リチウム電池の一次および二次保護の簡単な説明

リチウムイオン電池の誕生以来、安全性の問題が伴いました。携帯電話やタブレットコンピュータなどの携帯型電子機器の普及に伴い、電池容量の要求はますます高まっており、同時に電池のサイズもますます小さくなっています。バッテリーコアのエネルギー密度は高くする必要があり、危険性も大きくなります。したがって、リチウムイオン電池の保護は不可欠です。さまざまなメーカーが、さまざまな種類のリチウムイオン電池に対してさまざまな保護スキームを提案しています。

バッテリーの種類とその保護

リチウムイオン電池は、さまざまなカテゴリで利用できます。それらはそれらの形によって円筒形と正方形の形に分けることができます。電解質の状態により、リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池に分けられます。現在、モバイル電源に使用されているセルのほとんどは、円筒形の18650セル（直径18mm、長さ65mm）と正方形のリチウムポリマーセルです。安全性は、バッテリー構造から以下で分析されます。

1.円筒形リチウムイオン電池（18650）

バッテリーコアには、過熱および過電流保護用のPPTC（回復可能安全装置）があります。バッテリーコアの温度が高すぎたり、電流が大きすぎたりすると、PPTCは高抵抗状態になり、バッテリーコアの充放電電流を遮断し、バッテリーの発火や爆発を防ぎます。

2.角型リチウム電池

バッテリーコアに近いMHP-TAおよびPPTCの設計により、MHP-TAおよびPPTCはバッテリー温度をより適切に感知できます。バッテリーの温度が異常に上昇すると、抵抗が高くなり、バッテリーの充電および放電電流が妨げられ、バッテリーの安全な使用が保証されます。 。

保護回路は、一次保護としても知られるアクティブコンポーネント保護（保護ICおよびMosfet）と、二次保護としても知られるパッシブコンポーネント保護（MHP、PTC、ヒューズ）の2つの部分に分けることができます。一次保護回路は、主にバッテリーの過充電、過放電、過負荷、および短絡のためのものです。 ICは、バッテリー電圧と充電および放電電流を検出して、Mosfetをオンまたはオフに制御し、リチウムバッテリーが安全な状態で動作することを確認します。

いくつかの異なるバッテリー保護オプション

1.（SafetyIC + MOSFET）+ヒューズ

このタイプのリリースには、サーマルヒューズ、コモン電流ヒューズ、スローブレーク電流ヒューズの3種類のヒューズがあります。

温度ヒューズは、熱による火災や爆発からバッテリーコアをよりよく保護することができ、コストが低くなります。ただし、電流の大きさ、周囲温度、基板温度、セル温度により、温度ヒューズは誤動作しやすく、回復不能な特性のため、このようなリリースの適用には一定の制限があります。

通常の電流ヒューズは低コストであり、バッテリーセルの温度を感知できないため、バッテリーの過充電には効果的ではありません。バッテリーの短絡はヒューズを飛ばしやすく、回復できず、バッテリーは廃棄されます。したがって、この保護方式は主にローエンドのリチウム電池に適用されます。

スローブレーク電流ヒューズは、SafetyICの過電流保護動作時間よりも長く動作します。これにより、SafetyICのアクティブコンポーネントとしての第1レベルの保護が保証され、二次保護としてのヒューズがトリガーされません。バッテリーは安全な状態です。この種の方式は、バッテリコアの過充電保護への影響は少ないですが、バッテリコアの安全性を前提として、このような方式はLPSの要件を満たすことができます。

2.（SafetyIC + MOSFET）+ PTC / MHP

リチウム電池が爆発する理由として考えられるもの：

A.保護回路は、回路パラメータの不適切な設計またはコンポーネントの故障のために効果的です。

B.リチウム電池の芯自体は不適格であり、正常に充電しても爆発する可能性があります。

上記の理由に基づいて、リチウム電池の国際安全基準は、一次保護が失敗した場合にリチウム電池を安全に充電および放電できることを明確に要求しています。したがって、リチウム電池の使用をより安全にするために、一次保護回路（IC / MOSFET）に基づいて、第1レベルの受動部品保護が追加され、電池コアの温度が回復可能なものによって検出されます安全装置（PTCまたはMHP）。温度が異常に上昇すると、PTCまたはMHPはすぐに高抵抗状態を示し、バッテリーの充電と放電を妨げ、リチウムバッテリーの発火と爆発を防ぎます。保護原理は以下のとおりです。図からわかるように、バッテリーの温度が上昇すると、PTCが動作し、充電回路が高インピーダンスになり、電流がゼロに近くなり、バッテリーの温度が急激に低下します。

3.ダブル（SafetyIC + MOSFET）

デュアルアクティブコンポーネント保護は、保護回路の信頼性を提供し、保護コンポーネントの故障の可能性を減らし、同時に安全要件を満たすことができます。ただし、バッテリータイプの保護は完全ではありません。

何らかの理由で、リチウム電池は爆発前に電池の温度が急激に上昇しているように見えます。バッテリーの温度を感知する受動部品PTC / MHPがない場合、二重保護でもバッテリーの爆発を防ぐことはできません。

二重保護回路は、リチウム電池セルの過充電、短絡、および逆充電の可能性を大幅に低減します。ただし、独自の問題があるバッテリーコアとは何の関係もありません。統計によると、バッテリーの約85％がバッテリーのために発射され、爆発します。したがって、コア自体の問題は、保護回路からのバッテリーの保護が制限されます。

概要

リチウム電池セルのエネルギー密度が増加し続けるにつれて、安全性はより重要になります。上記のリチウム電池保護方式の分析と比較に基づいて、（SafetyIC + MOSFET）+ PTC / MHP保護方式は、リチウム電池の使用を効果的に防ぐことができます。火災と爆発の過程で、このプログラムは現在最も広く使用されており、最高のコストパフォーマンスを発揮します。

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