バッテリーの安全性の確保: リチウムイオン電池設計の重要な役割
バッテリーセルはバッテリーの中核コンポーネントであり、その安全性能は最も重要です。 バッテリーセルの安全性能には主に過充電保護、過放電保護、過電流保護が含まれます。
バッテリーセルに過充電保護機能がない場合、充電中にバッテリーが過熱したり、爆発したりする可能性があります。 同様に、バッテリーセルに過放電保護機能が備わっていない場合、放電中にバッテリーが過熱して損傷する可能性があります。 過電流保護は、バッテリーセルが外部干渉を受けたときに過剰な電流によって引き起こされる危険を効果的に防止できます。
さらに、バッテリーセルの断面図も安全性能の重要な側面です。 高品質のバッテリーセルの内部材料は、気泡や空隙がなく、きちんと緻密に配置されている必要があります。 このようなバッテリーセルは、外力による衝撃を受けたときの圧力に耐えることができるため、損傷の可能性が低くなります。 同時に、より高いエネルギー密度とより長い耐用年数も実現できます。
過充電はバッテリー火災の主な原因です。 バッテリーセルが過充電されると、セル内の電解質が分解し、可燃性ガスが発生する可能性があります。 これらのガスは発火し、火災を引き起こす可能性があります。 これを防ぐには過充電保護が不可欠です。
過充電保護はさまざまな方法で実装できます。 一般的な方法の 1 つは、電圧リミッターを使用することです。 電圧リミッターは、バッテリーセルに印加できる電圧を制限する装置です。 電圧が特定のしきい値に達すると、電圧リミッターがバッテリーを充電器から切り離します。
過充電保護のもう 1 つの一般的な方法は、温度センサーを使用することです。 温度センサーはバッテリーセルの温度を監視します。 温度が特定のしきい値に達すると、温度センサーがバッテリーを充電器から切り離します。
過放電もバッテリー火災の主な原因です。 バッテリーセルが過放電すると、セル内の電圧が特定のしきい値を下回る可能性があります。 これにより、バッテリーセルが損傷し、不安定になる可能性があります。 これを防ぐためには過放電保護が不可欠です。
過放電保護はさまざまな方法で実装できます。 一般的な方法の 1 つは、電圧リミッターを使用することです。 電圧リミッターは、バッテリーセルから引き出せる電圧を制限するデバイスです。 電圧が特定のしきい値に達すると、電圧リミッターがバッテリーを負荷から切り離します。
過放電保護のもう 1 つの一般的な方法は、温度センサーを使用することです。 温度センサーはバッテリーセルの温度を監視します。 温度が特定のしきい値に達すると、温度センサーがバッテリーを負荷から切り離します。
過電流はバッテリー火災を引き起こす可能性もあります。 バッテリーセルに過剰な電流が流れると、電流によって発生する熱によりバッテリーセルが過熱する可能性があります。 これを防ぐには過電流保護が不可欠です。
過電流保護はさまざまな方法で実装できます。 一般的な方法の 1 つはヒューズを使用することです。 ヒューズは、過大な電流が流れると溶断する装置です。 これにより、バッテリーが負荷から切り離され、バッテリーセルの過熱が防止されます。
過電流保護のもう 1 つの一般的な方法は、回路ブレーカーを使用することです。 サーキットブレーカーは、過剰な電流が流れたときに回路を開く装置です。 これにより、バッテリーが負荷から切り離され、バッテリーセルの過熱が防止されます。
バッテリーセルの断面図からも、その安全性能についての洞察が得られます。 高品質のバッテリーセルは、内部の材料がきちんと緻密に配置されています。 これにより、バッテリーセルが外力衝撃を受けた場合に不安定になるのを防ぐことができます。
高品質のバッテリーセルには、内部材料に気泡や空隙がありません。 気泡や空隙は電流の流れの経路となり、過電流や過熱のリスクが高まる可能性があります。
バッテリーセルの安全性は真剣に受け止めるべき重要な問題です。 適切な過充電保護、過放電保護、過電流保護を実装することで、電池メーカーは電池火災を防止し、製品の安全性を確保できます。
上で説明した 3 つの主要な安全機能に加えて、安全性能を向上させるために他の機能を備えたバッテリー セルを設計することもできます。 たとえば、一部のバッテリーセルは熱管理システムを内蔵して設計されています。 このシステムはバッテリーセルからの熱を放散するのに役立ち、過熱の防止に役立ちます。
他のバッテリーセルは難燃性コーティングで設計されています。 このコーティングは、バッテリー火災の際の延焼を防ぐのに役立ちます。
これらの追加の安全機能を組み込むことで、バッテリー メーカーは自社製品の安全性能をさらに向上させることができます。
