高電流鋰離子電池組
NTC熱敏電阻溫度傳感器是鋰離子電池充電和安全性的關鍵組件。它們提供了在充電周期內(nèi)將鋰離子電池保持在最佳狀態(tài)所需的臨界溫度數(shù)據(jù)。在充電過程中仔細管理溫度可延長電池壽命并避免鋰離子電池固有的危險。
鋰離子電池能源綠色能源
由于重量輕,能量密度高,鋰離子電池專門用于消費類電子產(chǎn)品。鋰離子電池正在取代儲能系統(tǒng)(ESS),光伏太陽能(PV)和電動車輛(PEV)等高功率應用中的鉛酸電池。與以前的電池技術不同,鋰離子電池如果部分充電或放電,則不會形成“記憶”,并且可以完全放電并重復充電數(shù)百次而不降低性能。這使得它們特別適合于綠色能源應用。
為鋰離子電池充電
該電池大學圖表說明鋰離子電池充電的四個不同的階段。它顯示了整個充電周期中的電流和電壓關系。
鋰離子電池充電階段 - 清晰度70
1. 預充電 電流保持恒定,電壓允許上升到最大設定點。
2. 飽和 電壓保持在最大設定點,隨著時間的推移,充電電流下降。
3. 當充電電流降至電池額定輸出電流的3%時,就緒充電電壓被關閉。
4. 充電充電 僅當電池長時間處于待機模式時才需要此階段。
充電平衡,而不是四個充電階段之一,是安全和高效使用多節(jié)鋰離子電池所必需的。也稱為充電均衡,它確保在充電過程中每個電池單元與其他電池單元保持同步。
限制電壓和電流
在預充電階段,充電電流受到限制,允許充電電壓升高。最大充電電流主要由電池的安培小時額定值決定。隨著充電的進行,增加的電壓被限制在4.1V和4.3V之間的每個電池的預定設定點,這取決于特定的鋰離子電池化學組成。
早期的鎳基電池需要每個電池4.1V的限制,而鈷,錳和鋁電池類型不能超過每個電池4.2V。最高容量的鋰離子電池只能充電到每個電池4.3V。
在飽和階段,電壓保持在這些預充電最大設定點。充電電流首先緩慢下降,然后迅速下降。當充電電流下降到電池的安培小時額定值的3%時,充電終止并且電池可以使用。
Topping Charge與涓流充電不同。鋰離子電池在閑置時保持充電狀態(tài),內(nèi)部放電很少,但可能需要長時間“充滿電”。涓流充電不建議。
為了保證穩(wěn)定性,在充電過程中,電壓和電流都要小心控制。其中,控制充電電壓在管理電池溫度中是最重要的。
監(jiān)測電池溫度
電池溫度過低會降低充電速度,電池溫度過高則會造成危險。保持正確的充電溫度范圍還有延長電池使用壽命的好處。
鋰離子電池在充電所需的2-3小時內(nèi)通常會提高5°C(9°F)的溫度。這種溫度升高是正常的,并且由于在充電循環(huán)過程中發(fā)生化學反應。為避免危險,充電時電池的溫度不得超過10°C(18°F)。
電池周圍的環(huán)境溫度在充電周期中對電池的溫度有很大的影響。通過充電的化學反應產(chǎn)生的熱量起到增加電池初始溫度的作用。充電過程中,鋰離子電池的最佳溫度范圍很窄,在10°C至30°C(41°F至86°F)之間??焖俪潆婋m然可以接受,但要求電池溫度不要超過45°C(113°F)。充電超過45°C(113°F)會降低電池性能。
過溫危害
由于過電流,過電壓,高環(huán)境溫度或這些因素的任何組合,溫度過高都可能導致熱失控。這是一個危險的情況,可能導致電池火災甚至是災難性的爆炸。為避免熱失控,不能超過電池安全上限。
鋰離子電池充電需要小心溫度控制以避免危險
必須仔細觀察安全充電的溫度上限。 電池爆炸閾值溫度因具體的鋰離子電池化學組成而異:
130°C至150°C(266°F至302°F) - 鈷酸鋰,主要用于消費電子產(chǎn)品
170°C至180°C(338°F至356°F) - 鋰鎳錳鈷氧化物,廣泛用于車輛使用
250°C(482°F)鋰離子氧化錳,在電池供電的手動工具中很受歡迎
如果要避免潛在的災難,在達到這些溫度之前,必須完全關閉電池充電電壓。
鋰離子充電控制器
已經(jīng)開發(fā)出安全高效的鋰電池充電解決方案。充電電流,電壓的精確控制以及電池溫度的管理,要求鋰離子電池充電器使用復雜的電子控制電路。這些控制器利用預定的設定點和算法來動態(tài)調(diào)整充電電壓。這將在整個充電周期內(nèi)將電池溫度維持在確定的安全限值內(nèi)。
德州儀器的這個圖表顯示了鋰電池充電器的組件。 對于多節(jié)鋰電池組,監(jiān)測電池組內(nèi)的每個電池是非常重要的。 將細胞保持在平衡狀態(tài)的多細胞包裝中是非常重要的。 充電IC將電流和電壓調(diào)節(jié)到鋰電池所需的精確電平。
德州儀器的這個圖表顯示了鋰離子電池充電器的組件。對于多節(jié)鋰離子電池組,監(jiān)測電池組內(nèi)的每個電池是非常重要的。將細胞保持在平衡狀態(tài)的多細胞包裝中是非常重要的。充電IC將電流和電壓調(diào)節(jié)到鋰電池所需的精確電平。
通常稱為ADC,這些模數(shù)控制器采用溫度傳感器,物理安裝在鋰電池上,為控制器提供溫度數(shù)據(jù)。使用這個反饋,控制器補償高或低的電池溫度,過高的環(huán)境溫度,并且如果電池達到極高的溫度將會完全停止充電。
在高功率應用中,充電控制器需要在鋰電池上安裝多個溫度傳感器。至少有一個傳感器監(jiān)視電池的每個單元。NTC熱敏電阻是為ADC提供溫度反饋的首選傳感器。充電控制器根據(jù)電池中的控制器類型和電池數(shù)量單獨或共同監(jiān)控電池單元溫度。
NTC熱敏電阻傳感器通過與電池體直接接觸獲得必要的溫度讀數(shù)?;蛘撸瑴囟葌鞲衅靼惭b在電池的電端子上以獲得電池溫度。
溫度傳感器選擇
作為電池充電的關鍵組件,選擇正確的電池溫度傳感器也至關重要。傳感器的選擇應該考慮:
準確性 - 臨界溫度測量所需的嚴格公差
可靠性 - 保證規(guī)格和穩(wěn)定的特性
響應時間 - 低熱時間常數(shù)提供及時的控制器反饋
耐用性 - 高品質部件和精確制造的穩(wěn)定的使用壽命
選擇用于鋰電池的NTC熱敏電阻溫度傳感器可能需要額外的考慮:
在整個電池的預期工作溫度范圍內(nèi),容差不超過5%,以確保正確的測量
電池環(huán)境和結構決定傳感器是否嵌入,接觸式安裝或需要外殼
適當?shù)耐鈿た梢蕴峁┖唵伟踩陌惭b,有效的熱傳導和防止物理損壞
傳感器外殼和熱敏電阻輸出之間的高電壓隔離保證了安全性和操作的完整性