circuito de protección Baterías de iones de litio

Estoy diseñando una batería de iones de litio en mi proyecto, pero estoy un poco confundido con respecto a ciertos aspectos del circuito de protección de las baterías de iones de litio. Conozco las diferentes etapas de carga de una batería de iones de litio y debe tener un cargador de litio IC para hacer la carga de forma segura para usted. Si lo entiendo correctamente, debe proteger la batería contra situaciones de sobrecarga, sobredescarga y sobrecorriente (cortocircuito).

La batería de iones de litio (celda única, 1200 mAh) que seleccioné tiene un circuito de protección propio, pero el voltaje de apagado es de alrededor de 2,4 V a 2,7 V y el voltaje de sobrecarga es de alrededor de 4,2/4,3 V. Mi confusión radica en este 2.4V a 2.7V, entendí que no deberías dejar que Li-Ion se descargue por debajo de 3.0V. Mi proveedor de baterías y otra fuente que encontré dicen que es mejor que el circuito de protección de las baterías no se active y sugirieron que también debería construir un circuito de protección "extra/segundo" en mi PCB con un voltaje más alto como 3.0V para que este circuito cambie de la carga primero en lugar de la protección de la batería.

No puedo confirmar esto en ninguna otra fuente, lo que me parece extraño para un aspecto tan importante si fuera correcto. Entonces, mi pregunta básicamente es cuál es la práctica de diseño correcta y cómo se hace a menudo. Sé que Seiko es bastante grande en circuitos integrados de protección contra sobre/bajo voltaje, pero también puedo imaginar un circuito con supervisores o amplificadores operacionales.

Otra pregunta que tengo es con respecto a un termistor NTC para baterías Li_ion. (cable blanco o amarillo en muchas baterías o paquetes) ¿Qué tan importante es esto? ¿Cuándo debo incluir esto en mi diseño? Porque a veces veo IC de cargador con y sin conexión para un termistor.

Respuestas (4)

A1. La protección incorporada para las celdas de iones de litio debe considerarse "protección de emergencia"; no debe confiarse en ella para la protección de ciclo normal V y A. En un diseño de batería "seguro", la protección V&A debe incluirse "siempre" en su diseño.

A2. Un sistema de batería protegido por termistor es sabio. A veces, las celdas de iones de litio no se descargan/cargan a la misma velocidad y provocan un desequilibrio en la configuración en serie/paralelo de las baterías Ah más grandes. Se puede usar un termistor para detectar una condición de sobrecalentamiento, prevenir un incendio, reducir la velocidad de descarga/carga o indicar una falla de descarga/carga en un sistema de batería inteligente. Lo considero muy importante en un sistema de batería seguro, pero a menudo se pasa por alto o se ignora cuando se utilizan celdas de iones de litio tipo ICR. Si desea hacer un paquete de baterías seguro, le sugiero que siempre incluya un termistor y un circuito de apoyo; no permita que los diseños incompletos o de mala calidad de otros afecten sus decisiones de diseño.

A1: respuesta clara. ¡Gracias! A2: No tengo una configuración multicelda. Tengo una celda de bolsa y fusioné mi circuito de carga, por lo que no creo que la corriente llegue realmente y caliente mucho la batería. Pero todavía tengo que probar la carga a temperaturas ambiente más altas.
Las celdas de bolsa suelen ser celdas de polímero de iones de litio. Si su fusible es del tamaño y tipo correctos, podría proteger su(s) celda(s) de una descarga excesiva; sin embargo, el problema de calor/ventilación/escape/incendio con las celdas recargables siempre es un riesgo porque, cuando algunas de ellas comienzan a estropearse ( y algunos de ellos DEFINITIVAMENTE saldrán mal) no se descargan/cargan correctamente. Pueden sobrecalentarse seriamente incluso con corrientes de descarga/carga normales. Acabo de recargar una celda recientemente con una tasa de carga lenta (.5A) que se sobrecalentó lo suficiente "a la mitad" del proceso de carga para activar un apagado del circuito térmico.
Sin protección, esa celda puede haber expulsado gas tóxico, posiblemente explotado y posiblemente también se haya incendiado. La mayoría de las veces no se encontrará con una situación de este tipo, pero cuando suceda, estará muy contento de tener un circuito de protección para lidiar con ella.

Pregunta clara :-)

¿Qué tan bajo quieres ir? Creo que el límite de 2,4 - 2,7 v es más para proteger contra descargas profundas que cualquier otra cosa. La descarga profunda es mala para las baterías de litio, ya que acorta su vida útil. De hecho, también agregaría una detección adicional de "batería vacía". Si ya tiene un microcontrolador con un ADC en su aplicación, puede usarlo para detectar el voltaje de la batería y advertir alrededor de 3,7 V y apagar por debajo de 3,5 V, por ejemplo. Entonces nunca se debe activar la protección de la batería lo cual es bueno.

En cuanto al NTC para el control de la temperatura: creo que solo es necesario si carga rápidamente la batería. Con eso me refiero a cargar con una gran corriente para que la batería pueda cargarse completamente desde cero en 1 a 2 horas. En caso de que la batería no pueda absorber la carga, se calentará rápidamente, desea detectar eso. Si solo carga lentamente (se tardan 5 horas o más entre estar vacía y completamente cargada), la batería aún podría calentarse, pero no tanto como para convertirse en un problema. Por lo tanto, no se necesita detección de temperatura.

Todas las baterías de Li+ con las que he trabajado solo deben iniciar un ciclo de carga entre 0C y +40C, y continuar el ciclo de carga entre 0C y +45C. Diría que esa es la razón principal del termistor (aunque la carga rápida definitivamente afectará la temperatura de la celda).
Estoy de acuerdo, aunque ese 0C a +40 C también podría cubrirse con un sensor en otro lugar, no es necesario que esté en la batería como lo haría para una carga rápida.
¡Gracias por tu respuesta! Pero, ¿no sería imposible controlar la conmutación de la batería con la CPU que se alimenta de la batería? Prefiero algún tipo de circuito de hardware, esto también funciona en los casos en que la CPU se detiene... Hm oke, por lo que puede usarse para múltiples usos. Pero detectar la temperatura ambiente solo es útil al inicio; de lo contrario, la carga de la batería afectaría la medición. Entonces tendría más sentido colocar el en un lugar diferente al de la batería.
Sí, correcto y es por eso que el interruptor de la batería debe ser controlado por un chip dedicado y generalmente está integrado en la batería (cuando es reemplazable por el usuario). No es tanto que necesite una lectura de temperatura precisa, sino que necesita una forma de detectar cuándo las cosas van mal.

La primera pregunta ya ha sido bien respondida. Para reiterar, la protección incorporada es una protección de emergencia para evitar que las cosas se estropeen. Estos son límites de emergencia que no debe alcanzar en condiciones normales de funcionamiento. Hacer funcionar la batería hasta estos límites reducirá su capacidad y vida útil.

La segunda pregunta no puedo ver una respuesta correcta. No es para configuraciones de varias celdas o solo para carga rápida. El sensor de temperatura está ahí porque cargar una batería de iones de litio por debajo de 0C o por encima de 40C reducirá significativamente su vida útil y capacidad. El sensor de temperatura permite que el cargador se corte si se alcanzan estos límites para evitar daños a la batería. 40C suena caliente, pero recuerde que el IC del cargador generará calor y, a menudo, está cerca de la batería.

  • Cuanto más alto sea el voltaje que cargue y más veces lo haga, más daño causará a la batería (reducción de la capacidad permanente y del ciclo de vida) y más bolsas hinchadas y celdas prismáticas (planas) incurren.
  • La descarga excesiva de la batería también provoca daños permanentes llamados "disolución" que comienzan a separar los materiales de los electrodos entre sí, lo que también provoca daños permanentes en el rendimiento de la batería.
  • Ambos pueden resultar en problemas de seguridad. Incluso cargar 0-3 mV por encima de los límites recomendados por los fabricantes puede tener un impacto significativo en la batería con el tiempo. Lo sé por experiencia.