Breve descripción de la protección primaria y secundaria de la batería de litio

Desde el nacimiento de las baterías de iones de litio, se han acompañado problemas de seguridad. Con la popularidad de los dispositivos electrónicos portátiles como los teléfonos móviles y las tabletas, los requisitos de capacidad de la batería son cada vez más altos y, al mismo tiempo, el tamaño de las baterías es cada vez más pequeño. Se requiere que la densidad de energía del núcleo de la batería sea alta y el peligro también es mayor. Por tanto, la protección de las baterías de iones de litio es indispensable. Diferentes fabricantes han propuesto diferentes esquemas de protección para diferentes tipos de baterías de iones de litio.

Tipo de batería y su protección.

Las baterías de iones de litio están disponibles en una variedad de categorías. Se pueden dividir en formas cilíndricas y cuadradas según su forma. Se pueden dividir en baterías de iones de litio y de polímero de litio según el estado del electrolito. Actualmente, la mayoría de las celdas utilizadas en la fuente de alimentación móvil son celdas cilíndricas 18650 (18 mm de diámetro y 65 mm de longitud) y celdas cuadradas de polímero de litio. La seguridad se analiza a continuación a partir de la estructura de la batería.

1. batería cilíndrica de iones de litio (18650)

El núcleo de la batería tiene un PPTC (Dispositivo de seguridad recuperable) para protección contra sobrecalentamiento y sobrecorriente. Cuando la temperatura del núcleo de la batería es demasiado alta o la corriente es demasiado grande, el PPTC se convertirá en un estado de alta resistencia, bloqueando así la carga y descarga del núcleo de la batería, y evitando el incendio y la explosión de la batería.

2. batería de litio cuadrada

El diseño de MHP-TA y PPTC cerca del núcleo de la batería permite que MHP-TA y PPTC detecten mejor la temperatura de la batería. Cuando la temperatura de la batería aumenta de forma anormal, puede presentar una alta resistencia, dificultar la carga y descarga de la batería y garantizar el uso seguro de la batería. .

El circuito de protección se puede dividir en dos partes: protección de componente activo (protección IC y Mosfet), también conocida como protección primaria, protección de componente pasivo (MHP, PTC, Fusible), también conocida como protección secundaria. El circuito de protección primario es principalmente para la sobrecarga, sobredescarga, sobrecarga y cortocircuito de la batería. El IC detecta el voltaje de la batería y la corriente de carga y descarga para controlar que el Mosfet se encienda o apague para garantizar que la batería de litio funcione en un estado seguro.

Varias opciones de protección de batería diferentes

1. (SafetyIC + Mosfet) + Fusible

Hay tres tipos de fusibles en este tipo de disparo: fusibles térmicos, fusibles de corriente común y fusibles de corriente de ruptura lenta.

El fusible térmico puede proteger mejor el núcleo de la batería del fuego y la explosión causados por el calor, y el costo es bajo. Sin embargo, debido a la magnitud de la corriente, la temperatura ambiente, la temperatura de la placa y la temperatura de la celda, es fácil que el fusible térmico funcione mal, y sus características irrecuperables hacen que la aplicación de tal liberación tenga ciertas limitaciones.

Los fusibles de corriente ordinaria tienen un bajo costo y no son efectivos para sobrecargar las baterías porque no pueden detectar la temperatura de las celdas de la batería. El cortocircuito de la batería es fácil de fundir el fusible, no es recuperable y la batería se desecha. Por lo tanto, este esquema de protección se aplica principalmente a la batería de litio de gama baja.

El fusible de corriente de ruptura lenta funciona durante más tiempo que el tiempo de acción de protección contra sobrecorriente del SafetyIC, lo que garantiza la protección de primer nivel del SafetyIC como componente activo y no dispara el fusible como protección secundaria. La batería está en un estado seguro. Este tipo de esquema tiene un efecto pobre en la protección de sobrecarga del núcleo de la batería, pero bajo la premisa de la seguridad del núcleo de la batería, dicho esquema puede cumplir con los requisitos del LPS.

2. (SafetyIC + Mosfet) + PTC / MHP

Posibles razones por las que explota una batería de litio:

A. El circuito de protección es efectivo debido a un diseño incorrecto de los parámetros del circuito o falla de un componente.

B. El núcleo de la batería de litio en sí no está calificado, e incluso si se carga normalmente, puede explotar.

Sobre la base de las razones anteriores, los estándares internacionales de seguridad para baterías de litio requieren claramente que las baterías de litio se puedan cargar y descargar de manera segura en caso de falla de la protección primaria. Por lo tanto, para que la aplicación de la batería de litio sea más segura, sobre la base del circuito de protección primaria (IC / Mosfet), se agrega una protección de componente pasivo de primer nivel, y la temperatura del núcleo de la batería es detectada por un recuperable. dispositivo de seguridad (PTC o MHP). Cuando la temperatura aumenta anormalmente, el PTC o MHP exhibe inmediatamente un estado de alta resistencia, lo que dificulta la carga y descarga de la batería, evitando así que la batería de litio se encienda y explote. El principio de protección se muestra a continuación. Como se puede ver en la figura, cuando la temperatura de la batería aumenta, el PTC funciona, el circuito de carga es de alta impedancia, la corriente es cercana a cero y la temperatura de la batería desciende rápidamente.

3. Doble (SafetyIC + Mosfet)

La protección de componente activo dual puede proporcionar la confiabilidad del circuito de protección, reducir la probabilidad de falla del componente de protección y, al mismo tiempo, cumplir con los requisitos de seguridad. Sin embargo, la protección del tipo de batería no es perfecta.

Por alguna razón, las baterías de litio parecen tener un fuerte aumento en la temperatura de la batería antes de la explosión. Si no hay un componente pasivo PTC / MHP para detectar la temperatura de la batería, incluso la doble protección no evitará que la batería explote.

El circuito de protección dual reduce en gran medida la probabilidad de sobrecarga, cortocircuito y carga inversa de la celda de la batería de litio. Sin embargo, no hay nada que ver con el núcleo de la batería, que tiene sus propios problemas. Según las estadísticas, alrededor del 85% de las baterías se disparan y explotan debido a la batería. El problema del núcleo en sí mismo, por lo tanto, la protección de la batería del circuito de protección es limitada.

Resumen

A medida que la densidad de energía de las celdas de las baterías de litio siga aumentando, se valorará más la seguridad. Según el análisis y la comparación de los esquemas de protección de batería de litio anteriores, el esquema de protección (SafetyIC + Mosfet) + PTC / MHP puede evitar eficazmente el uso de baterías de litio. En el proceso de incendio y explosión, este programa es actualmente el más utilizado y el de mayor costo de rendimiento.

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