Dlaczego akumulator litowo-jonowy wymaga obwodu zabezpieczającego?
Wstęp:
Bateria litowo-jonowa (Li-ion) to urządzenie do magazynowania energii, które można ładować, i które zyskało ogromną popularność ze względu na wysoką gęstość energii, długi cykl życia i niski współczynnik samorozładowania. Jednakże akumulatory litowo-jonowe są również znane ze swojej niestabilności i potencjalnych zagrożeń dla bezpieczeństwa, jeśli nie są właściwie obsługiwane. Wymaga to wbudowania obwodu zabezpieczającego w akumulatory litowo-jonowe, aby zapewnić ich bezpieczną i wydajną pracę. W tym artykule zagłębimy się w powody, dla których akumulatory litowo-jonowe wymagają obwodu zabezpieczającego i przeanalizujemy różne środki ochronne stosowane w tych akumulatorach.
Wady akumulatorów litowo-jonowych:
1. Ucieczka termiczna:
Jednym z potencjalnych zagrożeń związanych z akumulatorami litowo-jonowymi jest niestabilność termiczna. Niekontrolowana temperatura odnosi się do sytuacji, w której akumulator gwałtownie się nagrzewa, co prowadzi do reakcji łańcuchowej polegającej na dalszym nagrzewaniu i ostatecznie powoduje eksplozję lub pożar. Zjawisko to może wystąpić z różnych powodów, takich jak przeładowanie, zwarcie lub wewnętrzne uszkodzenia akumulatora. Obwód ochronny pomaga zapobiegać niekontrolowanej utracie ciepła poprzez monitorowanie i kontrolowanie temperatury, napięcia i prądu akumulatora.
2. Przeładowanie:
Przeładowanie akumulatora litowo-jonowego może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń i skrócenia jego całkowitej żywotności. Nadmierne ładowanie powoduje nagrzewanie się akumulatora, co może prowadzić do niestabilności termicznej. Może również powodować rozkład elektrolitu wewnątrz akumulatora, co powoduje wytwarzanie gazu i pęcznienie akumulatora. Obwody zabezpieczające zapobiegają przeładowaniu, monitorując napięcie akumulatora i odłączając go od źródła ładowania, gdy akumulator osiągnie maksymalne bezpieczne napięcie.
3. Nadmierne rozładowanie:
Nadmierne rozładowanie akumulatora litowo-jonowego może mieć również szkodliwe skutki. Jeśli akumulator zostanie rozładowany poniżej pewnego progu napięcia, może to spowodować spadek napięcia akumulatora do niestabilnego poziomu. Może to prowadzić do zmniejszenia pojemności, nieodwracalnego uszkodzenia lub nawet sprawić, że akumulator nie będzie nadawał się do użytku. Obwody zabezpieczające zapobiegają nadmiernemu rozładowaniu poprzez odłączenie akumulatora od obciążenia, gdy napięcie spadnie poniżej bezpiecznego progu.
Środki ochronne w akumulatorach litowo-jonowych:
1. Zabezpieczenie nadprądowe:
Oprócz przeładowania i nadmiernego rozładowania, wysoki prąd przepływający przez akumulator litowo-jonowy może również prowadzić do zagrożeń bezpieczeństwa. Obwody zabezpieczające zawierają zabezpieczenie nadprądowe, które ogranicza maksymalny prąd, który może przepływać przez akumulator. Pomaga to zapobiec nadmiernemu wytwarzaniu ciepła i potencjalnemu uszkodzeniu akumulatora.
2. Zabezpieczenie przed zwarciem:
Zwarcia stanowią poważne ryzyko dla akumulatorów litowo-jonowych, ponieważ mogą spowodować nagły wzrost przepływu prądu, co prowadzi do przegrzania i możliwej niekontrolowanej niekontrolowanej temperatury. Obwody zabezpieczające wykrywają i reagują na zwarcia, natychmiastowo odłączając akumulator od obwodu, zapobiegając potencjalnym uszkodzeniom.
3. Równoważenie komórek:
Akumulatory litowo-jonowe składają się z wielu pojedynczych ogniw połączonych szeregowo lub równolegle w celu uzyskania pożądanego napięcia i pojemności. Równoważenie ogniw to technika stosowana w akumulatorach litowo-jonowych, która zapewnia utrzymanie napięcia w każdym ogniwie w określonym zakresie. Obwody zabezpieczające monitorują i równoważą napięcia poszczególnych ogniw, zapobiegając przeładowaniu lub nadmiernemu rozładowaniu konkretnego ogniwa.
Systemy zarządzania baterią (BMS):
Aby zapewnić kompleksową ochronę i monitorowanie, akumulatory litowo-jonowe często zawierają system zarządzania akumulatorem (BMS). BMS jest odpowiedzialny za monitorowanie stanu naładowania akumulatora, jego stanu zdrowia, temperatury, napięcia i poziomu prądu. Komunikuje się z obwodem zabezpieczającym, aby zapewnić działanie akumulatora w bezpiecznych granicach.
BMS ułatwia także komunikację zewnętrzną, pozwalając użytkownikom na uzyskiwanie w czasie rzeczywistym informacji o stanie baterii. Dodatkowo może zapewniać takie funkcje, jak autodiagnostyka, wykrywanie usterek i możliwość wyłączenia akumulatora w przypadku krytycznych awarii.
Wniosek:
Baterie litowo-jonowe zrewolucjonizowały przenośną elektronikę i są obecnie szeroko stosowane w różnych zastosowaniach, w tym w pojazdach elektrycznych i systemach energii odnawialnej. Jednak ich nieodłączne słabości sprawiają, że konieczne jest włączenie do ich konstrukcji obwodów zabezpieczających i systemów zarządzania akumulatorami. Te środki ochronne zapewniają bezpieczną i wydajną pracę akumulatorów litowo-jonowych, zapobiegając niebezpiecznym sytuacjom, takim jak niestabilność termiczna, przeładowanie, nadmierne rozładowanie i zwarcia. Ciągły postęp w technologii akumulatorów i środkach bezpieczeństwa w przyszłości jeszcze bardziej poprawi wydajność i niezawodność akumulatorów litowo-jonowych.