Nisshinbo разрабатывает высокоточные микросхемы для более безопасных литий-ионных аккумуляторов

В нашем все более цифровом мире литий-ионные аккумуляторы стали жизненной силой современной электроники, питая все: от смартфонов и ноутбуков до электромобилей и медицинских устройств. Однако эти энергоемкие источники питания требуют сложных механизмов защиты для обеспечения безопасности и долговечности.

Специализированные интегральные схемы служат первой линией защиты от потенциальных опасностей для аккумуляторов. Эти микросхемы защиты отслеживают ключевые параметры в режиме реального времени, предотвращая опасные состояния, которые могут поставить под угрозу как производительность устройства, так и безопасность пользователя.

Когда литий-ионные элементы превышают установленные пределы напряжения, могут произойти необратимые химические реакции. Микросхемы защиты непрерывно контролируют напряжение элементов, мгновенно прерывая зарядку при достижении пороговых значений. Передовые схемы обеспечивают точность обнаружения в пределах ±25 мВ, что позволяет оптимально заряжать аккумулятор, сохраняя при этом безопасность.

Глубокий разряд может необратимо повредить химический состав аккумулятора. Микросхемы защиты предотвращают это, отключая нагрузку, когда напряжение падает ниже безопасного уровня. Современные реализации отличаются сверхнизким током покоя (часто ниже 1 мкА), чтобы минимизировать потребление энергии в режиме ожидания.

Поскольку требования к мощности устройств растут в геометрической прогрессии, мониторинг тока стал все более сложным. Существуют два основных метода обнаружения: зондирование на основе полевых транзисторов для умеренных токов и зондирование на основе прецизионных резисторов для сильноточных приложений, превышающих 5 А.

Многие современные микросхемы защиты теперь включают температурную компенсацию, регулируя пороговые значения защиты в зависимости от условий окружающей среды. Это предотвращает ложные срабатывания при работе при экстремальных температурах, сохраняя при этом соответствующие запасы безопасности.

Развитие технологии защиты аккумуляторов сосредоточено на трех ключевых областях:

• Точность измерений: Современные аналоговые схемы на КМОП обеспечивают точность обнаружения напряжения в пределах ±20 мВ, что позволяет использовать более агрессивные профили зарядки без ущерба для безопасности.
• Энергоэффективность: Инновационные конструкции схем снижают рабочий ток до наноамперного уровня, что особенно важно для постоянно включенных устройств IoT.
• Плотность интеграции: Передовые технологии упаковки позволяют создавать комплексные решения защиты в корпусах размером менее 2 мм², что необходимо для приложений с ограниченным пространством, например, для носимых устройств.

Различные категории устройств требуют индивидуальных стратегий защиты:

• Потребительская электроника: Смартфоны и планшеты отдают приоритет компактному размеру и сверхнизкому энергопотреблению.
• Мощные инструменты: Промышленные применения требуют надежной обработки тока до 30 А с точным терморегулированием.
• Медицинские устройства: Надежность и безотказная работа имеют приоритет, часто требуя резервных схем защиты.
• Электрические транспортные средства: Многоэлементные аккумуляторные батареи требуют сложной балансировки элементов наряду с основными функциями защиты.

Новые тенденции включают:

• Интеграция микросхем защиты с системами управления батареями (BMS)
• Внедрение алгоритмов машинного обучения для прогнозирующей защиты
• Разработка самовосстанавливающихся архитектур схем
• Применение широкозонных полупроводников для высоковольтных приложений

Поскольку технология аккумуляторов продолжает развиваться, микросхемы защиты будут играть все более важную роль в обеспечении более безопасных и эффективных решений для хранения энергии во всех секторах электронной промышленности.