Opbygning af et beskyttet(Protected) batteri
De fleste batterier har indbygget noget beskyttelse, selvom det kun er en overtryksventil, men nogle typer batterier har brug for mere beskyttelse, det gælder specielt LiIon batterier (LiCoO2). I denne artikel har jeg lukket et AW 18650 batteri op, for at se hvordan den ekstra beskyttelse ser ud.



Batteriet er et 18650 batteri og navnet betyder at det skal være 18 mm i diameter og 65 mm langt, men det passer ikke helt med virkeligheden. Batteriet er 18.4 mm i diameter og 67.4 mm langt, årsagen til den ekstra størrelse, kan ses når jeg åbner batteriet.



Hullerne i plus polen på batteriet er udluftning fra overtryksventilen i batteriet, dette bruges på mange typer batterier. Skjult under plus polen er også en temperatur sikring (En såkaldt PTC modstand), men den kan ikke ses på mine billeder.
Denne beskyttelse er nok til at nogle fabrikanter kalder deres batteri beskyttet, men udtryk som "pcb protection" eller "IC protection" dækker over den fulde beskyttelse.



Læg mærke til indsnævringen på bagenden af batteriet og det ser også ud som der er noget på siden af batteriet. Begge ting er tegn på at batteriet har et kredsløb på bagenden og dette kredsløb er normalt den udvidede beskyttelse. For løse LiIon batterier (LiCoO2) er denne beskyttelse ret vigtig, I batteripakker bruges der normalt en fælles beskyttelses kredsløb for alle batterierne og ikke et på hvert element.



På ovenstående billeder har jeg fjernet beskyttelsesfolien rundt om batteriet, så kredsløbet på bagenden af batteriet kan ses, sammen med metalstrimlen på siden af batteriet.



Metalstrimlen er forbundet til plus polen på batteriet og den anden ende er forbundet til kredsløbet i bagenden af batteriet. Udluftingen fra overtryksventilen kan også tydeligt ses her, inklusiv et par ekstra huller.



Metalstrimlen er loddet til kredsløbet og en anden metalstrimmel går fra kredsløbet til bunden af batteriet (dvs. den interne minus pol). Den (eksterne) minus pol af batteriet er bagsiden af beskyttelseskredsløbet, ikke batteriets egen minus pol.



Her har jeg samlet alle delene fra batteriet, selve 18650 elementet in et metal hylster, beskyttelses kredsløbet som sidder på bagenden af elementet og diverse isolations skiver og afstandsstykker, sammen med beskyttelses folien som sættes uden om det hele.
En måling på batteriet, uden kredsløb, metalstrimmel, folie osv., giver nøjagtig 18 mm i diameter og 64.7 mm i længde, dvs. så passer batteriet med sin 18650 specifikation.



Her har jeg samlet nogle forskellige beskyttelses kredsløb sammen, bemærk at den sidste er til et mindre batteri (Jeg har zoomet tættere på den, da jeg fotograferede, derfor har billedet samme størrelse som de to andre).
Denne type kredsløbe beskytter normalt mod for stor afladning, for høj opladning og for højt strømtræk (Kortslutning).



Beskyttelseskredsløbet set bagfra, dette vil være den synlige minus pol på et beskyttet batteriet. Som det kan ses, har det ene kredsløb en metal plade, dette gør batteriets minus pol mere slidstærk.



Beskyttelses kredsløbet har to vigtige elementer, den blå cirkel viser kontrol ic'en og den røde cirkel viser kontakt ic'en som tænder og slukker for batteriet.

Nogel målinger på kredsløbet viser:
AW:
Strømforbrug: 4.5 uA, dvs. et 2000mAh batteri vil blive afladet på 50 år.
Afladningsbeskyttelsen vil afbryde ved 2.5 volt, og vil tilslutte igen, hvis batteriet kommer over 3 volt.
Overladningsbeskyttelse vil afbryde batteriet ved 4.26 volt og vil tilslutte igen, når batteriet fjernes fra laderen.
Kredsløbet har et spændingstab op 25mV ved en strøm på 1 A og 2.9 volt batterispænding.

Det andet store kredsløb:
Strømforbrug: 4.2 uA
Afladningsbeskyttelsen vil afbryde ved 2.5 volt, og vil først forbinde igen, når der tilsluttes ekstern spænding (dvs. en lader).
Overladningsbeskyttelse vil afbryde batteriet ved 4.26 volt og vil tilslutte igen, når batteriet fjernes fra laderen.
Kredsløbet har et spændingstab op 30mV ved en strøm på 1 A og 2.9 volt batterispænding.

Det lille kredsløb:
Strømforbrug: 3.9 uA
Afladningsbeskyttelsen vil afbryde ved 2.5 volt, og vil først forbinde igen, når der tilsluttes ekstern spænding (dvs. en lader).
Overladningsbeskyttelse vil afbryde batteriet ved 4.26 volt og vil tilslutte igen, når batteriet fjernes fra laderen.
Kredsløbet har et spændingstab op 60mV ved en strøm på 1 A og 2.9 volt batterispænding.


Ovenstående målinger gælder selvfølgelig kun for de kredsløb jeg har målt på, men giver en god ide om hvad der kan forventes fra LiIon beskyttelses kredsløb.

Notes

Comparison and test of 18650 batteries and similar sizes, both protected and unprotected
Comparison and test of 14500/16350 batteries and other small sizes, both protected and unprotected
Comparison and test of 26650 batteries and similar sizes, both protected and unprotected