Conocimientos relacionados con la protección del circuito de la batería de litio

Con el continuo avance y desarrollo de la ciencia y la tecnología, surgen cada vez más productos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles, computadoras portátiles, PDA y cámaras de video digitales, que enriquecen y facilitan enormemente la vida de las personas. Hoy en día, estos dispositivos electrónicos portátiles se han convertido en una parte indispensable de la vida de las personas y tienen una perspectiva de mercado y un espacio de desarrollo muy amplios. A medida que estos productos electrónicos avanzan hacia la miniaturización, el peso ligero y la portabilidad, se imponen mayores requisitos de energía a las fuentes de alimentación utilizadas. Por lo tanto, la demanda de una batería secundaria que tenga un volumen pequeño, un peso ligero y una densidad de energía alta es bastante urgente. En comparación con las baterías de níquel-cadmio y níquel-hidrógeno, las baterías de litio se han convertido en una batería de litio debido a su pequeño tamaño, peso ligero, alta densidad de energía, sin efecto memoria, larga vida útil, amplio rango de aplicación, alto voltaje de trabajo y bajo tasa de autodescarga. La batería secundaria más utilizada.

Tabla de contenido

Premisa trasfondo e importancia

Solución

Requisitos previos e importancia del circuito de protección de la batería de litio de baja potencia

Debido a la alta densidad de energía de la batería de litio, en el estado de sobrecarga, la energía será excesiva después de que la temperatura de la batería suba, de modo que el electrolito se descomponga para generar gas, que tiende a aumentar la presión interna y causar espontáneo combustión o ruptura; de lo contrario, en el estado de descarga excesiva, el electrolito se degrada para deteriorar las características y la durabilidad de la batería, lo que reduce el número de tiempos de carga y acorta la vida útil de la batería. Por tanto, la protección de las baterías de litio es muy importante. En aplicaciones de batería, se deben utilizar chips de protección de batería para evitar la sobrecarga, la descarga excesiva y la sobrecorriente de la batería.

En resumen, el diseño del circuito de protección de la batería de litio es muy importante. Sin embargo, el circuito de protección de la batería de litio aumentará la pérdida adicional de energía de la batería y reducirá el tiempo de aplicación de la batería, lo que requiere el circuito de protección de la batería de litio para lograr un bajo consumo de energía con alta precisión. Además de las funciones básicas de protección contra sobrecargas, protección contra sobrecargas y protección contra sobrecorriente, un chip de protección de batería de litio debe cumplir con los siguientes requisitos; este es también el objetivo del chip diseñado en este documento.

(1) Consumo de energía ultra bajo. Cuando el circuito de protección de la batería de litio está en funcionamiento, el consumo de energía consumida es la pérdida de la batería. Por lo tanto, debemos minimizar el consumo de energía del circuito de protección de la batería de litio.

(2) Voltaje de detección de alta precisión. Para que el circuito de protección de la batería de litio responda correctamente a los diferentes estados de funcionamiento de la batería, el circuito de protección debe poder detectar con precisión los parámetros de voltaje, como el voltaje de protección contra sobrecargas y el voltaje de protección contra sobrecargas.

(3) Funciona correctamente en un amplio rango de voltaje. Dado que el voltaje de suministro del circuito de protección de la batería de litio es el voltaje de la batería, y el voltaje de la batería puede flotar en un rango amplio, se requiere que el circuito de protección de la batería de litio funcione correctamente dentro del rango de voltaje.

esquema de circuito de protección de batería de litio

Entre los diversos tipos de baterías que se utilizan actualmente, las baterías de litio (también conocidas como baterías secundarias de iones de litio o baterías de iones de litio) son un nuevo tipo de fuente de energía que se ha desarrollado en la última década. Las baterías de litio son diferentes de las fuentes de energía químicas ordinarias. El proceso de carga y descarga se realiza mediante la inserción y desintercalación de iones de litio en los electrodos positivo y negativo de la batería. El electrodo negativo de la batería de litio es un material de carbono como el grafito; el electrodo positivo es un óxido de metal de transición que contiene litio, como el óxido de cobalto y litio (LiC002). Además, los materiales positivos y negativos de la batería de litio son compuestos de intercalación de iones de litio que tienen una estructura en capas en la que los iones de litio se pueden incrustar y desorber libremente, y los iones de litio se interponen entre las capas, y se produce una reacción electroquímica en un electrolito apropiado. . Durante la carga, los iones de litio se eliminan de la red del electrodo positivo por el campo eléctrico externo y se insertan en la red del electrodo negativo a través del electrolito. El proceso de descarga es todo lo contrario. Los iones de litio regresan al electrodo positivo y los electrones pasan a través de un circuito externo para llegar al electrodo positivo y recombinarse con los iones de litio.

En comparación con las baterías de níquel-cadmio y níquel-hidrógeno de uso común, las baterías de litio tienen muchas características superiores, principalmente en los siguientes aspectos:

(1) El voltaje de la fuente de alimentación de la batería de litio es alto, generalmente 3.6 V, que es aproximadamente tres veces el de la batería de níquel-cadmio y la batería de níquel-hidrógeno. Para equipos electrónicos con requisitos de alto voltaje de suministro, la cantidad de baterías necesarias para los paquetes de baterías se puede reducir considerablemente. Por lo tanto, la batería de litio utilizada en combinación es fácil de obtener un voltaje más alto.

(2) La energía específica es mayor, es decir, la batería de litio del mismo peso proporciona mayor energía que otras baterías. La energía específica de una batería de litio es generalmente de 2 a 3 veces mayor que la de una batería de níquel-cadmio o una batería de níquel-hidrógeno. Por lo tanto, el dispositivo electrónico portátil es pequeño y liviano.

(3) Sin efecto memoria. Las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidrógeno tienen un efecto de memoria y deben descargarse periódicamente; de lo contrario, la batería fallará debido a efectos de memoria. La batería de litio no tiene efecto memoria, no necesita prestar atención a la cantidad de energía residual y se puede cargar directamente. Esto permite aprovechar al máximo el rendimiento de la batería de litio.

(4) Larga vida útil. La batería de litio utiliza un electrodo de carbono negativo y el electrodo de carbono negativo no genera litio metálico durante la carga y descarga, lo que evita que la batería se dañe por el cortocircuito interno de litio metálico. En la actualidad, la batería de litio tiene un ciclo de vida de más de 5.000 veces, mucho más alto que otros tipos de baterías.

(5) El entorno de trabajo tiene un amplio rango de temperatura, generalmente entre 30 ° C y 0 ° C, y tiene un excelente rendimiento de descarga a alta y baja temperatura.

(6) La tasa de autodescarga es baja. La tasa de autodescarga, también conocida como tasa de retención de carga, se refiere a la cantidad de descarga automática cuando la batería no está en uso. La tasa de autodescarga de las baterías de litio es del 2% al 5%, las baterías de níquel-cadmio están entre el 25% y el 30% y las baterías de níquel-hidrógeno están entre el 30% y el 35%. Por lo tanto, la batería de litio retiene la carga durante más tiempo en el mismo entorno.

(7) la batería de litio no contiene elementos tóxicos como mercurio y cadmio y es una batería verdaderamente ecológica.

Sobre la base de las ventajas anteriores, las baterías de litio se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos portátiles. Por otro lado, las baterías de litio tienen una alta densidad de energía, lo que dificulta garantizar la seguridad de la batería. Específicamente, en un estado de sobrecarga, el electrolito se descompone, lo que hace que la temperatura y la presión dentro de la batería aumenten; en el estado de sobredescarga, el material electrolítico en el electrodo negativo, el cobre, se derrite para causar un cortocircuito interno, lo que hace que la temperatura aumente: cuando el circuito externo está en cortocircuito o se descarga, el consumo de energía interno de la batería aumenta y el la temperatura aumenta, lo que puede provocar la oxidación o descomposición del electrolito, lo que reduce la vida útil de la batería de litio. Además, si la batería de litio se descarga excesivamente, el electrolito de la batería cambiará y el número de ciclos de carga puede reducirse, lo que afectará la vida útil de la batería de litio.

Dado que las baterías de litio tienen las desventajas mencionadas anteriormente, se debe agregar un circuito de protección en la aplicación de baterías de litio. Las funciones básicas del circuito de protección también corresponden a las deficiencias anteriores, por lo que necesitamos el chip de protección de energía de la batería de litio para lograr las siguientes funciones básicas: protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga, protección contra sobrecorriente y protección contra cortocircuitos. De acuerdo con los requisitos de aplicación de la batería de litio anterior, para mejorar la vida útil de la batería de litio y garantizar el uso seguro de la batería, el circuito de protección de la batería de litio debe tener las siguientes funciones:

(1) Si el voltaje de carga excede el valor máximo permitido de la batería, se puede proporcionar un circuito de descarga de la batería.

(2) Si el voltaje de descarga es menor que el mínimo permitido por la batería, se puede proporcionar un circuito de carga de la batería. Luego corte la conexión entre la batería y el circuito externo, y corte la conexión entre la batería y el circuito externo.

(3) Si la corriente de carga y descarga de la batería es mayor que el valor límite, desconecte la batería del circuito externo.

(4) Cuando la batería vuelve al estado normal, el circuito de protección debería poder liberar el estado de protección en consecuencia, para que la batería pueda continuar funcionando normalmente.

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