Mehr über Lithium-Ionen-Akku-Überladung anzeigen

Die meisten von uns verwenden Lithium-Ionen-Akkus . Jetzt sind sie überall in Smartphones, Playern, Laptops und sogar in Elektroautos. Lithium-Ionen-Batterien sind der effizienteste Batterietyp. Sie sind kompakt und haben eine hohe Energiedichte. Es gibt jedoch einen Nachteil. Lithiumbatterien können überhitzt werden, Feuer fangen und explodieren, wenn sie überladen, überhitzt oder missbraucht werden. In diesem Artikel werden das Überladeverhalten und Schutzaspekte von Lithium-Ionen-Batterien erläutert.

Was ist der Schutz vor einer Überladung des Lithium-Ionen-Akkus?

Überladung kann zu Überhitzung, Explosion und Brandgefahr führen. Selbst eine leichte Überladung kann die Entladekapazität der Zelle verringern und zu einer Überentladung führen. Ferner führt dies zu Wärmeerzeugung, Widerstand und verkürzter Zelllebensdauer.

Um dieses Problem zu vermeiden, verwenden Hersteller spezielle Schaltkreise im Lithium-Netzteil. Lithium-Ionen-Akkus müssen mit einer Schutzschaltung verwendet werden, um die Zelle vor Ereignissen wie Überentladung oder Überladung zu schützen. Normalerweise werden Batterieschutz-ICs verwendet, um Lithium-Ionen-Batteriepacks zu sichern. Batterie-ICs haben zwei Hauptparameter, die als Überspannungsschwelle und Unterspannungsschwelle bekannt sind. Diese Zahlen sind die Spannungspegel an ihren oberen und unteren Grenzen. Wenn die Zelle überladen wird, kann der IC sie optimieren. Eine Schlüsselkomponente von Batterieschutz-ICs ist als MOSFET bekannt, der das Verschieben von Zellen in die Schaltung hinein und aus dieser heraus erleichtert.

· Überladeschutz

Da Lithium-Ionen-Batterien keine Überladung tolerieren, ist es besonders wichtig, den vollständig geladenen Zustand zu ermitteln. Viele benutzerorientierte Lithium-Ionen-Batterien werden normalerweise auf eine Spannung von 4,2 Volt / Zelle mit einer tolerierbaren Grenze von ± 50 mV pro Zelle geladen. Jede Aufladung, die den Grenzwert über den Zeitraum der Überladeverzögerungszeit (TOC) hinaus überschreitet, kann zu Zellstress führen und zu einer Zelloxidation führen, die letztendlich zu einer verringerten Effizienz und Kapazität führt. Dennoch kann es auch zu Sicherheitsproblemen kommen. Der MOSFET-Schalter stellt jedoch sicher, dass kein Laden außerhalb des Bereichs mehr implementiert wird.

· Temperaturschutz

Ein Akku enthält auch einen Thermistor zur Temperaturüberwachung. Wenn die Batterie überhitzt, gibt der Thermistor eine Warnung aus. Bei mehrzelligen Batteriepacks gibt es eine Funktion namens Open Circuit / Wire Detection (OCD), mit der einzelne Zellschaltungen und Spannungen verfolgt werden können, um den Zellausgleich sicherzustellen. Dies verbessert letztendlich die Leistung und Lebensdauer des Akkus.

· Überspannungsschutzschwelle

Lithium-Ionen-Batterien laufen sicher innerhalb der genannten Betriebsspannungen. Der Akku wird jedoch instabil, wenn er versehentlich über eine bestimmte Spannungsgrenze hinaus aufgeladen wird. Sie können sicher auf maximal 4,1 V oder 4,2 V / Zelle aufgeladen werden, aber es geht nicht darüber hinaus.

Laut Hersteller sollten Lithium-Ionen-Akkus während jedes Ladezyklus auf 4,1 V aufgeladen werden. Dies bedeutet, dass der Ladevorgang abgebrochen werden sollte, sobald er fast vollständig aufgeladen ist. Diese Batterien können eine längere Lebensdauer haben, wenn der Ladevorgang auf 4,1 V reserviert ist. Bei der Auswahl eines Überladespannungsschwellenwerts sollten Sie das Gleichgewicht zwischen Langlebigkeit und Ladung pro Zelle beibehalten.

Da Lithium-Ionen-Batterien mit einer eingebauten Überladeschutzschaltung ausgestattet sind und MOSFET-Schalter zur Überwachung der Lade- und Entladewege verwenden. Außerdem werden die Schaltkreise deaktiviert, wenn die angegebenen Schwellenwerte überschritten werden.

· Überentladungsschutzschwelle

Wenn Lithium-Ionen-Batterien unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts entladen werden, der etwa 5% der Gesamtkapazität beträgt, kann ihre Leistung dauerhaft beeinträchtigt werden. Normalerweise können Lithium-Ionen-Batterien bis zu 2,75 pro Zelle sicher funktionieren. Wenn die Spannung jedoch unter die Überentladungsschutzspannung (VOCP) fällt, wird die Entladung durch Ausschalten des Entladungssteuerungs-MOSFET gestoppt.

Wenn Sie eine geschützte Lithiumzelle verwenden, besteht weder das Risiko einer Gefahr noch die Lebensdauer. Dies liegt daran, dass eine geschützte Batterie mit einem zusätzlichen Puffer ausgestattet ist, um das Abschalten der Batterie zwischen 2,2 und 2,9 V / Zelle zu ermöglichen. Auf diese Weise schützt die Schutzschaltung die Li-Ionen-Batterien vor Missbrauch.

Wie reagiert eine Überladung des Lithium-Ionen-Akkus?

Eine Überladung der Lithium-Ionen-Batterie ist das Ergebnis einer chemischen Reaktion, die zwischen Elektrolyt und Elektroden stattfindet. Diese chemische Reaktion führt zur Emission von Gasen und Wärme in der Batterie. Folglich dehnt sich die Batterie intern aus, wodurch das Gehäuse aufplatzt.

Was passiert, wenn Sie einen Lithium-Ionen-Akku (der für 4,20 V / Zelle ausgelegt ist) über 4,30 V laden? Nun, die Abscheidung oder Beschichtung von metallischem Lithium findet auf der Anode statt. Delithiiertes Kathodenmaterial hingegen verliert seine Stabilität, wird zu einem Oxidationsmittel und erzeugt durch schnelle exotherme Reaktion CO2. Wenn der Druck in der Zelle weiter ansteigt und der Ladevorgang nicht stoppt, beginnt sich das für die Zellensicherheit verantwortliche aktuelle Interrupt-Gerät (CID) bei 1.000–1.380 kPa (145–200 psi) zu lösen. Wenn der Druck über 200 psi ansteigt, reißt die Sicherheitsmembran bei etwa 3.450 kPa (500 psi) auf und die Zelle kann schließlich eine Flamme abgeben. Nach einer Untersuchung von Takahisa Ohsaki wurden während der Überladungsreaktion verschiedene Gase wie CO2, CO, H2, CH4, C2H6 und C2H4 entwickelt. Je höher die Temperatur, desto mehr Gase werden freigesetzt.

Wie gehen Sie mit einer Überladung des Lithium-Ionen-Akkus um?

Lithiumbatterien weisen den Vorteil einer hohen Energiedichte auf, was bedeutet, dass sie viel Energie in einem kompakten Volumen speichern können. Sie erfordern jedoch eine sorgfältige Handhabung, um Risiken zu vermeiden. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, die dazu führen können, dass ein Lithium-Ionen-Akku anschwillt. Die häufigste Ursache ist eine Überladung. Befolgen Sie beim Umgang mit Überladebatterien die folgenden Richtlinien.

● Entscheiden Sie sich immer für das entsprechende Ladegerät. Verwenden Sie erstklassige Ladegeräte von bekannten Marken.

● Schließen Sie Ihre Geräte nicht ständig an.

● Stellen Sie sicher, dass Sie bei mäßiger Temperatur aufladen. Laden Sie nicht bei Gefriertemperatur.

● Lithium-Ionen-Akkus müssen nicht vollständig aufgeladen werden. Gehen Sie für eine Teilladung.

● Stellen Sie sicher, dass Ihre Geräte während des Ladevorgangs ausgeschaltet sind.

● Vermeiden Sie Tiefentladungen, bei denen der Akku auf 5% bis 20% heruntergefahren und dann aufgeladen wird. Diese Vorgehensweise kann die Lebensdauer des Akkus erheblich verkürzen.

Fazit

Vermeiden Sie ein Überladen von Lithium-Ionen-Batterien, da dies ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt. Suchen und wählen Sie einen speziellen Lithium-Ionen-Batterieschutz aus.