リチウム電池過充電の危険性と対策
リチウム電池の安全かつ効果的な使用は、多くの用途において不可欠です。過充電されたリチウム電池に関連する危険性は、次のような重大なものになる可能性があります。 火, 爆発、および有害物質の放出。このようなリスクを防ぐには、リチウム バッテリーの過充電につながる条件を理解し、その発生を防ぐための対策を講じることが重要です。この記事では、過充電されたバッテリーに関連する潜在的な危険性と、これらのリスクを軽減するための戦略について説明します。
リチウムイオン (Li-ion) セルは、他のタイプの充電式セルの化学的性質に比べてエネルギー密度が高く、比較的軽量であることから、広く使用されています。ただし、適切に管理しないと、過度の充電電流や電圧にさらされると危険なほど不安定になる可能性があります。過充電は熱暴走と呼ばれる回復不能な損傷を引き起こす可能性があり、過熱して有毒な煙を放出したり、火災や爆発の危険さえも引き起こします。さらに、放出されたガスは、近くで作業する人が吸入すると健康被害をもたらします。そのため、これらの危険から保護するために適切な安全プロトコルを整備することが重要です。
リチウム電池の過充電とは何ですか?
いつ リチウム電池 充電中に充電電圧が設定電圧を超えます。例えば、バッテリーの定格電圧は3.7Vで、満充電電圧は4.2±0.05Vです。つまり、最大電圧は4.25Vで、4.25Vを超えると過充電と呼ばれます。
リチウム電池 過充電は時限爆弾のようなもので、爆発すれば壊滅的な被害を引き起こす可能性があります。過充電は、過度の充電が加えられたときに発生します。 リチウム電池その結果、エネルギーが過剰に蓄積され、内部のセルが急速に加熱し、発火する可能性もあります。この危険性は、このようなバッテリーを使用または取り扱う人、また日常的にバッテリーを扱う人にとって重大なリスクとなります。
リチウム電池が過充電されるとどうなりますか?
とき リチウム電池 過充電すると、バッテリーのセルに永久的な損傷を与える可能性があります。このタイプの損傷はいかなる手段によっても回復できず、デバイスが使用不能になったり、危険になったりする可能性があります。
過充電に伴う危険性 リチウム電池 含む：
- セル電圧の低下による容量の減少。
- 温度が上昇して熱暴走を引き起こし、火災の危険につながる可能性があります。
- 電解質の性能が低下し、腐食が発生します。
- 充電サイクル数が少なくなり、サイクル寿命が短くなります。
リチウム電池が過充電されているかどうかを判断するには？
判断する リチウム電池 過剰請求されているかどうかを確認するには、次の手順に従います。
- バッテリーの外部温度を手で確認し、異常に熱くなっているかどうかを確認してください。
- 過充電状態に関連する煙、火花、臭い、その他の物理的兆候がないか確認してください。 リチウム電池.
- この特定のタイプの充電状態で予想される電圧を超える異常な高電圧がないか、マルチメーターで電圧測定値を監視します。 リチウム電池 細胞。
- 可能であれば、デジタル電流計で電流消費量も監視し、このようなアプリケーションで使用されているリチウム電池セルの過充電状態によって引き起こされる過度の加熱により、デバイス自体内で発生する可能性のある短絡を判断します。
これら4つの状態のいずれかが見られた場合は、直ちに電源を切断し、さらなる損傷を防ぐとともに、そもそも何がそのような事態を引き起こしたのかを突き止める必要があります。リチウム電池のような電気化学エネルギー貯蔵装置が関係する危険な状況に対処する場合、誤った取り扱いや不適切な取り扱いによって深刻な被害を引き起こす可能性があるので、予防は常に治療よりも優れていることを覚えておくことが重要です。 維持された 電子システムアプリケーション設定におけるライフサイクル使用中。
過充電バッテリーの検出方法
リチウム電池の過充電について議論する場合、最も重要な考慮事項の1つは、過充電された電池をどのように検出するかです。これはリチウム電池の管理において重要な要素です。過充電が検出されない場合、過充電は熱暴走や壊滅的な事故を引き起こす可能性があるためです。 失敗検出を支援するために、安全の専門家や技術者が利用できるさまざまなテスト方法があります。 リチウム電池.
検出するための最初のステップ 過充電バッテリー 充電状態（SOC）を調べることです。SOCテストは、セルまたはモジュールに残っている充電量を測定し、現在の健全性レベルに関する情報を提供します。SOCが許容範囲外の場合は、過度の充電電流や電圧などの潜在的な原因を特定するためにさらに調査する必要があります。さらに、膨張、腐食、変色、または 漏れ も実施されるべきである。
過充電されたバッテリーを検出するもう 1 つの方法は、さまざまな周波数にわたって電気抵抗を測定する電気化学インピーダンス分光分析装置 (EIS) などの特殊な機器を使用してインピーダンスを測定することです。 このテストの結果から、セルとモジュール内の内部抵抗、および経年変化や使用パターンによる容量損失についての洞察が得られます。これらのテストで収集されたデータは、バッテリーが高温にさらされたか、または極端なレベルの放電/過充電サイクルにさらされたかどうかを示し、システムの制御アルゴリズムに根本的な問題があることを示唆する可能性があります。
リチウム電池の過充電の一般的な原因は何ですか?
（１）バッテリー保護システムなし
リチウム電池の過充電はさまざまな要因によって発生しますが、最も一般的な原因は適切な電池保護システムの欠如です。このようなシステムがない場合、充電電流と電圧が許容レベルを超え、セルの損傷や火災の危険につながる可能性があります。さらに、リチウム電池が充電中に高温にさらされると、熱暴走が発生しやすくなります。そのため、アプリケーションで使用されるすべてのリチウムイオンセルに適切な保護機能が搭載されていることが不可欠です。
これらの保護機能には、充電サイクル中に潜在的に危険な熱の蓄積を監視する温度センサーや、最大許容レベルを超えないようにする電圧および電流モニターが含まれます。さらに、最新の安全対策には、外部条件や特定の使用シナリオに基づいて充電パラメータを積極的に調整する高度なアルゴリズムが組み込まれていることがよくあります。 これにより、予期しない状況が発生した場合でも、危険な過充電状況が発生するのを防ぐことができます。これらの対策が正しく実装されていることを確認することで、ユーザーは、アプリケーションが過充電率に関連する潜在的なリスクから安全であることを確信できます。
（２）バッテリー保護システムの不適切な設置
最も一般的な原因の1つは リチウム バッテリーの過充電は、バッテリー保護システムの不適切な設置です。これは、適切な基礎なしに橋を建設するのと似ています。充電と放電の環境が不安定になり、深刻な損傷や壊滅的な故障につながる可能性があります。
インストール中にエラーが発生すると、危険なレベルの過充電につながる可能性がある主な領域が 3 つあります。
- セル間の絶縁が不十分
- ボード上の電圧しきい値設定が不十分
- 回路パラメータを適切にテストまたは調整できなかった。
これらの間違いにはすべて共通点があります。それは、システムに流れる電流が多すぎる状況を作り出し、熱暴走や火災や爆発などの潜在的に危険な状態につながることです。バッテリー保護システムを設置する際の安全性を確保するため、メーカーは、コンポーネントの選択から、大規模なシステムで一緒に使用する前に正しい動作を確認するまで、プロセスの各ステップに細心の注意を払う必要があります。 さらに、すべてが正しく機能し、必要な変更が迅速かつ効率的に実装されていることを確認するために、定期的なテストを行う必要があります。これらの予防策を講じることで、 リチウム電池メーカー エンドユーザーに優れたパフォーマンスと信頼性を提供しながら、リスクを大幅に軽減できます。
（３）バッテリー保護システムの故障
バッテリー保護の故障 過充電を防止するシステムはリチウムの一般的な原因である バッテリーの過充電。これは、保護システムがバッテリーに流れ込む充電電流を適切に検出、調整、または制御しない場合に発生します。さらに、電圧レベルが安全な動作の推奨制限を超えると、過剰なエネルギーが流入してセルを損傷し、悲惨な結果につながる可能性があります。
このようなリスクを軽減する最も効果的な方法は、設計プロセス全体にわたって多層の冗長安全対策を採用することです。使用前に堅牢にテストされた高品質のコンポーネントを使用して設計することは、信頼性の高いパフォーマンスを提供するために不可欠です。さらに、インテリジェントな安全監視システムを使用すると、各セルの正確なステータス情報を維持するのに役立ちます。 温度 充電サイクル中の電圧と電流を監視します。異常が検出された場合は、直ちに適切な是正措置を講じる必要があります。
リチウム電池BMSは過充電を防止できる
最近の調査によると、2018年には保護対策が不十分だったために過充電されたリチウム電池が推定130万個あった。これは、 バッテリー管理システム (BMS) この危険から保護するためです。BMS は、各セルの温度や電流フローなどの充電パラメータを監視および制御するように設計されており、安全な動作を確保し、過充電を防止します。
BMS を利用する主な利点は 3 つあります。
- バッテリー寿命を延ばす - セル電圧を監視し、電圧が低すぎたり高すぎたりする場合に警告を発します。
- 安全機能 - 短絡保護などの機能により、設置時の不適切な配線やセルの取り扱いミスによる事故を防止します。
- コスト削減 - 実現できるのは、 BMS が防ぐ バッテリーパックの過充電または充電不足により高額な修理が発生する可能性があります。
BMS を選択する際には、コスト、電力定格、サイズ、チャネル数、他のデバイスとの通信プロトコルの互換性、サーマル カットオフや逆極性保護などの追加の安全機能などの要素を考慮することが重要です。これらを考慮してアプリケーションに適したシステムを選択することで、リチウム バッテリーの過充電の危険に関連する潜在的なリスクを回避しながら、信頼性の高いパフォーマンスを確保できます。
過剰請求を防ぐ5つの対策
- 保護電圧は、過充電時のピーク電圧よりも低くなるように BMS に設定されています。
- 材料改質（材料コーティングなど）により、電池の過充電耐性を向上させます。
- 酸化還元ペアなどの過充電防止添加剤を電解質に追加します。
- 電圧感知膜を使用すると、バッテリーが過充電されると、膜抵抗が大幅に減少し、シャントとして機能します。
- 角型アルミニウム シェル バッテリーでの OSD および CID 設計の使用は、現在一般的な過充電防止設計ですが、ソフト パック バッテリーは同様の設計を実現できません。
過充電されたリチウム電池は修理できますか?
一般的に言えば、過剰請求された リチウム電池は修理できないただし、用途や損傷部位によって異なります。 リチウム電池.
単電池の場合
正極材料だけの観点から見ると、オーバーシュートは材料構造の変化を引き起こし、この変化は不可逆的であるため、過充電された リチウム電池 修復できません。損傷の程度としては、過充電がひどい場合は爆発する可能性があり、軽度の過充電では熱暴走は起こりませんが、容量低下を引き起こします。
バッテリーパックの場合
破損箇所に応じた修理が可能です。
一部の細胞が損傷しています： マルチメーターを使用して障害のあるセルを測定し、同じモデルと仕様のセルと交換して、すべてのセルが正常な状態で一貫していることを確認します (電圧、容量、内部抵抗、およびその他のエラーが妥当な範囲内にあることを確認します)。
の BMS ダメージ: 電流に対する BMS の応答をテストし、BMS に障害があるかどうかを確認します。そうでない場合は、BMS がバッテリ パックを正常に検出して管理できるように、BMS 全体を交換する必要があります。
深放電とは何ですか?
深放電とは、蓄えられたすべての電気を排出するプロセスを表す用語です。 リチウム電池からのエネルギーこのタイプの放電は、バッテリーのセルに極度のストレスを与え、永久的な損傷を引き起こす可能性があるため、危険です。また、内部温度が大幅に上昇し、放置すると熱暴走や火災につながる可能性があります。
このような過充電を防ぐには、リチウム バッテリーをメーカー指定の最小電圧レベル (「カットオフ ポイント」と呼ばれる) 以下に放電してはいけません。バッテリー管理システム (BMS) は、放電電流を制限し、この重要なしきい値に近づくとユーザーに警告するさまざまな安全対策が組み込まれています。さらに、経験豊富な技術者がセル電圧を定期的に監視することは、高出力システムの安全な動作を保証するために不可欠です。
リチウム電池を正しく充電するには？
1. 適切な周囲温度
維持 リチウム 外部温度はバッテリーの性能に大きな影響を与える可能性があるため、バッテリーを適切な温度に保つことが最も重要です。
リチウム電池が長時間高温にさらされると、電池の容量と充電品質が低下します。
寒い環境では、 リチウム電池はエネルギーを必要とする 内部温度を調節するため、貴重な電力を消費し、充電間隔に悪影響を及ぼします。
最適な操作のために、 リチウム電池は充電する必要がある周囲温度5°C～45°Cの範囲内で放電および動作します。
2. バッテリーを正しく保管する
人生は運動にあります。リチウムイオン電池の効率を最大化するには、頻繁に使用してリチウムイオン電池内の電子を流動状態に保つ必要があります。
リチウム電池を頻繁に使用しない場合は、 バッテリーを正しく保管する.保管する前に、バッテリーの電力が 30%-70% に保たれていることを確認し、涼しく乾燥した換気の良い環境で、3 ～ 6 か月ごとに充放電サイクルを実行してください。
3. 適切な充電器
充電器は、電圧をリチウム電池の電圧に、電流をアンペア時間に合わせる必要があります。 リチウム電池の容量また、充電器には過充電や故障を防ぐ充電保護機能が付いています。
適切な リチウム電池充電器は充電するためのものです 最初は一定の電流で充電し、バッテリー電圧が4.2Vまで上昇すると電圧は上昇しなくなり、充電器が電流を検出し、電流が一定値未満になると充電が終了します。
4.完全な充電と放電を避ける
維持 リチウム電池は適切に充電・放電することで電池寿命を延ばすことができます。多くの人が リチウム電池 メモリ効果がなくなり、バッテリー電力を10%〜90%に維持すると、バッテリーの保護に役立ちます。
いつ バッテリーの充電 携帯電話やノートパソコンなどのデジタル製品の場合、最大値に到達する必要はありません。
5.急速充電を避ける
バッテリーの充電速度を上げるために、メーカーはアンペア数を増やすか、電圧を変更して位置エネルギーを増やします。これがリチウム電池に負担をかけ、損傷の潜在的な触媒となります。
したがって、バッテリの長期使用から、急速充電は通常の充電よりもバッテリの寿命に影響を与えます。
要約する
リチウム電池の過充電は深刻な問題であり、電池に永久的な損傷を引き起こし、容量の損失や高インピーダンスにつながります。これらの問題を回避するには、ユーザーが次のことを理解することが重要です。 リチウム電池を正しく充電する.
適切な充電手順の一例として、バッテリー管理システム（BMS）の使用が挙げられます。BMSは充電サイクルを監視し、必要に応じて電源を遮断することで過充電を防止します。また、バッテリーの最適なパフォーマンスを維持するために、定期的な深放電が推奨されます。 リチウム バッテリー。深放電サイクルは 50 ～ 80% の深度を超えてはならず、0% に達してはなりません。深放電サイクルは、セルの反転やその他の不可逆的な損傷につながる可能性があります。
全体的に、リチウム電池の過充電に伴う危険性を理解し、正しい充電技術を学ぶことで、安全性を確保しながら、電池寿命を最大限に延ばすことができます。 リチウム電池のライフサイクルBMSの使用や定期的なディープ放電などのベストプラクティスに従うことで、不必要なリスクから身を守りながら、 リチウム電池 これから先も健康でいられますように。
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