從直流母線到電池的通道板設(shè)計(jì)。模塊的技術(shù)要求可變化,但下表列出的產(chǎn)品代表滿足部分要求的 ADI 解決方案。
1. 模擬前端和控制器 AD8450/AD8451
2. 降壓和升壓PWM控制器 ADP1972
3. 微控制器ADuC7060/ADuC7061
4. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7173-8/AD7175-2
5. DAC AD5686R/AD5668/ AD5676R
6. 基準(zhǔn)電壓源ADR3450/ADR4550
7. MOSFET驅(qū)動(dòng)器 ADuM7223
8. 電源管理 ADP2441/ADP7102/ ADM8829
9. 多路復(fù)用器ADG528F/ADG5408/ ADG658/ADG1406
系統(tǒng)工作原理
上圖主要包含兩個(gè)功能:一是對(duì)電池充電,二是對(duì)電池放電,這由AD8450/1和ADP1972的模式信號(hào)決定。每個(gè)功能有兩種模式:恒流 (CC)模式和恒壓(CV)模式。兩個(gè)DAC通道控制CC和CV設(shè)定點(diǎn)。CC設(shè)定點(diǎn)決定充電和放電兩個(gè)功能的CC模式下環(huán)路中有多少電流。CV設(shè)定 點(diǎn)決定環(huán)路從CC進(jìn)入CV時(shí)的電池電位,同樣適用于充電和放電兩個(gè)功能。
精密模擬前端和控制器AD8450/1利用內(nèi)部差動(dòng)放大器PGDA測(cè)量電池電壓,并利用內(nèi)部?jī)x表放大器PGIA和外部分流電阻(RS )測(cè)量電池上的 電流。然后,它通過(guò)內(nèi)部誤差放大器和外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(用于確定環(huán)路功能是CC還是CV),將該電流和電壓與DAC設(shè)定點(diǎn)相比較。在該模塊 之后,誤差放大器的輸出進(jìn)入PWM控制器ADP1972,以確定MOSFET功率級(jí)的占空比。最后是構(gòu)成完整環(huán)路的電感和電容。本部分的說(shuō)明 針對(duì)充電和放電兩個(gè)功能,因?yàn)锳DP1972是降壓和升壓PWM控制器。
本方案中,ADC獲得環(huán)路電壓和電流的讀數(shù),但它不是控制環(huán)路的一部分。掃描速率與控制環(huán)路的性能無(wú)關(guān),因此一個(gè)ADC就能測(cè)量多 通道系統(tǒng)中大量通道的電流和電壓。DAC也是如此,因而可以使用低成本DAC來(lái)設(shè)置多個(gè)通道。此外,單個(gè)處理器只需控制CV和CC設(shè)定 點(diǎn)、工作模式及管理功能,因而它可以與許多通道接口。
ntent="" style="box-sizing: content-box; margin: 0px; b: 0px; line-height: 24px; word-wrap: break-word; color: rgb(51, 51, 51); font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, Arial, sans-serif;">(一) 鉛酸蓄電池、鉛酸膠體蓄電池的工作原因。
APC機(jī)房UPS電源渠道商
鉛酸蓄電池的負(fù)極是海綿狀的鉛制成,正極是二氧化鉛制成,海綿狀的鉛和二氧化鉛均為活性物質(zhì),在比重為1.28的硫酸水溶液(電解液)中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。放電反應(yīng): Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 充電反應(yīng): 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 放電時(shí),海綿狀鉛和二氧化鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛,這種硫酸鉛的結(jié)構(gòu)疏松,晶體非常細(xì)小,電化學(xué)活性很高,充電時(shí),在電流作用下能重新生成正極的二氧化鉛和負(fù)極的海綿狀鉛??梢?jiàn),在正常狀態(tài)下,這種電化學(xué)反應(yīng)是完全可逆的。放電時(shí)生成硫酸鉛的過(guò)程亦稱為“鹽化反應(yīng)”、“硫化反應(yīng)”,這種硫酸鹽生成后的一段時(shí)間內(nèi)活性很強(qiáng)。如果這段時(shí)間內(nèi)未充電,未能及時(shí)轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛和二氧化鉛。隨溫度下降,活性的硫酸鉛會(huì)再結(jié)晶成為顆粒較大的晶體。這種白色粗晶粒硫酸鉛導(dǎo)電性能很差,難溶解,充電時(shí)也不能再還原成海綿狀鉛和二氧化鉛的,形成了不可逆的鹽化(硫化),嚴(yán)重時(shí),這些結(jié)晶體附著在電板表面,阻擋了電解液與涂層活性物質(zhì)的反應(yīng),造成內(nèi)阻增大,電池容量下降,電解液溫度過(guò)高,O2、H溢出而失水,電極柵板變形,活性物質(zhì)脫落,單格電池短路或斷路等惡性循環(huán)發(fā)生。
(二)日常維護(hù)和保養(yǎng)