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日志

简单的电路指示锂离子电池的健康状况

已有 392 次阅读2024-7-4 15:17

锂离子电池对不良处理很敏感。当我们将电池充电至低于制造商定义的裕量时,可能会发生火灾、爆炸和其他危险情况。

锂离子电池在正常使用的过程中,其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应。但在某些条件下,如对其过充电、过放电或过电流工作时,就很容易会导致电池内部发生化学副反应;该副反应加剧后,会严重影响电池的性能与使用寿命,并可能产生大量的气体,使电池内部的压力迅速增大后爆炸起火而导致安全问题。

锂离子电池产品经过30年的产业化发展,安全技术取得了长足的进步,有效地控制了电池内副反应的发生,保证了电池的安全性。但是,随着锂离子电池的使用越来越广泛,能量密度越来越高,近年来还是屡屡发生爆炸伤人或因安全隐患召回产品等事件。

锂离子电池电芯所用的材料包括:正极活性物质、负极活性物质、隔膜、电解质和外壳等,材料的选用和所组成体系的匹配决定着电芯的安全性能。在选用正、负极活性材料和隔膜材料时,厂家没有对原材料特性和匹配性进行一定的考核,造成了电芯安全性的先天不足。

电芯原材料检测不严,生产环境差,导致生产中混入杂质,不仅对电池的容量有较大的不利,对电池的安全性也有很大的影响;另外,电解液中如果混入了过多的水分, 可能就会发生副反应而增大电池内压,对安全造成影响;由于生产工艺水平的限制, 在电芯的生产过程中,产品无法达到良好的一致性,比如电极基体平整度差、电极活性材料出现脱落、活性材料中混入其它杂质、极耳焊接不牢、焊接温度不稳定、极片边缘有毛刺以及关键部 位无使用绝缘胶带等问题,都可能会对电芯的安全 性带来不利的影响。

现代电池充电器可以管理危险情况并在发生非法情况时拒绝操作。然而,这一事实并不意味着所有CELL都是坏的。在大多数情况下,我们可以更换电量耗尽的电池并延长设备的使用寿命。图 1显示了用于测试电池组的电路。

 

 

 

 

图 1 LED 根据其电压指示电池的健康状况。

当电源电压低于 2.6V 时,没有电流驱动晶体管的基极。LED 1 亮起,LED 2 熄灭。当电压超过 2.6V 时,晶体管开始短路 LED 1,将其关闭并点亮 LED 2。 这种情况表明电池低于允许的充电限制。 电压裕度很大程度上取决于所选 LED 的类型或颜色。标准红色 LED 的正向电压为 1.7V;一个绿色 LED,大约 2.1 或 2.2V。本设计中的电路使用红色 LED,其正向电压约为 1.6V,电流为 2 mA。其他 LED 可能需要进行简单的重新设计,主要是需要使用肖特基二极管而不是该电路中的 1N4148。即使是具有 3V 或更高正向电压的白色或蓝色 LED 也适用于某些应用。

低阻值电阻会增加 LED 的亮度,但也会增加电源电流。表 1显示了该指示器如何提供三种操作状态。虽然这个简单的设备消耗的电流很小,但如果我们将该设备用作显示器,尤其是在存放时,我们不能期望电池寿命很长。虽然充满电的 32-Ahr 电池将在大约一年后失效,但相同尺寸但略高于允许充电余量的空电池将在一两天后失效。

 

 

 

 

我们可以在一个测试模块中构建一系列指标。通过连接到包装的测量/平衡端口,我们可以通过一个视图轻松检查整个包装。将齐纳二极管串联到 LED 也使该电路成为更高电压电平的简单指示器。

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