Mostrar más sobre sobrecarga de baterías de iones de litio

La mayoría de nosotros somos usuarios de baterías de iones de litio. Ahora, están en todas partes en teléfonos inteligentes, reproductores, computadoras portátiles e incluso en autos eléctricos. Las baterías de iones de litio son el tipo de batería más eficiente. Son compactos y tienen una alta densidad energética. Sin embargo, existe un inconveniente. Las baterías de litio pueden sobrecalentarse, incendiarse y explotar si se sobrecargan, se recalientan o se usan incorrectamente. Este artículo discutirá el comportamiento de sobrecarga y las consideraciones de protección de las baterías de iones de litio.

¿Cuáles son las protecciones de la sobrecarga de la batería de iones de litio?

La sobrecarga puede hacer que las baterías de litio se sobrecalienten, exploten y generen peligro de incendio. Incluso una sobrecarga leve puede reducir la capacidad de descarga de la celda y provocar una descarga excesiva. Además, conduce a la generación de calor, resistencia y reducción de la vida útil de la celda.

Para evitar este problema, los fabricantes utilizan circuitos especiales dentro del paquete de energía de litio. Los paquetes de baterías de iones de litio deben usarse con un circuito de protección para proteger la celda de eventos como una descarga excesiva o una carga excesiva. Por lo general, los circuitos integrados de protección de la batería se utilizan para asegurar los paquetes de baterías de iones de litio. Los circuitos integrados de batería tienen dos parámetros principales conocidos como umbral de sobrevoltaje y umbral de bajo voltaje. Estas cifras son los niveles de voltaje en sus límites superior e inferior. En caso de que la celda se sobrecargue, el IC puede optimizarla. Un componente clave de los circuitos integrados de protección de la batería se conoce como MOSFET que facilita el cambio de celdas dentro y fuera del circuito.

· Protección de sobrecarga

Dado que las baterías de iones de litio no toleran la sobrecarga, es especialmente importante identificar el estado de carga completa. Muchas baterías de iones de litio orientadas al usuario generalmente se cargan a un voltaje de 4.2 voltios / celda con un límite tolerable de ± 50 mV por celda. Cualquier carga que exceda el límite más allá del período de tiempo de retardo de sobrecarga (TOC) puede causar estrés celular y producir oxidación celular que, en última instancia, conduce a una eficiencia y capacidad reducidas. No obstante, también puede dar lugar a problemas de seguridad. Sin embargo, el interruptor MOSFET asegura que no se implemente más carga fuera del rango.

· Protección de temperatura

Un paquete de baterías también viene con termistor para monitorear la temperatura. Si la batería se sobrecalienta, el termistor da una advertencia. En el caso de paquetes de baterías de varias celdas, existe una función llamada detección de circuito / cable abierto (OCD), que es un método de seguimiento de los circuitos y voltajes de las celdas individuales para garantizar el equilibrio de las celdas. En última instancia, esto mejora el rendimiento y la vida útil de la batería.

· Umbral de protección contra sobretensión

Las baterías de iones de litio funcionan de forma segura dentro de los voltajes de funcionamiento mencionados. Sin embargo, la batería se vuelve inestable cuando se carga por error más allá de un límite de voltaje especificado. Se pueden cargar de forma segura a un máximo de 4,1 V o 4,2 V / celda, pero no va más allá de eso.

Según los fabricantes, las baterías de iones de litio deben cargarse a 4,1 V durante cada ciclo de carga, lo que significa que la carga debe detenerse una vez que esté cerca de estar completamente cargada. Estas baterías podrían tener una vida más larga cuando la carga está reservada a 4.1V. Al seleccionar un umbral de voltaje de sobrecarga, debe mantener el equilibrio entre su longevidad y la carga por celda.

Dado que las baterías de iones de litio están equipadas con un circuito de protección de sobrecarga incorporado y usan interruptores MOSFET para monitorear las rutas de carga y descarga. También deshabilita los circuitos si se exceden los umbrales especificados.

· Umbral de protección contra sobredescarga

Si las baterías de iones de litio se descargan por debajo de un umbral específico que es alrededor del 5% de la capacidad total, su rendimiento puede dañarse permanentemente. Por lo general, las baterías de iones de litio pueden funcionar con seguridad hasta 2,75 por celda. Sin embargo, cuando el voltaje desciende por debajo del voltaje de protección contra sobredescarga (VOCP), la descarga se detiene apagando el MOSFET de control de descarga.

Cuando utiliza una celda de litio protegida, no presenta ningún riesgo de peligro ni afecta el ciclo de vida. Esto se debe a que una batería protegida está diseñada con un búfer adicional para permitir el corte de la batería entre 2.2 y 2.9V / celda. Así es como el circuito de protección protege las baterías de iones de litio del abuso.

¿Cuál es la reacción de la sobrecarga de la batería de iones de litio?

La sobrecarga de la batería de iones de litio es el resultado de una reacción química que tiene lugar entre el electrolito y los electrodos. Esta reacción química da como resultado la emisión de gases y calor dentro de la batería. En consecuencia, la batería se expande internamente, lo que hace que la carcasa se abra.

¿Qué sucede cuando carga una batería de iones de litio (que está diseñada para 4,20 V / celda) por encima de 4,30 V? Bueno, la deposición o recubrimiento de litio metálico tiene lugar en el ánodo. El material del cátodo delitiado, por otro lado, pierde su estabilidad, se convierte en un agente oxidante y genera CO2 como resultado de una rápida reacción exotérmica. Si la presión de la celda continúa aumentando y la carga no se detiene, el dispositivo de interrupción de corriente (CID) que es responsable de la seguridad de la celda comenzará a desconectarse a 1,000–1,380kPa (145–200psi). En caso de que la presión aumente más allá de 200 psi, la membrana de seguridad se rasgará a aproximadamente 3450 kPa (500 psi) y la celda podría eventualmente emitir una llama. Según una investigación de Takahisa Ohsaki, durante la reacción de sobrecarga se desarrollaron diversos gases como CO2, CO, H2, CH4, C2H6 y C2H4. Cuanto mayor sea la temperatura, más gases se liberarán.

¿Cómo lidiar con la sobrecarga de la batería de iones de litio?

Las baterías de litio exhiben el beneficio de una alta densidad de energía, lo que significa que pueden almacenar mucha energía en un volumen compacto. Sin embargo, requieren un manejo atento para evitar riesgos. Hay infinitas posibilidades que pueden hacer que una batería de iones de litio se hinche. La causa más común es la sobrecarga. Cuando se trata de manipular las baterías sobrecargadas, debe seguir las siguientes pautas.

● Opte siempre por el cargador de energía adecuado. Utilice cargadores de primera calidad de marcas populares.

● No conecte sus dispositivos todo el tiempo.

● Asegúrese de cargar a temperatura moderada. Evite cargar a temperaturas bajo cero.

● No es necesario cargar completamente las baterías de iones de litio. Opta por una carga parcial.

● Asegúrese de que sus dispositivos estén apagados mientras se cargan.

● Evite las descargas de ciclo profundo, lo que significa operar la batería hasta el 5% - 20% y luego cargarla. Esta práctica puede acortar drásticamente la vida útil de la batería.

Conclusión

Evite la sobrecarga de las baterías de iones de litio, ya que representa un peligro importante para la seguridad. Busque y seleccione un protector de batería de iones de litio dedicado.