Znawcy branży wyjaśniają, jak skonfigurować bezpieczny obwód ochrony baterii litowej.

Według statystyk globalne zapotrzebowanie na baterie litowo-jonowe osiągnęło 1,3 miliarda, a wraz z ciągłym rozszerzaniem zakresu zastosowania dane te rosną z roku na rok. Z tego powodu, wraz z szybkim wzrostem ilości akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, poziom bezpieczeństwa akumulatorów staje się coraz bardziej widoczny. Nie tylko akumulatory litowo-jonowe muszą mieć doskonałą wydajność ładowania i rozładowywania, ale także wyższy poziom bezpieczeństwa. Dlaczego więc akumulator litowo-jonowy zapalił się, a nawet eksplodował i czy są jakieś środki, aby temu zapobiec?

Eksplozja baterii do notebooka jest związana nie tylko z technologią przetwarzania zastosowanych w niej ogniw litowo-jonowych, ale także z płytą zabezpieczającą baterię zapakowaną w baterię, obwodem zarządzania ładowaniem i rozładowaniem komputera przenośnego oraz rozpraszanie ciepła w notebooku. Nieuzasadnione rozpraszanie ciepła oraz zarządzanie ładowaniem i rozładowaniem notebooków spowoduje przegrzanie ogniw baterii, co znacznie zwiększa ich aktywność i zwiększa prawdopodobieństwo wybuchu i spalenia.

Skład materiału akumulatora litowo-jonowego i analiza wydajności

Najpierw przyjrzyjmy się składowi materiałowemu akumulatorów litowo-jonowych. Wydajność akumulatorów litowo-jonowych zależy od struktury i wydajności materiałów wewnętrznych użytych w akumulatorze. Te wewnętrzne materiały akumulatora obejmują materiały elektrod ujemnych, elektrolity, separatory i materiały elektrod dodatnich. Wśród nich wybór i jakość materiałów na elektrody dodatnie i ujemne bezpośrednio określają wydajność i cenę akumulatorów litowo-jonowych. Dlatego badania nad tanimi i wysokowydajnymi materiałami elektrod dodatnich i ujemnych zawsze były przedmiotem rozwoju przemysłu akumulatorów litowo-jonowych.

Materiał elektrody ujemnej jest zwykle wykonany z materiału węglowego, a obecny rozwój jest stosunkowo dojrzały. Rozwój materiałów katodowych stał się ważnym czynnikiem ograniczającym dalszą poprawę wydajności akumulatorów litowo-jonowych i dalszą obniżkę ceny. W obecnie komercjalizowanych akumulatorach litowo-jonowych koszt materiału katodowego stanowi około 40% całkowitego kosztu akumulatora, a obniżenie ceny materiału katodowego bezpośrednio determinuje obniżenie ceny akumulatora litowo-jonowego. Dotyczy to zwłaszcza akumulatorów litowo-jonowych litowo-jonowych. Na przykład mała bateria litowo-jonowa do telefonu komórkowego wymaga tylko około 5 gramów materiału elektrody dodatniej,

Chociaż istnieje wiele rodzajów materiałów katodowych, które teoretycznie można stosować w akumulatorach litowo-jonowych, głównym składnikiem powszechnie stosowanych materiałów katodowych jest LiCoO2. Podczas ładowania potencjał przyłożony do dwóch biegunów akumulatora wymusza na związkach katody uwalnianie jonów litu, a cząsteczki osadzonej anody układają się w strukturę lamelarną. w węglu. Podczas wyładowania jony litu wytrącają się z węgla w strukturze lamelarnej i łączą się ze związkiem elektrody dodatniej. Ruch jonów litu wytwarza prąd elektryczny. Tak działają baterie litowo-jonowe.

Projekt zarządzania ładowaniem i rozładowaniem akumulatora litowo-jonowego

Gdy akumulator litowo-jonowy jest ładowany, potencjał przyłożony do dwóch biegunów akumulatora zmusza związek elektrody dodatniej do uwolnienia jonów litu, które są osadzone w węglu, którego cząsteczki elektrody ujemnej są ułożone w strukturę płytkową. Podczas wyładowania jony litu wytrącają się z węgla w strukturze lamelarnej i łączą się ze związkiem elektrody dodatniej. Ruch jonów litu wytwarza prąd elektryczny. Chociaż zasada jest bardzo prosta, w rzeczywistym przetwarzaniu przemysłowym istnieje wiele innych praktycznych problemów do rozważenia: materiał elektrody dodatniej wymaga dodatków, aby utrzymać aktywność wielokrotnego ładowania i rozładowywania,

Chociaż akumulator litowo-jonowy ma wymienione wyżej zalety, ma stosunkowo wysokie wymagania dotyczące obwodu zabezpieczającego. Podczas użytkowania należy go ściśle chronić przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem, a prąd rozładowania nie powinien być zbyt duży. Ogólnie rzecz biorąc, szybkość rozładowania nie powinna być większa niż 0,2C. Na rysunku przedstawiono proces ładowania akumulatora litowo-jonowego. W cyklu ładowania akumulator litowo-jonowy powinien sprawdzić napięcie i temperaturę akumulatora przed ładowaniem, aby określić, czy nadaje się do ponownego naładowania. Ładowanie jest zabronione, jeśli napięcie lub temperatura akumulatora wykracza poza zakres zatwierdzony przez producenta. Dopuszczalny zakres napięcia ładowania to: 2,5V~4,2V na ogniwo.

Według statystyk światowe zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe sięgnęło 1,3 miliarda, a wraz z ciągłym rozszerzaniem zakresu stosowania dane te z roku na rok rosną. Z tego powodu, wraz z szybkim wzrostem ilości akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, poziom bezpieczeństwa akumulatorów staje się coraz bardziej widoczny. Nie tylko akumulatory litowo-jonowe muszą mieć doskonałą wydajność ładowania i rozładowywania, ale także wyższy poziom bezpieczeństwa. Dlaczego więc akumulator litowo-jonowy zapalił się, a nawet eksplodował i czy są jakieś środki, aby temu zapobiec?

Eksplozja baterii do notebooka jest związana nie tylko z technologią przetwarzania zastosowanych w niej ogniw litowo-jonowych, ale także z płytą zabezpieczającą baterię zapakowaną w baterię, obwodem zarządzania ładowaniem i rozładowaniem komputera przenośnego oraz rozpraszanie ciepła w notebooku. Nieuzasadnione rozpraszanie ciepła oraz zarządzanie ładowaniem i rozładowaniem notebooków spowoduje przegrzanie ogniw baterii, co znacznie zwiększa ich aktywność i zwiększa prawdopodobieństwo wybuchu i spalenia.

Skład materiału akumulatora litowo-jonowego i analiza wydajności

Najpierw przyjrzyjmy się składowi materiałowemu akumulatorów litowo-jonowych. Wydajność akumulatorów litowo-jonowych zależy od struktury i wydajności materiałów wewnętrznych użytych w akumulatorze. Te wewnętrzne materiały akumulatora obejmują materiały elektrod ujemnych, elektrolity, separatory i materiały elektrod dodatnich. Wśród nich wybór i jakość materiałów na elektrody dodatnie i ujemne bezpośrednio określają wydajność i cenę akumulatorów litowo-jonowych. Dlatego badania nad tanimi i wysokowydajnymi materiałami elektrod dodatnich i ujemnych zawsze były przedmiotem rozwoju przemysłu akumulatorów litowo-jonowych.

Niskotemperaturowa bateria
litowo-żelazowo-fosforanowa 3.2V 20A Niskotemperaturowa bateria litowo-żelazowo-fosforanowa 3.2V 20A;
-20°C ładowania, -40°C zdolność rozładowania 3C ≥70%
Temperatura ładowania: -20~45°C -Temperatura rozładowania
: -40~+55℃
-40°C maksymalna szybkość rozładowania: 3C
-40°C Wskaźnik utrzymania pojemności rozładowania 3C ≥ 70%

Kliknij po szczegóły
Materiał elektrody ujemnej jest zwykle wykonany z materiału węglowego, a obecny rozwój jest stosunkowo dojrzały. Rozwój materiałów katodowych stał się ważnym czynnikiem ograniczającym dalszą poprawę wydajności akumulatorów litowo-jonowych i dalszą obniżkę ceny. W obecnie komercjalizowanych akumulatorach litowo-jonowych koszt materiału katodowego stanowi około 40% całkowitego kosztu akumulatora, a obniżenie ceny materiału katodowego bezpośrednio determinuje obniżenie ceny akumulatora litowo-jonowego. Dotyczy to zwłaszcza akumulatorów litowo-jonowych litowo-jonowych. Na przykład mała bateria litowo-jonowa do telefonu komórkowego wymaga tylko około 5 gramów materiału elektrody dodatniej,

Chociaż istnieje wiele rodzajów materiałów katodowych, które teoretycznie można stosować w akumulatorach litowo-jonowych, głównym składnikiem powszechnie stosowanych materiałów katodowych jest LiCoO2. Podczas ładowania potencjał przyłożony do dwóch biegunów akumulatora wymusza na związkach katody uwalnianie jonów litu, a cząsteczki osadzonej anody układają się w strukturę lamelarną. w węglu. Podczas wyładowania jony litu wytrącają się z węgla w strukturze lamelarnej i łączą się ze związkiem elektrody dodatniej. Ruch jonów litu wytwarza prąd elektryczny. Tak działają baterie litowo-jonowe.

Projekt zarządzania ładowaniem i rozładowaniem akumulatora litowo-jonowego

Gdy akumulator litowo-jonowy jest ładowany, potencjał przyłożony do dwóch biegunów akumulatora zmusza związek elektrody dodatniej do uwolnienia jonów litu, które są osadzone w węglu, którego cząsteczki elektrody ujemnej są ułożone w strukturę płytkową. Podczas wyładowania jony litu wytrącają się z węgla w strukturze lamelarnej i łączą się ze związkiem elektrody dodatniej. Ruch jonów litu wytwarza prąd elektryczny. Chociaż zasada jest bardzo prosta, w rzeczywistym przetwarzaniu przemysłowym istnieje wiele innych praktycznych problemów do rozważenia: materiał elektrody dodatniej wymaga dodatków, aby utrzymać aktywność wielokrotnego ładowania i rozładowywania,

Chociaż akumulator litowo-jonowy ma wymienione wyżej zalety, ma stosunkowo wysokie wymagania dotyczące obwodu zabezpieczającego. Podczas użytkowania należy go ściśle chronić przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem, a prąd rozładowania nie powinien być zbyt duży. Ogólnie rzecz biorąc, szybkość rozładowania nie powinna być większa niż 0,2C. Na rysunku przedstawiono proces ładowania akumulatora litowo-jonowego. W cyklu ładowania akumulator litowo-jonowy powinien sprawdzić napięcie i temperaturę akumulatora przed ładowaniem, aby określić, czy nadaje się do ponownego naładowania. Ładowanie jest zabronione, jeśli napięcie lub temperatura akumulatora wykracza poza zakres zatwierdzony przez producenta. Dopuszczalny zakres napięcia ładowania to: 2,5V~4,2V na ogniwo.

Niska temperatura wysoka gęstość energii 18650 3350 mAh;
Niska temperatura wysoka gęstość energii 18650 3350 mAh
-40 ℃ Wydajność rozładowania 0,5 C ≥ 60%
Temperatura ładowania: 0 ~ 45 ℃
Temperatura rozładowania: -40 ~ + 55 ℃
Energia właściwa: 240 Wh/kg
-40 ℃ współczynnik utrzymywania wydajności rozładowania: rozładowywanie 0,5 C pojemność≥60%

Kliknij, aby uzyskać szczegółowe informacje
Gdy akumulator jest głęboko rozładowany, ładowarka musi mieć proces wstępnego ładowania, aby akumulator spełniał warunki szybkiego ładowania; następnie, zgodnie z szybką prędkością ładowania zalecaną przez producenta baterii, ogólnie 1C, ładowarka ładuje akumulator stałym prądem, napięcie akumulatora rośnie powoli; gdy napięcie akumulatora osiągnie ustawione napięcie końcowe (zwykle 4,1 V lub 4,2 V), ładowanie stałym prądem zostaje zakończone, prąd ładowania szybko zanika, a ładowanie wchodzi w pełny proces ładowania; podczas pełnego procesu ładowania prąd ładowania stopniowo Osłabiaj, aż szybkość ładowania spadnie poniżej C/10 lub gdy czas pełnego ładowania jest nadgodziny, przełącz na ładowanie z górnym odcięciem; przy górnym odcięciu ładowania ładowarka uzupełnia akumulator bardzo małym prądem ładowania.

Konstrukcja obwodu zabezpieczającego akumulator litowo-jonowy

Ze względu na właściwości chemiczne akumulatora litowo-jonowego podczas normalnego użytkowania zachodzi wewnętrzna reakcja chemiczna wzajemnej konwersji energii elektrycznej i chemicznej, ale w pewnych warunkach, takich jak przeładowanie, nadmierne rozładowanie i przetężenie, akumulator Wewnątrz zachodzi chemiczna reakcja uboczna. Nasilenie reakcji ubocznej poważnie wpłynie na wydajność i żywotność akumulatora i może pojawić się duża ilość gazu, który spowoduje gwałtowny wzrost ciśnienia wewnętrznego akumulatora i spowoduje problemy z bezpieczeństwem. Dlatego wszystkie akumulatory litowo-jonowe muszą być. Obwód ochronny służy do skutecznego monitorowania stanu ładowania i rozładowania akumulatora oraz wyłączania obwodu ładowania i rozładowywania w określonych warunkach, aby chronić akumulator przed uszkodzeniem.

Obwód ochrony akumulatora litowo-jonowego obejmuje ochronę przed przeładowaniem, zabezpieczenie przed przetężeniem/zwarciem i zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem, wymagające bardzo precyzyjnej ochrony przed przeładowaniem, niskiego zużycia energii układu ochronnego, wysokiego napięcia wytrzymywanego i możliwości ponownego ładowania przy zerowym napięciu. W poniższym artykule szczegółowo przeanalizujemy zasady, nowe funkcje i wymagania dotyczące tych trzech obwodów ochronnych, które są wartością odniesienia dla inżynierów przy projektowaniu i opracowywaniu obwodów ochronnych.

Udostępnianie obudowy obwodu zabezpieczającego akumulator litowo-jonowy

W projektowaniu obwodów z baterią litowo-jonową jako źródłem zasilania, wymagana jest integracja coraz bardziej złożonego systemu sygnałów mieszanych w chip o małej powierzchni, co nieuchronnie rodzi problem niskiego napięcia i niskiego zużycia energii dla obwodów cyfrowych i analogowych . W ograniczeniach zużycia energii i funkcji, jak uzyskać najlepszą metodę projektowania, jest również przedmiotem badań obecnej technologii zarządzania energią (powerManagement, pM). Z drugiej strony zastosowanie akumulatorów litowo-jonowych w znacznym stopniu przyczyniło się do projektowania i rozwoju odpowiednich obwodów zarządzania akumulatorami i ochrony akumulatora. Akumulatory litowo-jonowe muszą mieć złożone obwody sterujące, aby skutecznie chronić przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i przetężeniem akumulatora.

Z trendu transformacji energii w rowerach elektrycznych omówiono metodę wykorzystania bardzo niskiego zużycia energii i wysokiej wydajności MSp430F20X3 do projektowania obwodu zabezpieczającego ładowanie i rozładowywanie akumulatora litowo-jonowego w rowerach elektrycznych. Ta metoda omawia cały proces projektowania od każdego szczegółu architektury systemu, obwodu ładowania i rozładowania, testowania i projektowania obwodów ochronnych oraz zapewnia bardziej wszechstronne odniesienie dla projektantów zasilaczy do rowerów elektrycznych.