Kenntnisse in Bezug auf den Schutz von Lithiumbatterien

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Entwicklung von Wissenschaft und Technologie entstehen immer mehr tragbare elektronische Produkte wie Mobiltelefone, Notebooks, PDAs und digitale Videokameras, die das Leben der Menschen erheblich bereichern und erleichtern. Heutzutage sind diese tragbaren elektronischen Geräte zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Lebens der Menschen geworden und haben eine sehr breite Marktperspektive und einen sehr breiten Entwicklungsraum. Da sich diese elektronischen Produkte in Richtung Miniaturisierung, Leichtgewicht und Portabilität bewegen, werden höhere Stromanforderungen an die verwendeten Netzteile gestellt. Daher ist die Nachfrage nach einer Sekundärbatterie mit geringem Volumen, geringem Gewicht und hoher Energiedichte sehr dringend. Im Vergleich zu Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien haben sich Lithiumbatterien aufgrund ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Energiedichte, ihres fehlenden Speichereffekts, ihrer langen Lebensdauer, ihres breiten Anwendungsbereichs, ihrer hohen Arbeitsspannung und ihrer geringen Spannung zu einer Lithium-Power-Batterie entwickelt Selbstentladungsrate. Die am weitesten verbreitete Sekundärbatterie.

Inhaltsverzeichnis

Prämissenhintergrund und Bedeutung

Lösung

Voraussetzung Hintergrund und Bedeutung der Schutzschaltung für Lithium-Power-Batterien mit geringem Stromverbrauch

Aufgrund der hohen Energiedichte der Lithium-Power-Batterie ist die Energie im überladenen Zustand nach dem Anstieg der Batterietemperatur zu hoch, so dass der Elektrolyt unter Bildung von Gas zersetzt wird, was dazu neigt, den Innendruck zu erhöhen und spontan zu verursachen Verbrennung oder Bruch; Andernfalls wird der Elektrolyt bei übermäßiger Entladung verschlechtert, um die Batterieeigenschaften und die Haltbarkeit zu verschlechtern, die Anzahl der Ladezeiten zu verringern und die Batterielebensdauer zu verkürzen. Daher ist der Schutz von Lithiumbatterien sehr wichtig. Bei Batterieanwendungen müssen Batterieschutzchips verwendet werden, um ein Überladen, Überentladen und Überstrom der Batterie zu verhindern.

Zusammenfassend ist das Design der Lithium-Power-Batterieschutzschaltung sehr wichtig. Die Lithium-Power-Batterieschutzschaltung erhöht jedoch den zusätzlichen Verlust an Batterieenergie und verkürzt die Einwirkzeit der Batterie, was erfordert, dass die Lithium-Power-Batterieschutzschaltung einen niedrigen Stromverbrauch mit hoher Präzision erzielt. Neben den Grundfunktionen Überladeschutz, Überentladungsschutz und Überstromschutz muss ein Lithium-Power-Batterieschutzchip die folgenden Anforderungen erfüllen - dies ist auch das Ziel des in diesem Dokument entwickelten Chips.

(1) Sehr geringer Stromverbrauch. Wenn die Schutzschaltung für Lithiumbatterien in Betrieb ist, ist der verbrauchte Stromverbrauch der Verlust der Batterie. Daher müssen wir den Stromverbrauch der lithium-batterie-Schutzschaltung minimieren.

(2) Hochpräzise Erfassungsspannung. Damit die Lithium-Power-Batterieschutzschaltung korrekt auf verschiedene Arbeitszustände der Batterie reagiert, muss die Schutzschaltung in der Lage sein, Spannungsparameter wie Überladeschutzspannung und Überentladungsschutzspannung genau zu erfassen.

(3) In einem großen Spannungsbereich korrekt arbeiten. Da die Versorgungsspannung der Lithium-Power-Batterieschutzschaltung die Batteriespannung ist und die Batteriespannung in einem großen Bereich schweben kann, muss die Lithium-Power-Batterieschutzschaltung innerhalb des Spannungsbereichs korrekt funktionieren.

Schema der Schutzschaltung für Lithium-Power-Batterien

Unter den verschiedenen derzeit verwendeten Batterietypen sind Lithiumbatterien (auch als Lithiumionen-Sekundärbatterien oder Lithiumionenbatterien bekannt) eine neue Art von Energiequelle, die im letzten Jahrzehnt entwickelt wurde. Lithiumbatterien unterscheiden sich von normalen chemischen Energiequellen. Der Lade- und Entladevorgang wird durch Einsetzen und Deinterkalieren von Lithiumionen in die positiven und negativen Elektroden der Batterie realisiert. Die negative Elektrode der Lithium-Power-Batterie ist ein Kohlenstoffmaterial wie Graphit; Die positive Elektrode ist ein Lithium enthaltendes Übergangsmetalloxid wie Kobaltlithiumoxid (LiC002). Darüber hinaus sind die positiven und negativen Materialien der Lithium-Power-Batterie Lithiumionen-Interkalationsverbindungen mit einer Schichtstruktur, in die Lithiumionen frei eingebettet und desorbiert werden können, und Lithiumionen sind zwischen den Schichten angeordnet, und in einem geeigneten Elektrolyten findet eine elektrochemische Reaktion statt . Während des Ladens werden Lithiumionen durch das äußere elektrische Feld aus dem positiven Elektrodengitter entfernt und durch den Elektrolyten in das negative Elektrodengitter eingeführt. Der Entladevorgang ist genau umgekehrt. Lithiumionen kehren zur positiven Elektrode zurück, und Elektronen passieren einen externen Stromkreis, um die positive Elektrode zu erreichen und sich mit Lithiumionen zu rekombinieren.

Im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien weisen Lithiumbatterien viele überlegene Eigenschaften auf, hauptsächlich in folgenden Aspekten:

(1) Die Versorgungsspannung der Lithiumbatterie ist hoch, im Allgemeinen 3,6 V, was etwa dem Dreifachen der Nickel-Cadmium-Batterie und der Nickel-Wasserstoff-Batterie entspricht. Bei elektronischen Geräten mit hohen Anforderungen an die Versorgungsspannung kann die Anzahl der für Batteriepacks erforderlichen Batterien erheblich reduziert werden. Daher ist es leicht, mit der in Kombination verwendeten Lithium-Power-Batterie eine höhere Spannung zu erhalten.

(2) Die spezifische Energie ist höher, dh die Lithiumbatterie mit dem gleichen Gewicht liefert eine höhere Energie als andere Batterien. Die spezifische Energie einer Lithium-Power-Batterie beträgt im Allgemeinen das Zwei- bis Dreifache der einer Nickel-Cadmium-Batterie oder einer Nickel-Wasserstoff-Batterie. Daher ist das tragbare elektronische Gerät klein und leicht.

(3) Kein Memory-Effekt. Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Wasserstoff-Batterien haben alle einen Memory-Effekt und müssen regelmäßig entladen werden. Andernfalls fällt die Batterie aufgrund von Memory-Effekten aus. Der lithium-akku hat keinen Memory-Effekt, muss nicht auf die Restleistung achten und kann direkt aufgeladen werden. Dadurch kann die Leistung des lithium-akkus voll ausgeschöpft werden.

(4) Lange Lebensdauer. Die Lithium-Power-Batterie verwendet eine negative Kohlenstoffelektrode, und die negative Kohlenstoffelektrode erzeugt beim Laden und Entladen kein metallisches Lithium, wodurch verhindert wird, dass die Batterie durch den internen Metalllithiumkurzschluss beschädigt wird. Gegenwärtig hat die Lithium-Power-Batterie eine mehr als 5.000-fache Lebensdauer, was viel höher ist als bei anderen Batterietypen.

(5) Die Arbeitsumgebung hat einen weiten Temperaturbereich, der im Allgemeinen zwischen 30 ° C und 0 ° C liegt, und eine ausgezeichnete Entladungsleistung bei hohen und niedrigen Temperaturen.

(6) Die Selbstentladungsrate ist niedrig. Die Selbstentladungsrate, auch als Ladungserhaltungsrate bezeichnet, bezieht sich auf die Menge der automatischen Entladung, wenn die Batterie nicht verwendet wird. Die Selbstentladungsrate von Lithiumbatterien beträgt 2% bis 5%, die Nickel-Cadmium-Batterien liegen zwischen 25% und 30% und die Nickel-Wasserstoff-Batterien liegen zwischen 30% und 35%. Daher behält der Lithium-akku die Ladung für die längste Zeit in derselben Umgebung.

(7) Eine Lithiumbatterie enthält keine giftigen Elemente wie Quecksilber und Cadmium und ist eine wirklich grüne Batterie.

Aufgrund der oben genannten Vorteile werden Lithiumbatterien häufig in tragbaren elektronischen Geräten verwendet. Andererseits haben Lithiumbatterien eine hohe Energiedichte, was es schwierig macht, die Batteriesicherheit zu gewährleisten. Insbesondere wird der Elektrolyt in einem überladenen Zustand zersetzt, wodurch die Temperatur und der Druck in der Batterie ansteigen; im überentladenen Zustand schmilzt das Elektrolytmaterial in der negativen Elektrode Kupfer und verursacht einen internen Kurzschluss, wodurch die Temperatur steigt: Wenn der externe Kurzschluss kurzgeschlossen oder entladen wird, steigt der interne Stromverbrauch der Batterie und die Die Temperatur steigt an, was zu Oxidation oder Zersetzung des Elektrolyten führen kann, was zu einer verkürzten Lebensdauer der Lithiumbatterie führt. Wenn die Lithiumbatterie übermäßig entladen ist, ändert sich außerdem der Elektrolyt in der Batterie, und die Anzahl der Ladezyklen kann verringert werden, wodurch die Lebensdauer der Lithiumbatterie beeinträchtigt wird.

Da Lithiumbatterien die oben genannten Nachteile aufweisen, muss beim Einsatz von Lithiumbatterien eine Schutzschaltung hinzugefügt werden. Die Grundfunktionen der Schutzschaltung entsprechen auch den oben genannten Mängeln. Daher benötigen wir den Lithium-Power-Batterieleistungsschutzchip, um die folgenden Grundfunktionen zu erreichen: Überladeschutz, Überentladungsschutz, Überstromschutz und Kurzschlussschutz. Gemäß den Anwendungsanforderungen der obigen Lithium-Power-Batterie muss die Lithium-Power-Batterie-Schutzschaltung die folgenden Funktionen haben, um die Lebensdauer der Lithium-Power-Batterie zu verbessern und die sichere Verwendung der Batterie zu gewährleisten:

(1) Wenn die Ladespannung den maximal zulässigen Wert der Batterie überschreitet, kann eine Batterieentladeschaltung vorgesehen werden.

(2) Wenn die Entladespannung niedriger als das von der Batterie zugelassene Minimum ist, kann ein Batterieladekreis bereitgestellt werden. Trennen Sie dann die Verbindung zwischen der Batterie und dem externen Stromkreis und trennen Sie die Verbindung zwischen der Batterie und dem externen Stromkreis.

(3) Wenn der Lade- und Entladestrom der Batterie größer als der Grenzwert ist, trennen Sie die Batterie vom externen Stromkreis.

(4) Wenn die Batterie in den normalen Zustand zurückkehrt, sollte die Schutzschaltung in der Lage sein, den Schutzzustand entsprechend freizugeben, damit die Batterie normal weiterarbeiten kann.

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