Інсайдери галузі пояснюють, як налаштувати безпечну схему захисту літієвої батареї

Згідно зі статистичними даними, світовий попит на літій-іонні батареї досяг 1,3 мільярда, і з постійним розширенням сфери використання ці дані збільшуються з року в рік. З цієї причини зі швидким збільшенням кількості літій-іонних акумуляторів, які використовуються в різних галузях промисловості, показники безпеки акумуляторів стають все більш помітними. Літій-іонні батареї повинні мати не тільки відмінні характеристики заряджання та розряджання, але й більш високі характеристики безпеки. Тоді чому літій-іонна батарея загорілася або навіть вибухнула, і чи є якісь заходи захисту та запобігання цьому?

Вибух батареї ноутбука пов’язаний не лише з технологією обробки елементів літій-іонної батареї, яка використовується в ній, а й із платою захисту батареї, яка входить до батареї, схемою керування зарядом і розрядом ноутбука та дизайн ноутбука для відведення тепла. Нерозумна конструкція розсіювання тепла та керування заряджанням і розряджанням ноутбуків призведе до перегріву елементів батареї, що значно підвищує активність елементів батареї та підвищує ймовірність вибуху та займання.

Склад матеріалу літій-іонного акумулятора та аналіз продуктивності

По-перше, давайте подивимося на склад матеріалу літій-іонних батарей. Продуктивність літій-іонних акумуляторів залежить від структури та характеристик внутрішніх матеріалів, які використовуються в акумуляторі. Ці внутрішні матеріали акумулятора включають матеріали негативного електрода, електроліти, сепаратори та матеріали позитивного електрода. Серед них вибір і якість матеріалів позитивних і негативних електродів безпосередньо визначають продуктивність і ціну літій-іонних акумуляторів. Таким чином, дослідження дешевих і високоефективних позитивних і негативних електродних матеріалів завжди були в центрі уваги розвитку індустрії літій-іонних акумуляторів.

Матеріал негативного електрода, як правило, виготовляється з вуглецевого матеріалу, і поточний розвиток є відносно зрілим. Розвиток катодних матеріалів став важливим фактором, що обмежує подальше покращення характеристик літій-іонних акумуляторів і подальше зниження ціни. У поточних комерціалізованих літій-іонних батареях вартість катодного матеріалу становить близько 40% від усієї вартості батареї, а зниження ціни катодного матеріалу безпосередньо визначає зниження ціни літій-іонної батареї. Особливо це стосується літій-іонних літій-іонних батарей. Наприклад, для невеликої літій-іонної батареї для мобільного телефону потрібно лише близько 5 грамів матеріалу позитивного електрода,

Хоча існує багато типів катодних матеріалів, які теоретично можна використовувати для літій-іонних акумуляторів, основним компонентом звичайних катодних матеріалів є LiCoO2. Під час заряджання потенціал, прикладений до двох полюсів батареї, змушує сполуки катода вивільняти іони літію, а молекули вбудованого анода розташовуються в пластинчасту структуру. у вуглецю. Під час розряду іони літію виділяються з вуглецю в пластинчастій структурі та рекомбінуються з сполукою позитивного електрода. Рух іонів літію створює електричний струм. Так працюють літій-іонні акумулятори.

Дизайн управління зарядом і розрядом літій-іонного акумулятора

Коли літій-іонний акумулятор заряджається, потенціал, прикладений до двох полюсів акумулятора, змушує з’єднання позитивного електрода вивільняти іони літію, які вбудовані в вуглець, молекули якого негативного електрода розташовані в пластинчастій структурі. Під час розряду іони літію виділяються з вуглецю в пластинчастій структурі та рекомбінуються з сполукою позитивного електрода. Рух іонів літію створює електричний струм. Хоча принцип дуже простий, у реальній промисловій обробці існує багато інших практичних проблем, які слід розглянути: матеріал позитивного електрода потребує добавок для підтримки активності багаторазового заряджання та розряджання,

Незважаючи на те, що літій-іонна батарея має зазначені вище переваги, вона пред'являє відносно високі вимоги до схеми захисту. Під час використання його слід суворо охороняти від перезаряду та надмірного розряду, а струм розряду не повинен бути надто великим. Загалом, швидкість розряду не повинна перевищувати 0,2C. Процес зарядки літій-іонного акумулятора показаний на малюнку. У циклі заряджання літій-іонна батарея повинна перевірити напругу та температуру батареї перед заряджанням, щоб визначити, чи можна її заряджати. Заряджання заборонено, якщо напруга або температура акумулятора виходять за межі дозволеного виробником діапазону. Дозволений діапазон напруги для зарядки: 2,5 В ~ 4,2 В на елемент.

Згідно зі статистичними даними, світовий попит на літій-іонні акумулятори досяг 1,3 мільярда, і з постійним розширенням сфери використання ці дані з кожним роком зростають. З цієї причини зі швидким збільшенням кількості літій-іонних акумуляторів, які використовуються в різних галузях промисловості, показники безпеки акумуляторів стають все більш помітними. Літій-іонні батареї повинні мати не тільки відмінні характеристики заряджання та розряджання, але й більш високі характеристики безпеки. Тоді чому літій-іонна батарея загорілася або навіть вибухнула, і чи є якісь заходи захисту та запобігання цьому?

Вибух батареї ноутбука пов’язаний не лише з технологією обробки елементів літій-іонної батареї, яка використовується в ній, а й із платою захисту батареї, яка входить до батареї, схемою керування зарядом і розрядом ноутбука та дизайн ноутбука для відведення тепла. Нерозумна конструкція розсіювання тепла та керування заряджанням і розряджанням ноутбуків призведе до перегріву елементів батареї, що значно підвищує активність елементів батареї та підвищує ймовірність вибуху та займання.

Склад матеріалу літій-іонного акумулятора та аналіз продуктивності

По-перше, давайте подивимося на склад матеріалу літій-іонних батарей. Продуктивність літій-іонних акумуляторів залежить від структури та характеристик внутрішніх матеріалів, які використовуються в акумуляторі. Ці внутрішні матеріали акумулятора включають матеріали негативного електрода, електроліти, сепаратори та матеріали позитивного електрода. Серед них вибір і якість матеріалів позитивних і негативних електродів безпосередньо визначають продуктивність і ціну літій-іонних акумуляторів. Таким чином, дослідження дешевих і високоефективних позитивних і негативних електродних матеріалів завжди були в центрі уваги розвитку індустрії літій-іонних акумуляторів.

Низькотемпературний літій-залізо-фосфатний акумулятор 3,2 В 20 А
Низькотемпературний літій-залізо-фосфатний акумулятор 3,2 В 20 А
-20 ℃ заряд, -40 ℃ 3C ємність розряду≥70%
Температура заряджання: -20~45 ℃
-Температура розряду: -40~+55 ℃
-40 ℃ підтримує максимальну швидкість розряду: 3C
-40 ℃ 3C швидкість збереження ємності ≥ 70%

Натисніть, щоб дізнатися більше
Матеріал негативного електрода, як правило, виготовляється з вуглецевого матеріалу, і поточний розвиток є відносно зрілим. Розвиток катодних матеріалів став важливим фактором, що обмежує подальше покращення характеристик літій-іонних акумуляторів і подальше зниження ціни. У поточних комерціалізованих літій-іонних батареях вартість катодного матеріалу становить близько 40% від усієї вартості батареї, а зниження ціни катодного матеріалу безпосередньо визначає зниження ціни літій-іонної батареї. Особливо це стосується літій-іонних літій-іонних батарей. Наприклад, для невеликої літій-іонної батареї для мобільного телефону потрібно лише близько 5 грамів матеріалу позитивного електрода,

Хоча існує багато типів катодних матеріалів, які теоретично можна використовувати для літій-іонних акумуляторів, основним компонентом звичайних катодних матеріалів є LiCoO2. Під час заряджання потенціал, прикладений до двох полюсів батареї, змушує сполуки катода вивільняти іони літію, а молекули вбудованого анода розташовуються в пластинчасту структуру. у вуглецю. Під час розряду іони літію виділяються з вуглецю в пластинчастій структурі та рекомбінуються з сполукою позитивного електрода. Рух іонів літію створює електричний струм. Так працюють літій-іонні акумулятори.

Дизайн управління зарядом і розрядом літій-іонного акумулятора

Коли літій-іонний акумулятор заряджається, потенціал, прикладений до двох полюсів акумулятора, змушує з’єднання позитивного електрода вивільняти іони літію, які вбудовані в вуглець, молекули якого негативного електрода розташовані в пластинчастій структурі. Під час розряду іони літію виділяються з вуглецю в пластинчастій структурі та рекомбінуються з сполукою позитивного електрода. Рух іонів літію створює електричний струм. Хоча принцип дуже простий, у реальній промисловій обробці існує багато інших практичних проблем, які слід розглянути: матеріал позитивного електрода потребує добавок для підтримки активності багаторазового заряджання та розряджання,

Незважаючи на те, що літій-іонна батарея має зазначені вище переваги, вона пред'являє відносно високі вимоги до схеми захисту. Під час використання його слід суворо охороняти від перезаряду та надмірного розряду, а струм розряду не повинен бути надто великим. Загалом, швидкість розряду не повинна перевищувати 0,2C. Процес зарядки літій-іонного акумулятора показаний на малюнку. У циклі заряджання літій-іонна батарея повинна перевірити напругу та температуру батареї перед заряджанням, щоб визначити, чи можна її заряджати. Заряджання заборонено, якщо напруга або температура акумулятора виходять за межі дозволеного виробником діапазону. Дозволений діапазон напруги для зарядки: 2,5 В ~ 4,2 В на елемент.

Низькотемпературна висока щільність енергії 18650 3350mAh
Низькотемпературна висока щільність енергії 18650 3350 мАг
-40 ℃ 0,5 C розрядна ємність≥60%
Температура заряджання: 0~45 ℃
Температура розряду: -40 ~ +55 ℃
Питома енергія: 240 Вт-год/кг
-40 ℃ швидкість утримання розрядної ємності: 0,5 C розряд ємність≥60%

Клацніть для деталей
Коли батарея глибоко розряджена, зарядний пристрій повинен мати процес попередньої зарядки, щоб батарея відповідала умовам швидкої зарядки; потім, відповідно до рекомендованої виробником батареї швидкості заряджання, як правило, 1C, зарядний пристрій заряджатиме батарею постійним струмом. Напруга батареї зростає повільно; коли напруга батареї досягає встановленої напруги завершення (зазвичай 4,1 В або 4,2 В), зарядка постійним струмом припиняється, зарядний струм швидко спадає, і зарядка переходить у повний процес заряджання; під час повного процесу заряджання струм заряджання поступово зменшується, доки рівень заряджання не впаде нижче C/10 або коли час повного заряджання є понаднормовим, перейдіть на зарядку з максимальним відсіченням; при верхньому відсіченні зарядки зарядний пристрій доповнює батарею дуже малим струмом зарядки.

Схема захисту літій-іонного акумулятора

Через хімічні характеристики літій-іонної батареї під час нормального використання відбувається внутрішня хімічна реакція взаємного перетворення електричної енергії та хімічної енергії, але за певних умов, таких як перезаряд, надмірний розряд і перевищення струму, акумулятор може вийти з ладу. Всередині відбувається побічна хімічна реакція. Коли побічна реакція посилюється, це серйозно вплине на продуктивність і термін служби батареї, і може з’явитися велика кількість газу, що призведе до швидкого зростання внутрішнього тиску батареї та спричинить проблеми з безпекою. Таким чином, усі літій-іонні батареї повинні використовуватися для ефективного моніторингу стану заряджання та розряджання батареї та вимикання ланцюга заряджання та розряджання за певних умов, щоб захистити від пошкодження батареї.

Схема захисту літій-іонної батареї включає захист від перезаряду, захист від надточного струму/короткого замикання та захист від надмірного розряду, що вимагає високоточного захисту від перезаряду, низького енергоспоживання захисної мікросхеми, високої витримуваної напруги та можливості перезаряджання при нульовому вольті. У наступній статті буде конкретно проаналізовано принципи, нові функції та вимоги до функцій цих трьох схем захисту, які є довідковими для інженерів при проектуванні та розробці схем захисту.

Спільне використання схеми захисту літій-іонного акумулятора

У схемотехніці з літій-іонним акумулятором як джерелом живлення необхідно інтегрувати все більш і більш складну систему змішаних сигналів у мікросхему невеликої площі, що неминуче створює проблему низької напруги та низького енергоспоживання для цифрових і аналогових схем. . У зв’язку з обмеженнями енергоспоживання та функціонування, як отримати найкращий метод проектування, також є предметом дослідження поточної технології керування живленням (powerManagement, pM). З іншого боку, використання літій-іонних акумуляторів також значно сприяло розробці та розробці відповідних схем керування акумулятором і захисту акумулятора. Літій-іонні батареї повинні мати складні схеми керування для ефективного захисту від перезаряду, надмірного розряду та перевищення струму.

З тенденції зміни енергії електричних велосипедів обговорюється метод використання наднизького енергоспоживання та високої продуктивності MSp430F20X3 для розробки схеми захисту зарядки та розрядки літій-іонного акумулятора електричних велосипедів. Цей метод обговорює весь процес проектування від кожної деталі архітектури системи, ланцюга заряджання та розряджання, проектування ланцюга тестування та захисту, а також надає більш повну довідку для розробників джерел живлення для електричних велосипедів.