Nisshinbo développe des circuits intégrés de haute précision pour des batteries lithium-ion plus sûres

Dans notre monde de plus en plus numérique, les batteries lithium-ion sont devenues la source de vie de l'électronique moderne, alimentant tout, des smartphones et ordinateurs portables aux véhicules électriques et aux dispositifs médicaux. Cependant, ces sources d'énergie à haute densité nécessitent des mécanismes de protection sophistiqués pour garantir la sécurité et la longévité.

Des circuits intégrés spécialisés servent de première ligne de défense contre les risques potentiels liés aux batteries. Ces circuits intégrés de protection surveillent les paramètres clés en temps réel, empêchant les conditions dangereuses qui pourraient compromettre à la fois les performances de l'appareil et la sécurité de l'utilisateur.

Lorsque les cellules lithium-ion dépassent leurs limites de tension conçues, des réactions chimiques irréversibles peuvent se produire. Les circuits intégrés de protection surveillent en permanence la tension des cellules, interrompant instantanément la charge lorsque les seuils sont atteints. Les circuits avancés atteignent une précision de détection de ±25 mV, permettant une charge optimale tout en maintenant la sécurité.

Une décharge profonde peut endommager de façon permanente la chimie de la batterie. Les circuits intégrés de protection empêchent cela en déconnectant les charges lorsque la tension descend en dessous des niveaux de sécurité. Les implémentations modernes présentent un courant de repos ultra-faible (souvent inférieur à 1μA) pour minimiser la consommation d'énergie en veille.

Avec les exigences de puissance des appareils qui augmentent de façon exponentielle, la surveillance du courant est devenue de plus en plus sophistiquée. Il existe deux principales méthodes de détection : la détection basée sur FET pour les courants modérés et la détection basée sur des résistances de précision pour les applications à courant élevé dépassant 5 A.

De nombreux circuits intégrés de protection avancés intègrent désormais une compensation de température, ajustant les seuils de protection en fonction des conditions environnementales. Cela empêche les déclencheurs intempestifs lors d'un fonctionnement à température extrême tout en maintenant des marges de sécurité appropriées.

L'évolution de la technologie de protection des batteries s'est concentrée sur trois domaines clés :

• Mesure de précision :Les circuits analogiques CMOS modernes atteignent une précision de détection de tension de ±20 mV, ce qui permet des profils de charge plus agressifs sans compromettre la sécurité.
• Efficacité énergétique :Des conceptions de circuits innovantes réduisent le courant de fonctionnement à des niveaux de nanoampères, ce qui est particulièrement crucial pour les appareils IoT toujours allumés.
• Densité d'intégration :Les technologies d'emballage avancées permettent des solutions de protection complètes dans des empreintes inférieures à 2 mm², ce qui est essentiel pour les applications portables à espace limité.

Différentes catégories d'appareils exigent des stratégies de protection sur mesure :

• Électronique grand public :Les smartphones et les tablettes privilégient la taille compacte et la très faible consommation d'énergie.
• Outils haute puissance :Les applications industrielles nécessitent une gestion robuste du courant jusqu'à 30 A avec une gestion thermique précise.
• Dispositifs médicaux :La fiabilité et le fonctionnement à sécurité intégrée sont prioritaires, ce qui nécessite souvent des circuits de protection redondants.
• Véhicules électriques :Les blocs-batteries multicellulaires exigent une équilibrage sophistiqué des cellules ainsi que des fonctions de protection de base.

Les tendances émergentes incluent :

• Intégration des circuits intégrés de protection avec les systèmes de gestion de batterie (BMS)
• Mise en œuvre d'algorithmes d'apprentissage automatique pour une protection prédictive
• Développement d'architectures de circuits auto-réparatrices
• Adoption de semi-conducteurs à large bande interdite pour les applications haute tension

Alors que la technologie des batteries continue d'évoluer, les circuits intégrés de protection joueront un rôle de plus en plus vital pour permettre des solutions de stockage d'énergie plus sûres et plus efficaces dans tous les secteurs de l'industrie électronique.