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NTC热敏电阻如何保障锂电池安全性功能

时间:2018-07-26 来源:敏创电子编辑:热敏电阻厂家浏览:
高电流锂离子电池组
高电流锂离子电池组
NTC热敏电阻温度传感器是锂离子电池充电和安全性的关键组件。它们提供了在充电周期内将锂离子电池保持在最佳状态所需的临界温度数据。在充电过程中仔细管理温度可延长电池寿命并避免锂离子电池固有的危险。
 
锂离子电池能源绿色能源
锂离子电池 - 太阳能家庭储能
由于重量轻,能量密度高,锂离子电池专门用于消费类电子产品。锂离子电池正在取代储能系统(ESS),光伏太阳能(PV)和电动车辆(PEV)等高功率应用中的铅酸电池。与以前的电池技术不同,锂离子电池如果部分充电或放电,则不会形成“记忆”,并且可以完全放电并重复充电数百次而不降低性能。这使得它们特别适合于绿色能源应用。
 
为锂离子电池充电
 
该电池大学图表说明锂离子电池充电的四个不同的阶段。它显示了整个充电周期中的电流和电压关系。
 
 
 
锂离子电池充电阶段 - 清晰度70
锂离子电池充电阶段 - 清晰度70
1. 预充电    电流保持恒定,电压允许上升到最大设定点。
2. 饱和    电压保持在最大设定点,随着时间的推移,充电电流下降。
3.    当充电电流降至电池额定输出电流的3%时,就绪充电电压被关闭。
4. 充电充电    仅当电池长时间处于待机模式时才需要此阶段。
 
充电平衡,而不是四个充电阶段之一,是安全和高效使用多节锂离子电池所必需的。也称为充电均衡,它确保在充电过程中每个电池单元与其他电池单元保持同步。
 
 
限制电压和电流
锂离子电池充电需要电压和电流限制
在预充电阶段,充电电流受到限制,允许充电电压升高。最大充电电流主要由电池的安培小时额定值决定。随着充电的进行,增加的电压被限制在4.1V和4.3V之间的每个电池的预定设定点,这取决于特定的锂离子电池化学组成。
 
早期的镍基电池需要每个电池4.1V的限制,而钴,锰和铝电池类型不能超过每个电池4.2V。最高容量的锂离子电池只能充电到每个电池4.3V。
 
在饱和阶段,电压保持在这些预充电最大设定点。充电电流首先缓慢下降,然后迅速下降。当充电电流下降到电池的安培小时额定值的3%时,充电终止并且电池可以使用。
 
Topping Charge与涓流充电不同。锂离子电池在闲置时保持充电状态,内部放电很少,但可能需要长时间“充满电”。涓流充电不建议。
 
为了保证稳定性,在充电过程中,电压和电流都要小心控制。其中,控制充电电压在管理电池温度中是最重要的。
 
监测电池温度
 
电池温度过低会降低充电速度,电池温度过高则会造成危险。保持正确的充电温度范围还有延长电池使用寿命的好处。
 
锂离子电池在充电所需的2-3小时内通常会提高5°C(9°F)的温度。这种温度升高是正常的,并且由于在充电循环过程中发生化学反应。为避免危险,充电时电池的温度不得超过10°C(18°F)。
 
电池周围的环境温度在充电周期中对电池的温度有很大的影响。通过充电的化学反应产生的热量起到增加电池初始温度的作用。充电过程中,锂离子电池的最佳温度范围很窄,在10°C至30°C(41°F至86°F)之间。快速充电虽然可以接受,但要求电池温度不要超过45°C(113°F)。充电超过45°C(113°F)会降低电池性能。
 
过温危害
 
由于过电流,过电压,高环境温度或这些因素的任何组合,温度过高都可能导致热失控。这是一个危险的情况,可能导致电池火灾甚至是灾难性的爆炸。为避免热失控,不能超过电池安全上限。
热敏电阻温度检测热量
锂离子电池充电需要小心温度控制以避免危险
必须仔细观察安全充电的温度上限。 电池爆炸阈值温度因具体的锂离子电池化学组成而异:
 
130°C至150°C(266°F至302°F) - 钴酸锂,主要用于消费电子产品
170°C至180°C(338°F至356°F) - 锂镍锰钴氧化物,广泛用于车辆使用
250°C(482°F)锂离子氧化锰,在电池供电的手动工具中很受欢迎
如果要避免潜在的灾难,在达到这些温度之前,必须完全关闭电池充电电压。
 
锂离子充电控制器
 
已经开发出安全高效的锂电池充电解决方案。充电电流,电压的精确控制以及电池温度的管理,要求锂离子电池充电器使用复杂的电子控制电路。这些控制器利用预定的设定点和算法来动态调整充电电压。这将在整个充电周期内将电池温度维持在确定的安全限值内。
 
德州仪器的这个图表显示了锂电池充电器的组件。 对于多节锂电池组,监测电池组内的每个电池是非常重要的。 将细胞保持在平衡状态的多细胞包装中是非常重要的。 充电IC将电流和电压调节到锂电池所需的精确电平。
 
德州仪器的这个图表显示了锂离子电池充电器的组件。对于多节锂离子电池组,监测电池组内的每个电池是非常重要的。将细胞保持在平衡状态的多细胞包装中是非常重要的。充电IC将电流和电压调节到锂电池所需的精确电平。
 
通常称为ADC,这些模数控制器采用温度传感器,物理安装在锂电池上,为控制器提供温度数据。使用这个反馈,控制器补偿高或低的电池温度,过高的环境温度,并且如果电池达到极高的温度将会完全停止充电。
 
在高功率应用中,充电控制器需要在锂电池上安装多个温度传感器。至少有一个传感器监视电池的每个单元。NTC热敏电阻是为ADC提供温度反馈的首选传感器。充电控制器根据电池中的控制器类型和电池数量单独或共同监控电池单元温度。
 
NTC热敏电阻传感器通过与电池体直接接触获得必要的温度读数。或者,温度传感器安装在电池的电端子上以获得电池温度。
 
温度传感器选择
 
作为电池充电的关键组件,选择正确的电池温度传感器也至关重要。传感器的选择应该考虑:
 
准确性 - 临界温度测量所需的严格公差
可靠性 - 保证规格和稳定的特性
响应时间 - 低热时间常数提供及时的控制器反馈
耐用性 - 高品质部件和精确制造的稳定的使用寿命
 
 
选择用于锂电池的NTC热敏电阻温度传感器可能需要额外的考虑:
 
在整个电池的预期工作温度范围内,容差不超过5%,以确保正确的测量
电池环境和结构决定传感器是否嵌入,接触式安装或需要外壳
适当的外壳可以提供简单安全的安装,有效的热传导和防止物理损坏
传感器外壳和热敏电阻输出之间的高电压隔离保证了安全性和操作的完整性

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