リチウムイオン電池の過充電についてもっと見る

私たちのほとんどはリチウムイオン電池のユーザーです。今では、スマートフォン、プレーヤー、ラップトップ、さらには電気自動車のいたるところにあります。リチウムイオン電池は最も効率的なタイプの電池です。それらはコンパクトで、高いエネルギー密度を持っています。ただし、1つの欠点があります。リチウム電池は、過充電、過熱、または誤用されると、過熱したり、発火したり、爆発したりする可能性があります。この記事では、リチウムイオン電池の過充電動作と保護に関する考慮事項について説明します。

リチウムイオン電池の過充電の保護は何ですか？

過充電により、リチウム電池が過熱、爆発し、火災の危険が生じる可能性があります。わずかな過充電でもセルの放電容量が減少し、過放電が発生する可能性があります。さらに、発熱、抵抗、セル寿命の短縮につながります。

この問題を防ぐために、メーカーはリチウムパワーパック内に特別な回路を使用しています。リチウムイオンバッテリーパックは、過放電や過充電などのイベントからセルを保護するために、保護回路とともに使用する必要があります。通常、リチウムイオンバッテリパックを固定するためにバッテリ保護ICが使用されます。バッテリICには、過電圧しきい値と低電圧しきい値として知られる2つの主要なパラメータがあります。これらの数値は、上限と下限の電圧レベルです。セルが過充電されている場合、ICはそれを最適化する責任があります。バッテリ保護ICの重要なコンポーネントはMOSFETとして知られており、回路の内外へのセルのシフトを容易にします。

・過充電保護

リチウムイオン電池は過充電に耐えられないため、完全に充電された状態を特定することが特に重要です。多くのユーザー指向のリチウムイオン電池は、通常、4.2ボルト/セルの電圧で充電されており、セルあたり±50mVの許容限界があります。過充電遅延時間（TOC）期間を超えて制限を超える充電は、セルストレスを引き起こし、セルの酸化を引き起こし、最終的に効率と容量の低下につながる可能性があります。それにもかかわらず、それは安全性の問題も引き起こす可能性があります。ただし、MOSFETスイッチは、範囲を超えて充電が実装されないことを保証します。

・温度保護

バッテリーパックには、温度を監視するためのサーミスタも付属しています。バッテリーが過熱すると、サーミスタが警告を発します。マルチセルバッテリパックの場合、開回路/ワイヤ検出（OCD）と呼ばれる機能があります。これは、個々のセル回路と電圧を追跡してセルのバランスを確保する方法です。最終的に、これによりバッテリーの性能と寿命が向上します。

・過電圧保護しきい値

リチウムイオン電池は、上記の動作電圧内で安全に動作します。ただし、誤って規定電圧を超えて充電すると不安定になります。最大4.1Vまたは4.2V /セルまで安全に充電できますが、それを超えることはありません。

メーカーによると、リチウムイオン電池は各充電サイクルで4.1 Vまで充電する必要があります。つまり、完全に充電されそうになったら充電を停止する必要があります。これらのバッテリーは、充電が4.1Vに予約されている場合、より長い寿命を持つ可能性があります。過充電電圧しきい値を選択するときは、その寿命とセルあたりの電荷のバランスを維持する必要があります。

リチウムイオン電池には過充電保護回路が内蔵されているため、MOSFETスイッチを使用して充電経路と放電経路を監視します。また、指定されたしきい値を超えた場合、回路を無効にします。

・過放電保護しきい値

リチウムイオン電池が総容量の約5％である特定のしきい値を下回って放電されると、その性能が永久に損なわれる可能性があります。通常、リチウムイオン電池はセルあたり2.75まで安全に機能します。ただし、電圧が過放電保護電圧（VOCP）より低くなると、放電制御MOSFETをオフにして放電を停止します。

保護されたリチウムセルを使用する場合、危険のリスクを引き起こしたり、サイクル寿命に影響を与えたりすることはありません。これは、保護されたバッテリーが、2.2〜2.9V /セルのバッテリーカットオフを可能にするために追加のバッファーを使用して設計されているためです。これは、保護回路がリチウムイオン電池を乱用から保護する方法です。

リチウムイオン電池の過充電の反応は何ですか？

リチウムイオン電池の過充電は、電解質と電極の間で起こる化学反応の結果です。この化学反応により、バッテリー内部にガスと熱が放出されます。その結果、バッテリーは内部で膨張し、ケーシングが裂けて開きます。

4.30Vを超えるリチウムイオン電池（4.20V /セル用に設計されている）を充電するとどうなりますか？さて、金属リチウムの堆積またはめっきはアノードで行われます。一方、脱リチウム化されたカソード材料は、その安定性を失い、酸化剤になり、急速な発熱反応の結果としてCO2を生成します。セルの圧力が上昇し続け、充電が停止しない場合、セルの安全性に責任のある電流遮断装置（CID）は、1,000〜1,380kPa（145〜200psi）で解放され始めます。圧力が200psiを超えて上昇すると、安全膜が約3,450kPa（500psi）で裂けて開き、セルが最終的に炎を発する可能性があります。大崎隆久の研究によると、過充電反応の際にCO2、CO、H2、CH4、C2H6、C2H4などのさまざまなガスが発生しました。温度が高いほど、より多くのガスが放出されます。

リチウムイオン電池の過充電にどのように対処しますか？

リチウム電池は、エネルギー密度が高いという利点があります。つまり、コンパクトなボリュームに大量のエネルギーを蓄えることができます。ただし、リスクを回避するために注意深い取り扱いが必要です。リチウムイオン電池が膨潤する可能性は無限にあります。最も一般的な原因は過充電です。過充電バッテリーの取り扱いに関しては、以下のガイドラインに従う必要があります。

●常に適切な充電器を選択してください。人気ブランドの最高品質の充電器を使用してください。

●デバイスを常に接続しないでください。

●中程度の温度で充電してください。凍結温度での充電は避けてください。

●リチウムイオン電池は完全に充電する必要はありません。部分充電してください。

●充電中は、デバイスの電源がオフになっていることを確認してください。

●深いサイクルの放電は避けてください。つまり、バッテリーを5％〜20％まで動作させてから、充電します。この方法により、バッテリーの寿命が大幅に短くなる可能性があります。

結論

リチウムイオン電池は安全上の重大な危険をもたらすため、過充電は避けてください。専用のリチウムイオンバッテリープロテクターを見つけて選択します。