Sensor para evitar incendio de baterías de celulares

El SENSOR DE EXPANSIÓN DE BATERÍA , está diseñado para detectar y detener la carga o descarga de una batería de iones de litio o polímero de litio, evitando el calentamiento térmico. Evitando uno de los principales riesgos de incendio de baterías.

Las baterías de iones de litio y polímero de litio se usan hoy en día en celulares. Esta tecnología, que es una patente pendiente de flexpoint, protege al sistema y al usuario de este peligro al detectar la hinchazón de la batería deteniendo efectivamente que se llegue a una situación de riesgo.

​Las baterías se sobrecalientan, sobrecargan o simplemente fallan debido a la vejez. Cuando esto ocurre, es posible que las celdas internas de la batería emitan una mezcla de electrolitos inflamables, provocando que la batería se hinche. El sensor Flexpoint sensa el efecto de la batería hinchada, ya que las baterías están diseñadas para contener a prueba de fallas la medida de la emisión de gases. El sensor de hinchamiento detecta la condición, apagando efectivamente el cortocircuito. Sin este tipo de detección, algunas baterías pueden alcanzar temperaturas superiores a 550º C.

A medida que el público depende cada vez más de dispositivos portátiles con baterías recargables,

Flexpoint cree que esta solución confiable de bajo costo que puede manejar incluso los entornos más hostiles, salvará vidas y evitará lesiones.

Pruebas del sensor de expansión de batería

Configuración del testeo.

Las variables a monitorear o controlar son las siguientes:

  • Seguir la expansión de la batería durante los ciclos normales de carga y descarga o utilizar un medidor de altura Heidenhain
  • Controlar el estado de carga de la batería.
  • Rastrear el Bend Sensor® mientras está conectado a la batería
  • Usar un segundo Bend Sensor® en una posición fija para rastrear los cambios de humedad
  • Cargar la batería, luego conéctarla a una carga y descargar la batería

Para rastrear la expansión de la batería, se utiliza una unidad Heidenhain con una salida de 10-6 pulgadas. La batería se montará sobre una base de aluminio de .50 «de espesor. El Heidenhain está referenciado a cero. La batería se adhiere a la placa usando un adhesivo sensible y colocado debajo de la sonda cerca del sensor. La salida representa la altura total y los cambios en la altura total de la batería. La batería utilizada en las pruebas es una 1200mAh 3.7V con PCM de PKCELL p / n 503562.

Para controlar el estado de la batería, los cables positivo y negativo se conectan directamente a la unidad de adquisición de datos.

El Bend Sensor®, se conecta a la batería con un adhesivo de cianoacrilato. El sensor es un sensor personalizado de 6.5 mm x 48 mm con un área activa de 26 mm x 1.2 mm impreso en película HN 200 Kapton.

El grosor del sustrato es de 0.002 ”[0.05 mm]. La resistencia base del sensor es de aproximadamente 16.5K ohmios y está emparejado con una resistencia fija de 10K ohmios formando un divisor de voltaje. Se testea el voltaje para medir el sensor. La potencia suministrada al circuito es de 5 Vcc. Los cables de adquisición de datos están conectados en los puntos «B» y «C».

El seguimiento de la humedad también se logra mediante un Bend Sensor®. Este sensor está adherido a una placa de aluminio con un cianoacrilato. El sensor está fijo en su posición y no puede moverse. Todos los cambios en la resistencia se deben a las condiciones ambientales y no al movimiento. En una posición fija, la resistencia en el sensor cambia en respuesta a los cambios en la humedad. La resistencia base es de 10K ohmios y está conectado en un divisor de tensión similar al sensor de la batería con una resistencia fija de 10K.

La carga de la batería se controla mediante un temporizador mecánico configurado para una carga de 4 horas a 4,2 V CC y 0.24 amperios según lo recomendado por el fabricante. El temporizador controla un relé que conmutará la conexión entre el circuito de carga y el circuito de descarga. Conectándose una carga a la batería que descargará la batería en aproximadamente 4 horas. Repitiéndose los ciclos.

Resultados después de aproximadamente 40 horas. La humedad ha variado entre 25% HR y 75% HR.

El cuadro sombreado representa una desconexión en el dispositivo de adquisición de datos y su reinicio posterior

El gráfico anterior representa la relación entre los ciclos de carga y la altura (espesor) de la batería. Como se muestra, la batería se hincha a medida que se carga y se reduce con la descarga.

Este gráfico ilustra la relación del sensor base con los cambios en la humedad.

Se permitieron cambios aleatorios en la parte inicial de la prueba. Luego se forzó la humedad a 75% de HR. Como se señala en la leyenda, la línea gris es la referencia de humedad Bend Sensor®. Está, como se mencionó, fijado a la placa base de aluminio. Sus cambios se basan únicamente en el medio ambiente y no en el movimiento del sensor. La línea naranja proporciona las lecturas sin formato de la combinación del movimiento de la batería y los efectos de la humedad. La línea amarilla son los valores compensados ​​para la expansión de la batería.

El gráfico final, muestra la correlación entre el Bend Sensor® y la altura de la batería. Anteriormente ya se ha mostrado la relación de la altura con el estado de carga de la batería.

La relación que se muestra aquí confirma que el sensor rastrea los cambios de altura o expansión de la batería.

Conclusiones

Las pruebas confirman que el Bend Sensor® puede monitorear fácil y consistentemente los cambios en la batería debido a la expansión de la envoltura. Hay una compensación por los cambios en el sensor, debido a otros factores, principalmente humedad.


Fuentes:

Esta nota fue publicada gracias a la autorización de  Flexpoint Sensor Systems

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