Пристрої захисту Li-ion акумуляторних батарей

Li-ion акумуляторні батареї комерційного призначення мають найбільш досконалу захист серед всіх типів батарей. Як правило в схемі захисту Li-ion батарей використовується ключ на польовому транзисторі, який при досягненні на елементі батареї напруги 4,30 відкривається і тим самим перериває процес заряду. Крім того, наявний термозапобіжник при нагріванні батареї до 90 °С від’єднує ланцюг її навантаження, забезпечуючи таким чином її термальну захист. Але і це не все. Деякі акумулятори мають вимикач, який спрацьовує при досягненні порогового рівня тиску всередині корпусу, рівного 1034 кПа (10,5 кг/м 2 ), і розриває ланцюг навантаження. Є і схема захисту від глибокого розряду, яка стежить за напругою акумуляторної батареї і розриває ланцюг навантаження, якщо напруга знизиться до рівня 2,5 В на елемент.

Внутрішній опір схеми захисту акумуляторної батареї мобільного телефону у включеному стані становить 0,05-0,1 Ом. Конструктивно вона складається з двох ключів, з’єднаних послідовно. Один з них спрацьовує при досягненні верхнього, а інший — нижнього порогу напруги на батареї. Загальний опір цих ключів фактично створює подвоєння її внутрішнього опору, особливо якщо батарея складається всього лише з одного акумулятора. Батареї живлення мобільних телефонів повинні забезпечувати великі струми навантаження, що можливо при максимально низькому внутрішньому опорі батареї. Таким чином, схема захисту являє собою перешкода, що обмежує робочий струм Li-ion батареї.

У деяких типах Li-ion батарей, які використовують у своєму хімічному складі марганець і складаються з 1-2 елементів, схема захисту не застосовується. Замість цього в них встановлений лише один запобіжник. І такі батареї є безпечними з-за їх малих габаритів і невеликої ємності. Крім того, марганець досить терпимо ставиться до порушень правил експлуатації Li-ion батареї. Відсутність схеми захисту зменшує вартість Li-ion батареї, але привносить нові проблеми.

зокрема, користувачі мобільних телефонів можуть використовувати для підзарядки їх батарей позаштатні зарядні пристрої. При використанні недорогих зарядних пристроїв, призначених для підзарядки від мережі або від бортової мережі автомобіля, можна бути впевненим, що при наявності в батареї схеми захисту, вона відключить її при досягненні напруги кінця заряду. Якщо ж схема захисту відсутня, відбудеться перезаряд батареї і, як наслідок, її необоротний вихід з ладу. Цей процес зазвичай супроводжується підвищеним нагріванням і роздмухуванням корпусу батареї.

Механізми, що призводять до зменшення ємності Li-ion акумуляторів

При циклировании Li-ion акумуляторів серед можливих механізмів зниження ємності найбільш часто розглядаються наступні:

— руйнування кристалічної структури катодного матеріалу (особливо LiMn2 O4 );

— розшарування графіту;

— нарощування ґрунтовки плівки на обох електродах, що призводить до зниження активної поверхні електродів і блокування дрібних пор;

— осадження металевого літію;

— механічні зміни структури електрода в результаті об’ємних коливань активного матеріалу при циклировании.

Дослідники розходяться в думці, який з електродів зазнає великі зміни при циклировании. Це залежить як від природи вибраних електродних матеріалів, так і від їх чистоти. Тому для Li-ion акумуляторів вдається описати тільки якісно зміна їх електричних і експлуатаційних параметрів в процесі експлуатації.

Звичайно ресурс комерційних Li-ion акумуляторів до зниження розрядної ємності на 20 % становить 500-1000 циклів, але він значно залежить від величини граничного зарядного напруги (рисунок 8). Із зменшенням глибини циклування ресурс підвищується. Спостережуване підвищення терміну служби пов’язують із зменшенням механічних напруг, що викликаються, змінами обсягу електродів впровадження, які залежать від ступеня їх заряду.

Рис.8. Зміна ємності Li-ion акумулятора при різному граничному напруженні заряду

Підвищення температури експлуатації (в межах робочого інтервал) може збільшити швидкість побічних процесів, що зачіпають межу розділу електрод-електроліт, і трохи підвищити швидкість зменшення розрядної ємності з циклами.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: