Les initiés de l'industrie expliquent comment mettre en place un circuit de protection de batterie au lithium sûr

Selon les statistiques, la demande mondiale de batteries lithium-ion a atteint 1,3 milliard, et avec l'expansion continue du champ d'utilisation, ces données augmentent d'année en année. Pour cette raison, avec l'augmentation rapide de la quantité de batteries lithium-ion utilisées dans diverses industries, les performances de sécurité des batteries sont devenues de plus en plus importantes. Non seulement les batteries lithium-ion doivent avoir d'excellentes performances de charge et de décharge, mais également des performances de sécurité supérieures. Alors pourquoi la batterie lithium-ion a-t-elle pris feu ou même explosé, et existe-t-il des mesures pour s'en prémunir et l'empêcher ?

L'explosion d'une batterie d'ordinateur portable n'est pas seulement liée à la technologie de traitement des cellules de batterie lithium-ion qui y sont utilisées, mais également à la carte de protection de la batterie intégrée à la batterie, au circuit de gestion de charge et de décharge de l'ordinateur portable et au conception de dissipation thermique de l'ordinateur portable. La conception déraisonnable de la dissipation thermique et la gestion de la charge et de la décharge des ordinateurs portables surchauffent les cellules de la batterie, ce qui augmente considérablement l'activité des cellules de la batterie et augmente la probabilité d'explosion et de brûlure.

Analyse de la composition et des performances des matériaux de la batterie lithium-ion

Examinons d'abord la composition matérielle des batteries lithium-ion. Les performances des batteries lithium-ion dépendent de la structure et des performances des matériaux internes utilisés dans la batterie. Ces matériaux internes de batterie comprennent des matériaux d'électrode négative, des électrolytes, des séparateurs et des matériaux d'électrode positive. Parmi eux, la sélection et la qualité des matériaux d'électrodes positives et négatives déterminent directement les performances et le prix des batteries lithium-ion. Par conséquent, la recherche sur les matériaux d'électrodes positives et négatives bon marché et performants a toujours été au centre du développement de l'industrie des batteries lithium-ion.

Le matériau d'électrode négative est généralement en carbone et le développement actuel est relativement mature. Le développement des matériaux de cathode est devenu un facteur important limitant l'amélioration supplémentaire des performances des batteries lithium-ion et la réduction supplémentaire des prix. Dans les batteries lithium-ion actuellement commercialisées, le coût du matériau de cathode représente environ 40 % du coût total de la batterie, et la réduction du prix du matériau de cathode détermine directement la réduction du prix de la batterie lithium-ion. Cela est particulièrement vrai pour les batteries lithium-ion de puissance lithium-ion. Par exemple, une petite batterie lithium-ion pour un téléphone portable n'a besoin que d'environ 5 grammes de matériau d'électrode positive,

Bien qu'il existe de nombreux types de matériaux de cathode qui peuvent théoriquement être utilisés pour les batteries lithium-ion, le composant principal des matériaux de cathode courants est le LiCoO2. Lors de la charge, le potentiel appliqué aux deux pôles de la batterie force les composés de la cathode à libérer des ions lithium, et les molécules de l'anode encastrée sont disposées en une structure lamellaire. en carbone. Lors de la décharge, les ions lithium sont précipités du carbone dans la structure lamellaire et se recombinent avec le composé de l'électrode positive. Le mouvement des ions lithium crée un courant électrique. C'est ainsi que fonctionnent les batteries lithium-ion.

Conception de la gestion de la charge et de la décharge de la batterie Li-ion

Lorsque la batterie lithium-ion est chargée, le potentiel appliqué aux deux pôles de la batterie force le composé de l'électrode positive à libérer des ions lithium, qui sont noyés dans le carbone dont les molécules de l'électrode négative sont disposées selon une structure lamellaire. Lors de la décharge, les ions lithium sont précipités du carbone dans la structure lamellaire et se recombinent avec le composé de l'électrode positive. Le mouvement des ions lithium crée un courant électrique. Bien que le principe soit très simple, dans le traitement industriel réel, de nombreux autres problèmes pratiques doivent être pris en compte : le matériau de l'électrode positive a besoin d'additifs pour maintenir l'activité de charge et de décharge multiples,

Bien que la batterie lithium-ion présente les avantages mentionnés ci-dessus, elle a des exigences relativement élevées sur le circuit de protection. Pendant l'utilisation, il doit être strictement protégé contre les surcharges et les décharges excessives, et le courant de décharge ne doit pas être trop important. D'une manière générale, le taux de décharge ne doit pas être supérieur à 0,2C. Le processus de charge d'une batterie lithium-ion est illustré sur la figure. Dans un cycle de charge, la batterie lithium-ion doit tester la tension et la température de la batterie avant la charge pour déterminer si elle est rechargeable. La charge est interdite si la tension ou la température de la batterie est en dehors de la plage approuvée par le fabricant. La plage de tension autorisée pour la charge est : 2,5 V ~ 4,2 V par cellule.

Selon les statistiques, la demande mondiale de batteries lithium-ion a atteint 1,3 milliard, et avec l'expansion continue du champ d'utilisation, ces données augmentent d'année en année. Pour cette raison, avec l'augmentation rapide de la quantité de batteries lithium-ion utilisées dans diverses industries, les performances de sécurité des batteries sont devenues de plus en plus importantes. Non seulement les batteries lithium-ion doivent avoir d'excellentes performances de charge et de décharge, mais également des performances de sécurité supérieures. Alors pourquoi la batterie lithium-ion a-t-elle pris feu ou même explosé, et existe-t-il des mesures pour s'en prémunir et l'empêcher ?

L'explosion d'une batterie d'ordinateur portable n'est pas seulement liée à la technologie de traitement des cellules de batterie lithium-ion qui y sont utilisées, mais également à la carte de protection de la batterie intégrée à la batterie, au circuit de gestion de charge et de décharge de l'ordinateur portable et au conception de dissipation thermique de l'ordinateur portable. La conception déraisonnable de la dissipation thermique et la gestion de la charge et de la décharge des ordinateurs portables surchauffent les cellules de la batterie, ce qui augmente considérablement l'activité des cellules de la batterie et augmente la probabilité d'explosion et de brûlure.

Analyse de la composition et des performances des matériaux de la batterie lithium-ion

Examinons d'abord la composition matérielle des batteries lithium-ion. Les performances des batteries lithium-ion dépendent de la structure et des performances des matériaux internes utilisés dans la batterie. Ces matériaux internes de batterie comprennent des matériaux d'électrode négative, des électrolytes, des séparateurs et des matériaux d'électrode positive. Parmi eux, la sélection et la qualité des matériaux d'électrodes positives et négatives déterminent directement les performances et le prix des batteries lithium-ion. Par conséquent, la recherche sur les matériaux d'électrodes positives et négatives bon marché et performants a toujours été au centre du développement de l'industrie des batteries lithium-ion.

Batterie lithium fer phosphate basse température 3.2V 20A Batterie lithium fer phosphate
basse température 3.2V 20A
-20℃ charge, -40℃ Capacité de décharge 3C≥70% Température de
charge : -20~45℃
-Température de décharge : -40~+55℃
-40℃ prend en charge le taux de décharge maximal : 3C
-40℃ Taux de rétention de la capacité de décharge 3C≥ 70%

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Le matériau d'électrode négative est généralement en carbone et le développement actuel est relativement mature. Le développement des matériaux de cathode est devenu un facteur important limitant l'amélioration supplémentaire des performances des batteries lithium-ion et la réduction supplémentaire des prix. Dans les batteries lithium-ion actuellement commercialisées, le coût du matériau de cathode représente environ 40 % du coût total de la batterie, et la réduction du prix du matériau de cathode détermine directement la réduction du prix de la batterie lithium-ion. Cela est particulièrement vrai pour les batteries lithium-ion de puissance lithium-ion. Par exemple, une petite batterie lithium-ion pour un téléphone portable n'a besoin que d'environ 5 grammes de matériau d'électrode positive,

Bien qu'il existe de nombreux types de matériaux de cathode qui peuvent théoriquement être utilisés pour les batteries lithium-ion, le composant principal des matériaux de cathode courants est le LiCoO2. Lors de la charge, le potentiel appliqué aux deux pôles de la batterie force les composés de la cathode à libérer des ions lithium, et les molécules de l'anode encastrée sont disposées en une structure lamellaire. en carbone. Lors de la décharge, les ions lithium sont précipités du carbone dans la structure lamellaire et se recombinent avec le composé de l'électrode positive. Le mouvement des ions lithium crée un courant électrique. C'est ainsi que fonctionnent les batteries lithium-ion.

Conception de la gestion de la charge et de la décharge de la batterie Li-ion

Lorsque la batterie lithium-ion est chargée, le potentiel appliqué aux deux pôles de la batterie force le composé de l'électrode positive à libérer des ions lithium, qui sont noyés dans le carbone dont les molécules de l'électrode négative sont disposées selon une structure lamellaire. Lors de la décharge, les ions lithium sont précipités du carbone dans la structure lamellaire et se recombinent avec le composé de l'électrode positive. Le mouvement des ions lithium crée un courant électrique. Bien que le principe soit très simple, dans le traitement industriel réel, de nombreux autres problèmes pratiques doivent être pris en compte : le matériau de l'électrode positive a besoin d'additifs pour maintenir l'activité de charge et de décharge multiples,

Bien que la batterie lithium-ion présente les avantages mentionnés ci-dessus, elle a des exigences relativement élevées sur le circuit de protection. Pendant l'utilisation, il doit être strictement protégé contre les surcharges et les décharges excessives, et le courant de décharge ne doit pas être trop important. D'une manière générale, le taux de décharge ne doit pas être supérieur à 0,2C. Le processus de charge d'une batterie lithium-ion est illustré sur la figure. Dans un cycle de charge, la batterie lithium-ion doit tester la tension et la température de la batterie avant la charge pour déterminer si elle est rechargeable. La charge est interdite si la tension ou la température de la batterie est en dehors de la plage approuvée par le fabricant. La plage de tension autorisée pour la charge est : 2,5 V ~ 4,2 V par cellule.

Haute densité d'énergie à basse température 18650 3350mAh
Densité d'énergie élevée à basse température 18650 3350mAh
-40℃ Capacité de décharge de 0,5C≥60%
Température de charge : 0~45℃
Température de décharge : -40~+55℃
Énergie spécifique : 240Wh/kg
-40℃ Taux de rétention de la capacité de décharge : décharge de 0,5C capacité≥60%

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Lorsque la batterie est en décharge profonde, le chargeur doit avoir un processus de pré-charge pour que la batterie remplisse les conditions de charge rapide ; puis, selon la vitesse de charge rapide recommandée par le fabricant de la batterie, généralement 1C, le chargeur chargera la batterie à courant constant, la tension de la batterie monte lentement ; une fois que la tension de la batterie atteint la tension de terminaison définie (généralement 4,1 V ou 4,2 V), la charge à courant constant est terminée, le courant de charge diminue rapidement et la charge entre dans le processus de charge complet ; pendant le processus de charge complet, le courant de charge s'atténue progressivement jusqu'à ce que le taux de charge descende en dessous de C/10 ou lorsque le temps de charge complet est des heures supplémentaires, passez à la charge de coupure supérieure ; lors de la coupure de charge maximale, le chargeur complète la batterie avec un très faible courant de charge.

Conception du circuit de protection de la batterie lithium-ion

En raison des caractéristiques chimiques de la batterie lithium-ion, lors d'une utilisation normale, la réaction chimique interne de la conversion mutuelle de l'énergie électrique et de l'énergie chimique est effectuée, mais dans certaines conditions, telles qu'une surcharge, une décharge excessive et une surintensité, la batterie Une réaction secondaire chimique se produit à l'intérieur. Lorsque la réaction secondaire s'intensifie, cela affectera sérieusement les performances et la durée de vie de la batterie, et une grande quantité de gaz peut apparaître, ce qui entraînera une augmentation rapide de la pression interne de la batterie et entraînera des problèmes de sécurité. Par conséquent, toutes les batteries lithium-ion doivent être Un circuit de protection est utilisé pour surveiller efficacement l'état de charge et de décharge de la batterie et arrêter le circuit de charge et de décharge dans certaines conditions pour éviter d'endommager la batterie.

Le circuit de protection de la batterie lithium-ion comprend une protection contre les surcharges, une protection contre les surintensités/courts-circuits et une protection contre les décharges excessives, nécessitant une protection de haute précision contre les surcharges, une faible consommation d'énergie du circuit intégré de protection, une tension de tenue élevée et une recharge à zéro volt. L'article suivant analysera spécifiquement les principes, les nouvelles fonctions et les exigences de fonctionnalités de ces trois circuits de protection, qui sont une valeur de référence pour les ingénieurs pour concevoir et développer des circuits de protection.

Partage de cas de conception de circuit de protection de batterie Li-ion

Dans la conception de circuits avec une batterie lithium-ion comme alimentation, il est nécessaire d'intégrer le système à signaux mixtes de plus en plus complexe dans une puce de petite surface, ce qui pose inévitablement le problème de la basse tension et de la faible consommation d'énergie pour les circuits numériques et analogiques. . Dans les contraintes de consommation d'énergie et de fonctionnement, comment obtenir la meilleure méthode de conception est également un axe de recherche des technologies actuelles de gestion de l'énergie (powerManagement, pM). D'autre part, l'utilisation de batteries lithium-ion a également grandement favorisé la conception et le développement de circuits de gestion et de protection de batterie correspondants. Les batteries lithium-ion doivent avoir des circuits de contrôle complexes pour se prémunir efficacement contre les états de surcharge, de décharge excessive et de surintensité de la batterie.

À partir de la tendance de la transition énergétique des vélos électriques, la méthode d'utilisation de la consommation d'énergie ultra-faible et de la haute performance MSp430F20X3 pour concevoir le circuit de protection de charge et de décharge de la batterie lithium-ion des vélos électriques est discutée. Cette méthode traite de l'ensemble du processus de conception à partir de chaque détail de l'architecture du système, du circuit de charge et de décharge, de la conception du circuit de test et de protection, et fournit une référence plus complète pour les concepteurs d'alimentations électriques pour vélos.