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        鋰電池PACK設計規范經驗匯總

        [ 鋰電池PACK設計規范經驗匯總的瀏覽量:7341次,文章來源:http://www.luxuryjetplanes.com,作者:PACK鋰電池之家 ]

        鋰離子電池設計規范包括PACK鋰電池設計規范匯總,一些鋰電池設計規范PACK案例,方型鋰電池安全設計展示,圓柱型鋰離子電池設計規范案例,鋰電池設計安全規范標準化等,我們一起來看看這些鋰電池設計規范吧。

        一、PACK鋰電池設計規范安全前言。

        由于全球手機有數億只,要達到安全,安全防護的失敗率必須低于一億分之一。由于,電路板的故障率 一般都遠高于一億分之一。因此,電池系統設計時,必須有兩道以上的安全防線。常見的錯誤設計是用充電 器(adaptor)直接去充電池組。這樣將過充的防護重任,完全交給電池組上的保護板。雖然保護板的故障率不高,但是,即使故障率低到百萬分之一,機率上全球還是天天都會有爆炸事故發生,我們每個電池工程師一定要最大程度的防止此安全事故發生。

        二、PACK鋰電池設計規范經驗匯總:

        電池系統如能對過充、過放、過電流都分別提供兩道安全防護,每道防護的失敗率如果是萬分之一,兩 道防護就可以將失敗率降到一億分之一。常見的電池充電系統方塊圖如下,包含充電器及電池組兩大部分。

        ①充電器又包含適配器(Adaptor)及充電控制器兩部分,適配器將交流電轉為直流電,充電控制器則限制直流 電的最大電流及最高電壓。

        ②電池組包含保護板及電池芯兩大部分,以及一個 PTC 來限定最大電流。下面圖中 適配器交流變直流文字方塊作用:電控制器限流限壓。充電器文字方塊作用: 保護板過充、 過放、過流等防護。 儲能鋰電池組文字方塊作用: 限流片。電池芯以手機電池系統為例,過充防護系 統利用充電器輸出電壓設定在 4.2V 左右,來達到第一層防護,這樣就算電池組上的保護板失效,電池也不會 被過充而發生危險。第二道防護是保護板上的過充防護功能,一般設定為 4.3V。這樣,保護板平常不必負責 切斷充電電流,只有當充電器電壓異常偏高時,才需要動作。過電流防護則是由保護板及限流片來負責,這也是兩道防護,防止過電流及外部短路。由于過放電只會發生在電子產品被使用的過程。因此,一般設計是 由該電子產品的線路板來提供第一道防護,電池組上的保護板則提供第二道防護。當電子產品偵測到供電電 壓低于 3.0V 時,應該自動關機。如果該產品設計時未設計這項功能,則保護板會在電壓低到2.4V時,關閉放電回路。

        工業鋰電池設計規范電池案例

        鋰電池設計規范經驗總論:電池系統設計時,必須對過充、過放、與過電流分別提供兩道電子防護。把保護板拿掉后充電,如果電池會爆炸就代表設計不良。 把保護板拿掉后充電,如果電池會爆炸就代表設計不良。 上述方法雖然提供了兩道防護,但是由于消費者在充電器壞掉后,常會買非原廠充電器來充電,而充電 器業者,基于成本考慮,常將充電控制器拿掉,來降低成本。結果,劣幣驅逐良幣,市面上出現了許多劣質 充電器。這使得過充防護失去了第一道也是最重要的一道防線。而過充又是造成電池爆炸的最重要因素,因 此,劣質充電器可以稱得上是電池爆炸事件的元兇。 當然,并非所有的電池系統都采用如上圖的方案。在有些情況下,電池組內也會有充電控制器的設計。

        鋰電池設計規范案例說明:例如許多筆記型計算機的外加電池棒,就有充電控制器。這是因為筆記型計算機一般都將充電控制器做在 計算機內,只給消費者一個適配器。因此,筆記型計算機的外加電池組,就必須有一個充電控制器,才能確 保外加電池組在使用適配器充電時的安全。另外,使用汽車點煙器充電的產品,有時也會將充電控制器做在 電池組內。 最后的防線:如果電子的防護措施都失敗了,最后的一道防線,就要由電芯來提供了。電芯的安全層級, 可依據電芯能否通過外部短路和過充來大略區分等級。由于,電池爆炸前,如果內部有鋰原子堆積在材料表 面,爆炸威力會更大。而且,過充的防護常因消費者使用劣質充電器而只剩一道防線,因此,電芯抗過充能 力比抗外部短路的能力更重要。 鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較 鋁殼相對于鋼殼具有很高的安全優勢。

        三、鋰電池設計規范安全設計要點:

        1、為了避免因使用不當造成電池過放電或者過充電,在單體鋰離子電池內設有三重保護機構。一是采用開關元件,當電池內的溫度上升時,它的阻值隨之上升,當溫度過高時,會自動停止供電;二是選擇適當的隔板材料,當溫度上升到一定數值時,隔板上的微米級微孔會自動溶解掉,從而使鋰離子不能通過,電池內部反應停止;三是設置安全閥(就是電池頂部的放氣孔),電池內部壓力上升到一定數值時,安全閥自動打開,保證電池的使用安全性。

        2、電池安全設計有時看著安全其實并不安全,電池本身雖然有安全控制措施,但是因為某些原因造成控制失靈,缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放,電池內壓便會急劇上升而引起爆炸。

        3、電池安全設計一般情況下,鋰離子電池儲存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的增加,電池體積也在增加,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅增加。對于手機用鋰離子電池,基本要求是發生安全事故的概率要小于百萬分之一,這也是社會公眾所能接受的最低標準。而對于大容量鋰離子電池,特別是汽車等用大容量鋰離子電池,采用強制散熱尤為重要。

        四、鋰電池安全設計措施方法:

        1、選擇更安全的電極材料,選擇錳酸鋰材料,在分子結構方面保證了在滿電狀態,正極的鋰離子已經完全嵌入到負極炭孔中,從根本上避免了枝晶的產生。同時錳酸鋰穩固的結構,使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰,分解溫度超過鈷酸鋰100℃,即使由于外力發生內部短路(針刺),外部短路,過充電時,也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發燃燒、爆炸的危險。另外,采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。

        2、提高現有安全控制技術的性能,首先要提高12.8V鋰電池組中的鋰離子電池芯的安全性能,這對大容量電池尤為重要。選擇熱關閉性能好的隔膜,隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時,允許鋰離子的通過。當溫度升高時,在隔膜熔化前進行關閉,從而使內阻上升至2000歐姆,讓內部反應停止下來。

        3、當內部壓力或溫度達到預置的標準時,防爆閥將打開,開始進行卸壓,以防止內部氣體積累過多,發生形變,最終導致殼體爆裂。

        4、提高控制靈敏度、選擇更靈敏的控制參數和采用多個參數的聯合控制(這對于大容量電池尤為重要)。對于大容量鋰離子電池組是串/并聯的多個電芯組成,如筆記本電腦的電壓為10V以上,容量較大,一般采用3~4個單電池串聯就可以滿足電壓要求,然后再將2~3個串聯的電池組并聯,以保證較大的容量。

        5、大容量電池組本身必須設置較為完善的保護功能,還應考慮兩種電路基板模塊:保護電路基板(Protection Board PCB)模塊及Smart Battery Gauge Board模塊。整套的電池保護設計包括:第1級保護IC(防止電池過充、過放、短路),第2級保護IC(防止第2次過壓)、保險絲、LED指示、溫度調節等部件。

        6、在多級保護機制下,即使是在電源充電器、筆記本電腦出現異常的情況下,筆記本電池也只能轉為自動保護狀態,如果情況不嚴重,往往在重新插拔后還能正常工作,不會發生爆炸。

        按方型鋰離子電池設計規范做好PACK成品電池

        7、筆記本電腦和手機使用的鋰離子電池基所采用的底層技術是不安全的,工業鋰電池組需要考慮更安全的結構??傊?,隨著材料技術的進步和人們對鋰離子電池設計、制造、檢測和使用諸方面要求的認識不斷加深,未來的鋰離子電池會變得更安全。

        8、不管正或負極活性材都會有膨脹收縮的問題,一般負極碳材有 20%(理論值:10.5%)膨脹收縮率, 而像 LFP 正極材料有 6%(理論值:2 %左右)膨脹收收率。當多次充放電中,其正、負活性材顆粒與顆粒之 間接觸少、間隙加大,甚至有些脫離集電極,導致電子與離子傳輸路徑斷續不連續相,成為死的活性材,不 再參與電極反應。因此循環使用壽命下降。VGCF 碳管有很大的長徑比,即使正、負活性材膨脹收縮后,其活 性材顆粒間之間隙,可藉由 VGCF 碳管架橋連接,電子與離子傳輸不會間斷。

        五、鋰電池設計規范注意事項:

        1、鋰離子電池在人們的生活中隨處可見,各種便攜式電子產品、車載GPS等,鋰離子電池成為維持這些工具運轉的重要部件。保持鋰離子電池適度充電、放電可延長電池壽命。鋰離子電池電量維持在10%~90%有利于保護電池。這意味著,給手機、筆記本電腦等數碼產品的電池充電時,無需達到最大值。

        2、配有鋰離子電池的數碼產品暴露在日照下或者存放在炎熱的汽車內,最好將這些產品處于關閉狀態,原因是如果運行溫度超過60攝氏度,鋰離子電池會加速老化。鋰電池充電溫度范圍:0~45攝氏度,鋰電池放電溫度范圍0~60攝氏度。

        3、如果手機電池每天都需充電,原因可能是這塊電池存在缺陷,或者是它該“退休”了。對筆記本所有者而言,如果長時間插上插頭,最好取下電池(電腦在使用過程中產生的高熱量對筆記本電池不利)。

        4、通常情況下,50%電量最利于鋰離子電池保存;如果長期用外接電源為筆記本電腦供電,或者電池電量已經超過80%,馬上取下電池。平時充電不需將電池充滿,充至80%左右即可。調整操作系統的電源選項,將電量警報調至20%以上,平時電池電量最低不要低于20%。

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