Краткое описание первичной и вторичной защиты литиевых батарей

С момента появления литий-ионных аккумуляторов проблемы безопасности были сопутствующими. С ростом популярности портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны и планшетные компьютеры, требования к емкости аккумуляторов становятся все выше и выше, и в то же время размер аккумуляторов становится все меньше и меньше. Плотность энергии сердечника батареи должна быть высокой, и опасность также выше. Поэтому защита литий-ионных аккумуляторов незаменима. Разные производители предлагают разные схемы защиты для разных типов литий-ионных аккумуляторов.

Тип аккумулятора и его защита

Литий-ионные аккумуляторы доступны в различных категориях. По форме их можно разделить на цилиндрические и квадратные. По состоянию электролита их можно разделить на литий-ионные и литий-полимерные батареи. В настоящее время большинство элементов, используемых в мобильных источниках питания, представляют собой цилиндрические элементы 18650 (диаметром 18 мм и длиной 65 мм) и квадратные литий-полимерные элементы. Безопасность анализируется ниже, исходя из конструкции батареи.

1. Цилиндрическая литий-ионная батарея (18650)

Ядро батареи имеет PPTC (восстанавливаемое защитное устройство) для защиты от перегрева и перегрузки по току. Когда температура ядра батареи слишком высока или ток слишком велик, PPTC переходит в состояние с высоким сопротивлением, тем самым блокируя ток зарядки и разрядки сердечника батареи и предотвращая возгорание и взрыв батареи.

2. Квадратная литиевая батарея

Конструкция MHP-TA и PPTC рядом с ядром батареи позволяет MHP-TA и PPTC лучше определять температуру батареи. Когда температура батареи ненормально повышается, она может проявлять высокое сопротивление, препятствовать зарядке и разрядке батареи, а также обеспечивать безопасное использование батареи. .

Схема защиты может быть разделена на две части: активная защита компонентов (защита IC и Mosfet), также известная как первичная защита, защита пассивных компонентов (MHP, PTC, предохранитель), также известная как вторичная защита. Первичная схема защиты предназначена в основном для перезарядки, чрезмерной разрядки, перегрузки и короткого замыкания батареи. Микросхема определяет напряжение батареи, а также ток заряда и разряда, чтобы управлять Mosfet для включения или выключения, чтобы гарантировать, что литиевая батарея работает в безопасном состоянии.

Несколько различных вариантов защиты аккумулятора

1. (SafetyIC + Mosfet) + предохранитель

В этом типе расцепителя есть три типа предохранителей: плавкие предохранители, предохранители с общим током и плавкие предохранители с малым током отключения.

Тепловой предохранитель может лучше защитить сердечник батареи от пожара и взрыва, вызванного нагревом, и его стоимость невысока. Однако из-за величины тока, температуры окружающей среды, температуры платы и температуры элементов плавкий предохранитель легко может выйти из строя, а его невосстановимые характеристики делают применение такого расцепителя определенными ограничениями.

Обычные предохранители имеют низкую стоимость и неэффективны для перезарядки батарей, поскольку они не могут определять температуру элементов батареи. Короткое замыкание аккумулятора легко приводит к перегоранию предохранителя, его не исправить, и аккумулятор утилизируется. Поэтому данная схема защиты применяется в основном к литиевым батареям младшего класса.

Плавкий предохранитель с медленным размыканием работает дольше, чем время срабатывания защиты от перегрузки по току SafetyIC, что гарантирует защиту первого уровня SafetyIC как активного компонента и не срабатывает предохранитель в качестве вторичной защиты. Аккумулятор в безопасном состоянии. Такая схема плохо влияет на защиту сердечника батареи от перезарядки, но, исходя из предпосылки безопасности сердечника батареи, такая схема может соответствовать требованиям LPS.

2. (SafetyIC + Mosfet) + PTC / MHP

Возможные причины взрыва литиевой батареи:

A. Схема защиты эффективна из-за неправильной конструкции параметров цепи или отказа компонентов.

B. Сам сердечник литиевой батареи не соответствует требованиям, и даже если он заряжен нормально, он может взорваться.

Исходя из вышеуказанных причин, международные стандарты безопасности для литиевых батарей четко требуют, чтобы литиевые батареи могли безопасно заряжаться и разряжаться в случае отказа первичной защиты. Поэтому, чтобы сделать применение литиевой батареи более безопасным, на основе схемы первичной защиты (IC / Mosfet) добавлена защита пассивных компонентов первого уровня, а температура сердечника батареи определяется восстанавливаемым предохранительное устройство (PTC или MHP). Когда температура повышается ненормально, PTC или MHP немедленно проявляют состояние высокого сопротивления, препятствуя заряду и разрядке батареи, тем самым предотвращая возгорание и взрыв литиевой батареи. Принцип защиты показан ниже. Как видно из рисунка, при повышении температуры батареи срабатывает PTC, цепь зарядки имеет высокий импеданс, ток близок к нулю, а температура батареи быстро падает.

3. Двойной (SafetyIC + Mosfet)

Защита с двумя активными компонентами может обеспечить надежность схемы защиты, снизить вероятность отказа компонента защиты и в то же время удовлетворить требованиям безопасности. Однако защита типа батареи не идеальна.

По какой-то причине перед взрывом литиевые батареи резко нагреваются. Если нет пассивного компонента PTC / MHP, измеряющего температуру батареи, даже двойная защита не предотвратит взрыв батареи.

Схема двойной защиты значительно снижает вероятность перезарядки, короткого замыкания и обратной зарядки элемента литиевой батареи. Однако здесь нет ничего общего с ядром батареи, у которого есть свои проблемы. По статистике около 85% аккумуляторов сгорели и взорвались из-за аккумулятора. Проблема в самой сердцевине, поэтому защита АКБ от схемы защиты ограничена.

Резюме

Поскольку плотность энергии элементов литиевых батарей продолжает расти, безопасность будет цениться все больше. Основываясь на анализе и сравнении приведенных выше схем защиты литиевых батарей, схема защиты (SafetyIC + Mosfet) + PTC / MHP может эффективно предотвратить использование литиевых батарей. В процессе пожара и взрыва эта программа в настоящее время является наиболее широко применяемой и наиболее затратной по показателям.

Страница содержит содержимое машинного перевода.