3.7V литий батареясын қорғау тақтасының принципі - литий батареясының бастапқы және кернеу стандарттарын талдау

Батареяларды қолданудың кең ауқымы

Жоғары технологияны дамытудың мақсаты – оны адамзатқа жақсырақ қызмет ету. 1990 жылы енгізілгеннен бері литий-иондық аккумуляторлар керемет өнімділікке байланысты өсті және қоғамда кеңінен қолданыла бастады. Литий-ионды аккумуляторлар басқа батареяларға қарағанда теңдесі жоқ артықшылығы бар көптеген салаларды тез иеленді, мысалы, танымал ұялы телефондар, ноутбуктер, шағын бейнекамералар және т.б. Бұл аккумуляторды әскери мақсатта көбірек елдер пайдаланады. Қолданба литий-ионды аккумулятордың тамаша шағын жасыл қуат көзі екенін көрсетеді.

Екіншіден, литий-иондық батареялардың негізгі компоненттері

(1) Батарея қақпағы

(2) Оң электрод-белсенді материал литий кобальт оксиді болып табылады

(3) Диафрагма – арнайы композициялық мембрана

(4) Теріс электрод - белсенді материал көміртек

(5) Органикалық электролит

(6) Батарея қорабы

Үшіншіден, литий-иондық батареялардың жоғары өнімділігі

(1) Жоғары жұмыс кернеуі

(2) Үлкен меншікті энергия

(3) Ұзақ цикл мерзімі

(4) Өздігінен разрядтың төмен жылдамдығы

(5) Есте сақтау әсері жоқ

(6) ластану жоқ

Төрт, литий батареясының түрі мен сыйымдылығын таңдау

Біріншіден, қозғалтқыштың қуатына негізделген батарея қамтамасыз етуі керек үздіксіз токты есептеңіз (нақты қуатты қажет етеді және әдетте жүру жылдамдығы сәйкес нақты қуатқа сәйкес келеді). Мысалы, қозғалтқыштың үздіксіз тогы 20а (1000в кезінде 48 Вт қозғалтқыш) бар делік. Бұл жағдайда батарея ұзақ уақыт бойы 20а токпен қамтамасыз етуі керек. Температураның көтерілуі таяз (жазда ауа температурасы 35 градус болса да, батареяның температурасын 50 градустан төмен басқарған жөн). Сонымен қатар, егер ток 20в кезінде 48а болса, артық қысым екі есе артады (96в, мысалы, CPU 3), үздіксіз ток шамамен 50а жетеді. Егер сіз шамадан тыс кернеуді ұзақ уақыт пайдаланғыңыз келсе, 50а токты үздіксіз қамтамасыз ете алатын батареяны таңдаңыз (әлі де температураның көтерілуіне назар аударыңыз). Мұндағы дауылдың үздіксіз тогы саудагердің номиналды батареяның разрядтық сыйымдылығы емес. Саудагер бірнеше C (немесе жүздеген ампер) аккумулятордың зарядсыздану сыйымдылығы деп мәлімдейді және егер ол осы токта зарядсызданса, батарея қатты қызуды тудырады. Егер жылу жеткілікті түрде бөлінбесе, батареяның қызмет ету мерзімі қысқа болады. (Ал біздің электр көліктеріміздің аккумуляторлық ортасы – аккумуляторлар жиналып, зарядсызданады. Негізінде ешқандай бос орындар қалмайды, ал орамы өте тығыз, жылуды тарату үшін ауаны салқындатуды қалай мәжбүрлеу керек). Біздің пайдалану ортамыз өте қатал. Пайдалану үшін батареяның зарядсыздану тогын азайту керек. Батареяның зарядсыздану ток мүмкіндігін бағалау - бұл токта батареяның сәйкес температурасының қаншалықты жоғарылауын көру.

Мұнда талқыланатын жалғыз принцип - пайдалану кезінде батареяның температурасының жоғарылауы (жоғары температура литий батареясының қызмет ету мерзімінің өлімге әкелетін жауы). Батареяның температурасын 50 градустан төмен бақылау жақсы. (20-30 градус аралығы жақсы). Бұл сондай-ақ сыйымдылығы бар литий батареясы болса (0.5С-тан төмен зарядсыздандырылған), 20а үздіксіз разряд тогы 40ah-тан астам сыйымдылықты қажет етеді (әрине, ең маңыздысы батареяның ішкі кедергісіне байланысты). Егер бұл қуат түріндегі литий батареясы болса, 1С бойынша үздіксіз зарядсыздандыру әдеттегідей. Тіпті A123 ультра төмен ішкі кедергісі бар қуат түріндегі литий батареясын әдетте 1С температурада шығарған дұрыс (2С артық емес, 2С разрядты жарты сағат ішінде ғана пайдалануға болады және бұл өте пайдалы емес). Сыйымдылықты таңдау автокөлікті сақтау орнының көлеміне, жеке шығындар бюджетіне және автокөлік қызметінің күтілетін ауқымына байланысты. (Шағын қабілет әдетте қуат түріндегі литий батареясын қажет етеді)

5. Батареяларды экрандау және құрастыру

Литий батареяларын сериялық пайдаланудың үлкен тыйымы - батареяның өздігінен зарядсыздануының ауыр теңгерімсіздігі. Барлығы бірдей теңгерімсіз болса, бәрі жақсы. Мәселе мынада, бұл күй күрт тұрақсыз. Жақсы аккумулятордың өздігінен разряды аз болады, нашар дауылдың өздігінен разряды үлкен болады және өздігінен разряд аз емес немесе аз емес жағдай әдетте жақсыдан жаманға өзгереді. Мемлекет, бұл процесс тұрақсыз. Сондықтан үлкен өздігінен разряды бар аккумуляторларды экраннан шығарып, тек шағын өздігінен разряды бар аккумуляторды қалдыру керек (әдетте, білікті өнімдердің өздігінен разряды аз, ал өндіруші оны өлшеген, мәселе мынада: көптеген сапасыз өнімдер нарыққа түседі).

Шағын өздігінен разряд негізінде ұқсас сыйымдылығы бар серияларды таңдаңыз. Қуат бірдей болмаса да, ол батареяның қызмет ету мерзіміне әсер етпейді, бірақ ол бүкіл батарея жинағының функционалдық қабілетіне әсер етеді. Мысалы, 15 аккумулятордың сыйымдылығы 20ah, ал тек бір батареяның қуаты 18ah, сондықтан бұл батареялар тобының жалпы сыйымдылығы тек 18ah болуы мүмкін. Пайдаланудың соңында батарея таусылады, ал қорғаныс тақтасы қорғалады. Бүкіл аккумулятордың кернеуі әлі де салыстырмалы түрде жоғары (өйткені қалған 15 батареяның кернеуі стандартты және әлі де электр қуаты бар). Сондықтан, бүкіл аккумулятор жинағының разрядтан қорғау кернеуі бүкіл аккумулятор жинағының сыйымдылығының бірдей екенін білуі мүмкін (барлық батарея жинағы толық зарядталған кезде әрбір батарея ұяшығы толық зарядталуы керек болған жағдайда). Қысқаша айтқанда, теңгерімсіз сыйымдылық батареяның қызмет ету мерзіміне әсер етпейді, тек бүкіл топтың мүмкіндігіне әсер етеді, сондықтан ұқсас дәрежедегі жинақты таңдауға тырысыңыз.

Жиналған аккумулятор электродтар арасындағы жақсы омикалық жанасу кедергісіне жетуі керек. Сым мен электрод арасындағы байланыс кедергісі неғұрлым аз болса, соғұрлым жақсы; әйтпесе, айтарлықтай жанасу кедергісі бар электрод қызады. Бұл жылу электрод бойымен аккумулятордың ішкі жағына тасымалданады және батареяның қызмет ету мерзіміне әсер етеді. Әрине, айтарлықтай құрастыру кедергісінің көрінісі бірдей разрядтық ток кезінде аккумулятор жинағының кернеуінің айтарлықтай төмендеуі болып табылады. (Кернеу төмендеуінің бір бөлігі ұяшықтың ішкі кедергісі, ал бір бөлігі жинақталған контакт кедергісі мен сым кедергісі)

Алты, қорғаныс тақтасын таңдау және зарядтау мен разрядты пайдалану мәселелері

(Деректер мыналарға арналған литий темір фосфат батареясы, кәдімгі 3.7в батареяның принципі бірдей, бірақ ақпарат әртүрлі)

Қорғаныс тақтасының мақсаты аккумуляторды шамадан тыс зарядтаудан және шамадан тыс зарядсыздандырудан қорғау, жоғары токтың дауылға зақым келтіруіне жол бермеу және батарея толығымен зарядталған кезде батарея кернеуін теңестіру (теңдестіру мүмкіндігі әдетте салыстырмалы түрде аз, сондықтан егер бар болса өзін-өзі зарядсыздандыратын аккумуляторды қорғау тақтасы, бұл ерекше Тепе-теңдікті сақтау қиын, сонымен қатар кез келген күйде тепе-теңдікті сақтайтын қорғаныс тақталары бар, яғни өтемақы зарядтаудың басынан бастап орындалады, бұл өте сирек сияқты).

Батарея жинағының қызмет ету мерзімі үшін аккумуляторды зарядтау кернеуі кез келген уақытта 3.6 В-тан аспауы ұсынылады, бұл қорғаныс тақтасының қорғаныс әрекетінің кернеуі 3.6 В жоғары емес екенін білдіреді, ал теңгерімді кернеу ұсынылады. 3.4v-3.5v (әр ұяшық 3.4в зарядталған 99% Батарея, статикалық күйді білдіреді, жоғары токпен зарядтау кезінде кернеу артады). Батареяның зарядсыздануынан қорғау кернеуі әдетте 2.5 В жоғары (2 В жоғары үлкен мәселе емес, әдетте оны толығымен қуатсыз пайдалану мүмкіндігі аз, сондықтан бұл талап жоғары емес).

Зарядтағыштың ұсынылатын максималды кернеуі (зарядтаудың соңғы сатысы ең жоғары тұрақты кернеуді зарядтау режимі болуы мүмкін) 3.5*, жолдар саны, мысалы, 56 жол үшін шамамен 16в. Әдетте, батареяның қызмет ету мерзіміне кепілдік беру үшін зарядтауды бір ұяшыққа (негізінен толық зарядталған) орта есеппен 3.4 В-та өшіруге болады. Дегенмен, қорғаныс тақтасы әлі тепе-теңдікті орнатпағандықтан, егер аккумулятордың өзегі үлкен өзін-өзі разрядтаса, ол уақыт өте келе өзін тұтас топ ретінде ұстайды; сыйымдылығы біртіндеп төмендейді. Сондықтан әр аккумуляторды үнемі 3.5-3.6 В-қа дейін зарядтау керек (мысалы, апта сайын) және оны бірнеше сағат бойы ұстап тұру керек (орташа мән теңестірудің бастапқы кернеуінен жоғары болғанша), өздігінен разряд соғұрлым көп болады. , теңестіру ұзағырақ болады. Өздігінен зарядсыздану Үлкен өлшемді батареяларды теңестіру қиын және оларды жою қажет. Сондықтан қорғаныс тақтасын таңдағанда, 3.6 В асқын кернеу қорғанысын таңдап көріңіз және 3.5 В шамасында теңестіруді бастаңыз. (Нарықтағы асқын кернеуден қорғаудың көпшілігі 3.8в-тан жоғары, ал тепе-теңдік 3.6в-тан жоғары қалыптасады). Сәйкес теңдестірілген іске қосу кернеуін таңдау қорғаныс кернеуіне қарағанда маңыздырақ, өйткені максималды кернеуді зарядтағыштың максималды кернеу шегін реттеу арқылы реттеуге болады (яғни қорғаныс тақтасының әдетте жоғары вольтты қорғаныс жасау мүмкіндігі жоқ). Дегенмен, теңдестірілген кернеу жоғары делік. Бұл жағдайда аккумулятор жинағында тепе-теңдікті сақтау мүмкіндігі болмайды (зарядтау кернеуі тепе-теңдік кернеуінен жоғары болса, бірақ бұл батареяның қызмет ету мерзіміне әсер етпесе), ұяшық өзін-өзі разрядтау сыйымдылығына байланысты бірте-бірте азаяды (идеалды ұяшық 0-нің өздігінен разряды жоқ).

Қорғаныс тақтасының үздіксіз разрядтық ток мүмкіндігі. Бұл пікір айтудың ең жаманы. Өйткені қорғаныс тақтасының ағымдағы шектеу қабілеті мағынасыз. Мысалы, егер сіз 75nf75 түтігінің 50а ток өтуіне рұқсат етсеңіз (бұл уақытта қыздыру қуаты шамамен 30 Вт, кем дегенде екі бірдей порт тақтасы бар сериясы 60 Вт), таратуға жеткілікті жылу қабылдағыш бар болса. жылу, проблема жоқ. Оны түтікті күйдірмей 50a немесе одан да жоғары температурада ұстауға болады. Бірақ бұл қорғаныс тақтасы 50а токқа төтеп бере алады деп айта алмайсыз, себебі әркімнің қорғаныс панелдерінің көпшілігі аккумулятор қорабына батареяға өте жақын немесе тіпті жақын орналасқан. Сондықтан мұндай жоғары температура батареяны қыздырады және қызады. Мәселе мынада, жоғары температура дауылдың қас жауы.

Сондықтан қорғаныс тақтасын пайдалану ортасы ток шегін қалай таңдау керектігін анықтайды (қорғаныс тақтасының ағымдағы сыйымдылығы емес). Қорғаныс тақтасы батарея қорабынан шығарылды делік. Бұл жағдайда жылытқышы бар кез келген дерлік қорғаныс тақтасы 50a немесе одан да жоғары үздіксіз токқа төтеп бере алады (бұл уақытта тек қорғаныс тақтасының сыйымдылығы ескеріледі және температураның көтерілуіне зақым келтіретініне алаңдаудың қажеті жоқ. батарея ұяшығы). Әрі қарай, автор батарея сияқты шектеулі кеңістікте барлығы әдетте қолданатын орта туралы айтады. Бұл уақытта қорғаныс тақтасының максималды қыздыру қуаты 10 Вт-тан төмен жақсы басқарылады (егер ол кішкентай қорғаныс тақтасы болса, оған 5 Вт немесе одан аз қажет, ал үлкен көлемді қорғаныс тақтасы 10 Вт-тан көп болуы мүмкін, себебі ол жақсы жылу диссипациясына ие. және температура тым жоғары болмайды). Қаншалықты орынды екеніне келетін болсақ, оны жалғастыру ұсынылады. Ток қолданылған кезде бүкіл тақтаның максималды температурасы 60 градустан аспайды (ең жақсысы 50 градус). Теориялық тұрғыдан алғанда, қорғаныс тақтасының температурасы неғұрлым төмен болса, соғұрлым жақсы және ол жасушаларға аз әсер етеді.

Бірдей порт тақтасы зарядтаушы электрлік моспен тізбектей жалғанғандықтан, бірдей жағдайдағы жылу генерациясы әртүрлі порт тақтасына қарағанда екі есе көп. Бірдей жылу генерациясы үшін тек түтіктердің саны төрт есе көп (мостың бір үлгісінің алғышарттары бойынша). Есептеп көрейік, егер 50а үздіксіз ток болса, онда мос ішкі кедергісі екі миллиом (осы эквивалентті ішкі кедергіні алу үшін 5 75nf75 түтік қажет), ал қыздыру қуаты 50*50*0.002=5в болады. Бұл уақытта, бұл мүмкін (шын мәнінде, 2 миллиом ішкі кедергісі MOS ағымдағы сыйымдылығы 100a астам, бұл ешқандай проблема емес, бірақ жылу үлкен). Егер ол бірдей порт тақтасы болса, 4 2 миллиом ішкі кедергісі қажет (әр екі параллель ішкі кедергі бір миллиом, содан кейін тізбектей жалғанған, жалпы ішкі кедергі 2 миллионға тең 75 түтік пайдаланылады, жалпы саны 20). 100а үздіксіз ток қыздыру қуатын 10 Вт болуға мүмкіндік береді делік. Бұл жағдайда ішкі кедергісі 1 миллиом болатын сызық қажет (әрине, дәл балама ішкі кедергіні MOS параллель қосылымы арқылы алуға болады). Әртүрлі порттардың саны әлі де төрт есе болса, 100a үздіксіз ток әлі де максималды 5 Вт қыздыру қуатын қамтамасыз етсе, онда тек 0.5 миллиом түтікті пайдалануға болады, бұл бірдей порттарды жасау үшін 50а үздіксіз токпен салыстырғанда төрт есе көп мос мөлшерін қажет етеді. жылу мөлшері). Сондықтан, қорғаныс тақтасын пайдаланған кезде, температураны төмендету үшін елеусіз ішкі кедергісі бар тақтаны таңдаңыз. Ішкі кедергі анықталған болса, тақта мен сыртқы жылуды жақсырақ таратыңыз. Қорғаныс тақтасын таңдаңыз және сатушының үздіксіз ток қуатын тыңдамаңыз. Қорғаныс тақтасының разряд тізбегінің жалпы ішкі кедергісін сұрап, оны өзіңіз есептеңіз (түтіктің қандай түрін, қанша мөлшерді пайдаланатынын сұраңыз және ішкі кедергінің есебін өзіңіз тексеріңіз). Автор, егер ол сатушының номиналды үздіксіз тогы астында шығарылса, қорғаныс тақтасының температурасының көтерілуі салыстырмалы түрде жоғары болуы керек деп санайды. Сондықтан дератизациясы бар қорғаныс тақтасын таңдаған дұрыс. (50а үздіксіз деп айтыңыз, 30а қолдануға болады, сізге 50а тұрақтысы керек, 80а номиналды үздіксіз сатып алған дұрыс). 48v CPU пайдаланатын пайдаланушылар үшін қорғаныс тақтасының жалпы ішкі кедергісі екі миллиомнан аспауы ұсынылады.

Бір порт тақтасы мен әртүрлі порт тақтасының айырмашылығы: бірдей порт тақтасы зарядтау мен зарядтауға арналған бірдей желі болып табылады және зарядтау да, зарядсыздандыру да қорғалған.

Әртүрлі порт тақтасы зарядтау және разрядтау желілеріне тәуелсіз. Зарядтау порты тек зарядтау кезінде шамадан тыс зарядтаудан қорғайды және оны зарядтау портынан алып тастаған жағдайда қорғамайды (бірақ ол толығымен зарядсыздануы мүмкін, бірақ зарядтау портының ағымдағы сыйымдылығы әдетте салыстырмалы түрде аз). Разряд порты разряд кезінде шамадан тыс разрядтан қорғайды. Разряд портынан зарядталса, артық заряд жабылмайды (сондықтан процессордың кері зарядталуы әртүрлі порт тақтасы үшін толығымен жарамды. Ал кері заряд пайдаланылған энергиядан азырақ, сондықтан шамадан тыс зарядтау туралы алаңдамаңыз. кері зарядтауға байланысты аккумулятор. Толық төлеммен шықпасаңыз, ол бірден бірнеше шақырым төмен түседі. Егер сіз кері зарядтауды жалғастыра берсеңіз, батареяны шамадан тыс зарядтауға болады, ол жоқ), бірақ зарядтауды үнемі пайдалану Ешқашан зарядтамаңыз. зарядтау кернеуін үнемі қадағаламасаңыз (мысалы, уақытша жол бойындағы төтенше жоғары токты зарядтау, разряд портынан сенуге болады және толық зарядталмай жүруді жалғастыра аласыз, шамадан тыс зарядтау туралы алаңдамаңыз)

Қозғалтқышыңыздың максималды үздіксіз тогын есептеңіз, осы тұрақты токты қанағаттандыра алатын сәйкес сыйымдылығы немесе қуаты бар аккумуляторды таңдаңыз және температураның көтерілуі басқарылады. Қорғаныс тақтасының ішкі кедергісі мүмкіндігінше аз. Қорғаныс тақтасының асқын ток қорғанысы тек қысқа тұйықталудан қорғауды және басқа қалыпты емес пайдалануды қорғауды қажет етеді (қорғаныс тақтасының тартылуын шектеу арқылы контроллер немесе қозғалтқыш талап ететін токты шектеуге тырыспаңыз). Өйткені сіздің қозғалтқышыңызға 50а ток қажет болса, сіз жиі қорғанысты тудыратын ток 40а анықтау үшін қорғаныс тақтасын пайдаланбайсыз. Контроллердің кенеттен тоқтауы контроллерді оңай зақымдайды.

Жеті, литий-иондық батареялардың кернеуінің стандартты талдауы

(1) Ашық тізбектегі кернеу: жұмыс істемейтін күйдегі литий-ионды батареяның кернеуін білдіреді. Бұл уақытта ағын жоқ. Батарея толығымен зарядталған кезде, аккумулятордың оң және теріс электродтары арасындағы әлеуетті айырмашылық әдетте шамамен 3.7 В, ал жоғары 3.8 В жетуі мүмкін;

(2) Ашық тізбектегі кернеуге сәйкес жұмыс кернеуі, яғни белсенді күйдегі литий-ионды батареяның кернеуі. Бұл кезде ағын бар. Ток ағып жатқан кездегі ішкі кедергіні еңсеру керек болғандықтан, жұмыс кернеуі әрқашан электр тогы кезіндегі жалпы кернеуден төмен болады;

(3) Аяқтау кернеуі: яғни аккумулятор литий-ионды аккумулятордың құрылымымен анықталатын белгілі бір кернеу мәніне орналастырылғаннан кейін зарядсыздануды жалғастырмауы керек, әдетте қорғаныс тақтасына байланысты, батарея кернеуі разряд аяқталды шамамен 2.95 В;

(4) Стандартты кернеу: Негізінде стандартты кернеуді номиналды кернеу деп те атайды, ол аккумулятордың оң және теріс материалдарының химиялық реакциясынан туындаған потенциалдар айырмасының күтілетін мәнін білдіреді. Литий-иондық аккумулятордың номиналды кернеуі 3.7 В. Стандартты кернеу Стандартты жұмыс кернеуі екенін көруге болады;

Жоғарыда аталған төрт литий-ионды аккумулятордың кернеуіне қарағанда, жұмыс күйіне қосылған литий-ионды аккумулятордың кернеуі стандартты кернеу мен жұмыс кернеуіне ие. Жұмыс істемейтін жағдайда литий-ионды аккумулятордың кернеуі литий-ионды аккумуляторға байланысты ашық тізбектегі кернеу мен соңғы кернеу арасында болады. Иондық батареяның химиялық реакциясын бірнеше рет қолдануға болады. Сондықтан литий-ионды аккумулятордың кернеуі тоқтату кернеуінде болғанда, батареяны зарядтау керек. Батарея ұзақ уақыт бойы зарядталмаса, батареяның қызмет ету мерзімі қысқарады немесе тіпті жойылады.