مشخصات طراحی باتری لیتیومی

از آنجایی که صدها میلیون تلفن همراه در جهان وجود دارد، برای دستیابی به ایمنی، میزان خرابی حفاظت ایمنی باید کمتر از یک در 100 میلیون باشد. زیرا میزان خرابی بردهای مدار عموماً بسیار بیشتر از یک در 100 میلیون است. بنابراین، هنگام طراحی یک سیستم باتری، باید بیش از دو خط دفاعی ایمنی وجود داشته باشد. یک طراحی اشتباه رایج استفاده از شارژر (آداپتور) برای شارژ مستقیم بسته باتری است. به این ترتیب مسئولیت حفاظت از شارژ بیش از حد به طور کامل به برد محافظ روی بسته باتری واگذار می شود. اگرچه میزان خرابی برد حفاظتی زیاد نیست، حتی اگر میزان خرابی آن به یک در میلیون هم برسد، باز هم احتمال وقوع حوادث انفجاری هر روز در سراسر جهان وجود دارد. اگر سیستم باتری بتواند دو محافظ ایمنی برای شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد و جریان بیش از حد ارائه دهد و میزان خرابی هر محافظ یک در ده هزار باشد، این دو محافظ می توانند میزان خرابی را به یک در 100 میلیون کاهش دهند.
سیستم های رایج شارژ باتری شامل دو بخش عمده است: یک شارژر و یک بسته باتری. ① شارژر همچنین شامل دو بخش است: یک آداپتور و یک کنترل کننده شارژ. آداپتور برق AC را به برق DC تبدیل می کند و کنترل کننده شارژ حداکثر جریان و حداکثر ولتاژ برق DC را محدود می کند. ② بسته باتری شامل دو بخش اصلی است: یک برد محافظ و یک سلول باتری و یک PTC برای محدود کردن حداکثر جریان. نقش آداپتور تبدیل AC به DC: کنترل کننده جریان و ولتاژ را محدود می کند. نقش شارژر: برد محافظ در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، جریان بیش از حد و غیره محافظت می کند.
نقش بسته باتری: تراشه محدود کننده جریان. با در نظر گرفتن سیستم باتری تلفن همراه به عنوان مثال، سیستم حفاظت از شارژ بیش از حد از ولتاژ خروجی شارژر در حدود 4.2 ولت برای دستیابی به اولین لایه محافظتی استفاده می کند. به این ترتیب حتی اگر برد محافظ روی بسته باتری از کار بیفتد، باتری بیش از حد شارژ و خطرناک نخواهد بود. حفاظت دوم، عملکرد حفاظت از شارژ بیش از حد روی برد محافظ است که به طور کلی روی 4.3 ولت تنظیم شده است. به این ترتیب، برد محافظ مجبور نیست در زمان های معمولی مسئولیت قطع جریان شارژ را بر عهده داشته باشد و تنها زمانی باید عمل کند که ولتاژ شارژر به طور غیرعادی بالا باشد. حفاظت از اضافه جریان بر عهده برد محافظ و تراشه محدود کننده جریان است که دو محافظ برای جلوگیری از اضافه جریان و اتصال کوتاه خارجی نیز هستند. از آنجایی که تخلیه بیش از حد فقط در هنگام استفاده از محصولات الکترونیکی رخ می دهد. بنابراین، طراحی کلی به این صورت است که برد مدار محصول الکترونیکی اولین محافظت را فراهم می کند و برد محافظ روی بسته باتری محافظت دوم را انجام می دهد. وقتی محصول الکترونیکی تشخیص داد که ولتاژ منبع تغذیه کمتر از 3.{5}} ولت است، باید به طور خودکار خاموش شود. اگر این عملکرد در محصول طراحی نشده باشد، وقتی ولتاژ به 2.4 ولت کاهش یابد، برد محافظ مدار تخلیه را می بندد.
کلیات: هنگام طراحی سیستم باتری باید دو محافظ الکترونیکی برای شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد و جریان بیش از حد ارائه شود. اگر باتری هنگام شارژ پس از برداشتن برد محافظ منفجر شود، به این معنی است که طراحی ضعیفی دارد. اگرچه روش فوق دو نوع حفاظت را ارائه می کند، مصرف کنندگان اغلب شارژرهای غیر اصلی را خریداری می کنند تا پس از خراب شدن شارژر شارژ شوند و سازندگان شارژر اغلب کنترل کننده شارژ را حذف می کنند تا هزینه ها را بر اساس ملاحظات هزینه کاهش دهند. در نتیجه، پول بد، پول خوب را از بین می برد و بسیاری از شارژرهای بی کیفیت در بازار ظاهر می شوند. این باعث می شود که حفاظت از شارژ بیش از حد اولین و مهمترین خط دفاعی را از دست بدهد. شارژ بیش از حد مهم ترین عامل انفجار باتری است، بنابراین شارژرهای بی کیفیت را می توان مقصر انفجار باتری دانست. البته همه سیستم های باتری راه حل فوق را نمی پذیرند. در برخی موارد، طراحی کنترل کننده شارژ نیز در بسته باتری وجود خواهد داشت.
آخرین خط دفاعی: اگر تمام اقدامات حفاظتی الکترونیکی شکست بخورد، آخرین خط دفاعی توسط سلول باتری ارائه می شود. سطح ایمنی سلول باتری را می توان تقریباً به سطوحی تقسیم کرد که آیا سلول باتری می تواند از اتصال کوتاه خارجی و شارژ بیش از حد عبور کند. زیرا قبل از منفجر شدن باتری، اگر اتم های لیتیوم روی سطح ماده جمع شده باشد، انفجار قوی تر خواهد بود. علاوه بر این، محافظت در برابر شارژ بیش از حد اغلب تنها یک خط دفاعی است زیرا مصرف کنندگان از شارژرهای ضعیف استفاده می کنند. بنابراین، توانایی سلول باتری در مقاومت در برابر شارژ بیش از حد مهمتر از توانایی آن در مقاومت در برابر اتصال کوتاه خارجی است. در مقایسه با ایمنی سلول های باتری پوسته آلومینیومی و سلول های باتری پوسته فولادی، پوسته آلومینیومی مزیت ایمنی بالاتری دارد.