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在锂离子电池提供安全性的NTC热敏电阻温度传感

时间:2019-09-24   来源:vr赛车电子  编辑:热敏电阻厂家  浏览:
 

 
NTC热敏电阻温度传感器是锂离子电池充电和安全性的关键组成部分。它们提供了在充电周期内将锂离子电池保持在最佳状态所需的关键温度数据。充电过程中对温度的精心管理可延长电池寿命,并避免锂离子电池固有的危害

锂离子电池为绿色能源供电
由于重量轻和能量密度高,锂离子电池仅用于消费类电子vr赛车。锂离子电池现在正在大功率应用中替代铅酸电池,例如储能系统(ESS),光伏太阳能(PV)和电动汽车(PEV)。与以前的电池vr赛车不同,锂离子电池在部分充电或放电后不会形成“记忆”,并且可以完全放电数百次而不会降低性能。这使得它们特别适合绿色能源应用。

给锂离子电池充电
该电池大学图表说明锂离子电池充电的四个不同的阶段。它显示了整个充电周期中的电流和电压关系

1. 预充电  电流保持恒定,同时允许电压上升到最大设定点。
 
2. 饱和  电压保持在最大设置点,随着时间的流逝,充电电流会减小。
 
3. 就绪  当充电电流降至电池额定输出电流的3%时,将关闭充电电压。
 
4. 充值充电  仅当电池长时间处于待机状态时,才需要此阶段。
 
电荷平衡虽然不是四个充电阶段之一,但对于安全高效地使用多节锂离子电池来说是必需的。也称为充电均衡,它可以确保在充电过程中每个电池与其他电池保持同步。

极限电压和电流
充电电流受到限制,并且在预充电阶段允许充电电压上升。最大充电电流主要由电池的安培小时额定值确定。随着充电的进行,取决于特定的锂离子电池化学性质,增加的电压被限制在每个电池单元4.1V和4.3V之间的预定设定点上。
较早的镍基电池每节电池要求的电压限制为4.1V,而钴,锰和铝电池类型不能超过每节电池4.2V的电压。最高容量的锂离子电池每个电池只能充电至4.3V。
在饱和阶段,电压保持在这些预充电最大设置点。充电电流首先缓慢减小,然后迅速减小。当充电电流降至电池安培小时额定值的3%时,充电终止并准备使用电池。
打顶费与trick流充电不同。锂离子电池在闲置时可以很好地保持充电,几乎没有内部放电,但是可能需要在延长的时间后“补足”。不推荐流充电。
为确保稳定性,在充电过程中会仔细控制电压和电流。其中,控制充电电压对于管理电池温度最为重要。



锂离子电池充电需要电压和电流限制


监控电池温度
电池温度过低会降低充电速度,而电池温度过高则会造成危险。保持正确的充电温度范围具有增加电池寿命预期的额外好处。
锂离子电池在充电所需的2-3个小时内温度通常会升高5°C(9°F)。该温度升高是正常现象,并且是由于在充电周期中发生化学反应所致。为避免危险,在充电过程中电池不得超过10°C(18°F)。
电池紧邻环境中的环境温度在充电周期中对电池温度有很大影响。充电的化学反应产生的热量会增加电池的初始温度。充电期间锂离子电池的最佳温度范围很窄,在10°C至30°C(41°F至86°F)之间。快速充电虽然可以接受,但要求电池温度不超过45°C(113°F)。在45°C(113°F)以上的温度下充电会降低电池性能。


过热危险
无论是由于过电流,过电压,高环境温度还是这些因素的任意组合所引起的过热,都可能导致热失控。这是一种危险情况,可能导致电池起火,甚至发生灾难性爆炸。为避免热失控,不能超过安全电池的最高温度。
 

锂离子电池充电需要仔细的温度控制以避免危险

必须小心遵守安全充电的温度上限。 电池爆炸阈值温度变化很大,具体取决于特定的锂离子电池化学性质:
130°C至150°C(266°F至302°F)–钴酸锂,主要用于消费类电子vr赛车
170°C至180°C(338°F至356°F)–锂镍锰钴氧化物,广泛用于车辆
250°C(482°FF)–锂离子锰氧化物,在电池供电的手动工具中很流行
为了避免潜在的灾难,必须在达到这些温度之前完全关闭电池充电电压。


锂离子充电控制器
已经开发出用于安全有效的锂离子电池充电的解决方案。精确控制充电电流,电压以及对电池温度的管理,要求锂离子电池充电器采用复杂的电子控制电路。这些控制器利用预定的设定点和算法动态调整充电电压。这样可以在整个充电周期内将电池温度保持在安全范围内。

这些模数控制器通常称为ADC,采用温度传感器,物理安装在锂离子电池上,可向控制器提供温度数据。使用此反馈,控制器可以补偿电池的高温或低温,过高的环境温度,并且如果电池达到临界高温,控制器将完全停止充电。


NTC热敏电阻温度传感器,监控锂离子电池的温度
 
在大功率应用中,充电控制器需要在锂离子电池上安装多个温度传感器。至少一个传感器监视电池的每个单元。NTC热敏电阻是向ADC提供温度反馈的首选传感器。充电控制器根据控制器的类型和电池中电池的数量单独或共同监视电池的温度。
NTC热敏电阻传感器直接与电池主体接触即可获得必要的温度读数。或者,将温度传感器安装在电池的电气端子上以获得电池温度。

温度传感器的选择
作为锂离子电池充电的重要组成部分,选择正确的电池温度传感器也至关重要。选择传感器时应考虑:
精度–关键温度测量所需的严格公差
可靠性–随时间推移保证的规格和稳定的特性
响应速度快–热时间常数低,可提供及时的控制器反馈
耐用性–优质的零件和精确的制造确保了稳定的使用寿命
 
 为锂离子电池选择NTC热敏电阻温度传感器可能需要其他注意事项:
在整个电池的预期工作温度范围内,公差不超过5%,以确保正确的测量
电池的环境和结构决定了传感器是嵌入式,触点安装还是需要外壳
适当的外壳可以提供简单而牢固的安装,有效的导热并防止物理损坏
传感器外壳和热敏电阻输出之间的高压隔离确保安全性和操作完整性


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