リチウムイオン電池の設計における安全上の考慮事項

間違った条件で間違ったバッテリーを使用すると、問題や爆発を引き起こす可能性があります。注意深い設計により、バッテリーの破裂や爆発などの事故を回避し、有害な電気化学反応やミスのリスクを減らすことができます。

リチウムイオン電池は、他の二次電池に比べて、高エネルギー密度、軽量、長寿命、優れた容量維持特性、広い環境温度範囲と耐電流性など、多くの利点があります。リチウムイオン電池は、他の化学電池よりも環境に適応しますが、容量が大きいため、より安全になるように設計する必要があります。

安全設計は多くの事故を回避できます

使用状況

リチウムイオン電池パックを選択する際の重要なステップは、デバイスの「本当の姿」を示すことです。たとえば、デバイスの温度制限により、同じバッテリーの動作が異なる場合があります。バッテリ使用プロファイルには、動作電圧範囲、電流デューティ比、環境と動作温度、周期的動作、充電と動作時間、周波数、充電と放電のサイクル数などのパラメータが含まれます。バッテリーメーカーの仕様には、設計および開発プロセス中にそのような詳細は含まれていません。すべてのパラメータがわかっている場合にのみ、バッテリパックをポータブルデバイスにシームレスに統合できます。

最良のバッテリー設計には、主回路に障害が発生した場合でも補助回路が機能できるように、冗長保護回路を含める必要があります。このように、バッテリーは1つの場合にのみ故障します。つまり、すべての回路が同時に故障します。

バッテリーパックのコンポーネント

複数の保護回路と熱センサーに加えて、スマートバッテリーパックは高度なインテリジェント機能も備えています。バッテリーパックには通常、充電と放電の数を測定する通信コンポーネントと、各サイクルの残りを追跡してバッテリーの安全性を報告するための燃料計が含まれています。

電圧ベースの燃料メーターは、バッテリー容量を理解するために定期的な電圧測定に大きく依存しています。このアプローチには、相対的な容量を推定してオーバーシュート情報しか提供できないため、制限があります。線形法は、総入力電流を測定することによってバッテリー容量を計算します。この方法では、マイクロプロセッサの協力により、バッテリのマイナス端子とグランドの間に接続された誘導抵抗を介して電圧降下を監視し、バッテリの充電および放電アクティビティを決定する必要があります。 2線式またはクーロン式の計測を使用して、バッテリーの絶対容量を評価できます。 2線式アプローチで最も一般的なプロトコルはI2CとSMBusです。

バッテリーパックが組み立てられると、ほとんどの燃料計は「学習ループ」を完了し、バッテリーがどの部品が空でどの部品がいっぱいであるかを記憶できるようにし、燃料計を正しくセットアップします。しかし、学習期間がなくても99％の精度を達成できる最先端の残量ゲージは、重要なアプリケーションでよく使用されます。

スマートバッテリーシステムは、多くの高度なハンドヘルドデバイスにとって重要な選択肢です。それらの高度な機能により、エンドユーザーはデバイスをインテリジェントに管理し、障害やシャットダウンを回避できます。

図2マイクロプロセッサによって制御される充電状態

保護測定

リチウム電池内部の安全性測定は、アノードとカソードの材料を分離し、電池の温度が遮断点を超えたときに内部抵抗が確実に増加するように材料を使用する熱遮断アイソレータに依存しています。

さらに、バッテリー認証プロセスは非常に便利です。小さなコントローラーを搭載したバッテリーがメインデバイスに組み込まれているプロセッサーと通信すると、バッテリーパックは認証プロセスを開始します。この認証は、バッテリーパックの不適切な使用によって引き起こされる誤動作から保護するだけでなく、バッテリーの特許を盗むためのリバースシステムプログラムの使用を防ぎます。

バッテリーパック内の重金属を制限する必要があるため、バッテリーに使用される材料も監視されます。現在、欧州のRoHS指令はバッテリーには適用されておらず、一部の機器は現在、バッテリーのリサイクル要件を含む欧州のバッテリー指令91/157 / EECによって管理されています。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。