У цяперашні час большасць няшчасных выпадкаў, звязаных з бяспекай літый-іённых акумулятараў, адбываюцца з-за збою ахоўнай схемы, што выклікае цеплавы ўцёкі батарэі і прыводзіць да пажару і выбуху. Такім чынам, для забеспячэння бяспечнага выкарыстання літыевай батарэі канструкцыя ахоўнай схемы асабліва важная, і трэба ўлічваць усе віды фактараў, якія выклікаюць адмову літыевай батарэі. У дадатак да вытворчага працэсу збоі ў асноўным выкліканы зменамі знешніх экстрэмальных умоў, такіх як празмерны зарад, празмерны разрад і высокая тэмпература. Калі гэтыя параметры кантралявацца ў рэжыме рэальнага часу і пры іх змене будуць прыняты адпаведныя ахоўныя меры, можна пазбегнуць з'яўлення цеплавых уцёкаў. Дызайн бяспекі літыевай батарэі ўключае ў сябе некалькі аспектаў: ​​выбар элементаў, канструктыўны дызайн і дызайн функцыянальнай бяспекі BMS.

Вылучэнне вочак

Ёсць шмат фактараў, якія ўплываюць на бяспеку клетак, асновай якіх з'яўляецца выбар матэрыялу клеткі. Дзякуючы розным хімічным уласцівасцям, бяспека адрозніваецца ў розных матэрыялах катода літыевай батарэі. Напрыклад, фасфат літый-жалеза мае форму алівіна, які з'яўляецца адносна стабільным і няпроста разбурыцца. Кобальтат літыя і трохкомпонентны літый, аднак, маюць слаістую структуру, якую лёгка згарнуць. Выбар сепаратара таксама вельмі важны, так як ад яго працы напрамую залежыць бяспека клеткі. Такім чынам, пры выбары клеткі павінны ўлічвацца не толькі справаздачы аб выяўленні, але і працэс вытворчасці вытворцы, матэрыялы і іх параметры.

Праектаванне структуры

Канструкцыя батарэі ў асноўным улічвае патрабаванні да ізаляцыі і цеплаадводу.

• Патрабаванні да ізаляцыі звычайна ўключаюць наступныя аспекты: Ізаляцыя паміж станоўчым і адмоўным электродам; Ізаляцыя паміж клеткай і корпусам; Ізаляцыя паміж выступамі слупоў і корпусам; Электрычны інтэрвал друкаванай платы і шлях уцечкі, канструкцыя ўнутранай праводкі, канструкцыя зазямлення і г.д.
• Аддача цяпла ў асноўным прыпадае на некаторыя вялікія акумулятары энергіі або цягавыя батарэі. З-за высокай энергіі гэтых батарэй цяпло, якое выдзяляецца пры зарадцы і разрадцы, велізарнае. Калі цяпло не можа быць рассеяна своечасова, цяпло будзе назапашвацца і прыводзіць да няшчасных выпадкаў. Такім чынам, трэба ўлічваць выбар і канструкцыю матэрыялаў корпуса (ён павінен мець пэўную механічную трываласць, а таксама патрабаванні да пыла- і воданепранікальнасці), выбар сістэмы астуджэння і іншай унутранай цеплаізаляцыі, рассейвання цяпла і сістэмы пажаратушэння.

Выбар і прымяненне сістэмы астуджэння акумулятара можна знайсці ў папярэднім выпуску.

Канструкцыя функцыянальнай бяспекі

Фізічныя і хімічныя ўласцівасці вызначаюць, што матэрыял не можа абмежаваць напружанне зарадкі і разрадкі. Калі напружанне зарадкі і разрадкі перавышае намінальны дыяпазон, гэта прывядзе да незваротнага пашкоджання літыевай батарэі. Такім чынам, неабходна дадаць схему абароны для падтрымання напружання і току ўнутранай ячэйкі ў нармальным стане, калі літыевая батарэя працуе. Для BMS акумулятараў патрабуюцца наступныя функцыі:

• Абарона ад перанапружання пры зарадцы: перазарадка з'яўляецца адной з асноўных прычын цеплавога ўцёкаў. Пасля перазарадкі матэрыял катода разбурыцца з-за празмернага выдзялення іёнаў літыя, а на адмоўным электродзе таксама будзе адбывацца асадак літыя, што прывядзе да зніжэння тэрмічнай стабільнасці і павелічэння пабочных рэакцый, якія маюць патэнцыйную рызыку цеплавога ўцёку. Такім чынам, асабліва важна своечасова адключаць ток пасля таго, як зарадка дасягне верхняй мяжы напружання элемента. Гэта патрабуе, каб BMS меў функцыю абароны ад перанапружання зарадкі, каб напружанне элемента заўсёды падтрымлівалася ў працоўных межах. Было б лепш, каб ахоўнае напружанне не было значэннем дыяпазону і моцна вар'іравалася, бо гэта можа прывесці да таго, што акумулятар не зможа своечасова адключыць ток, калі ён цалкам зараджаны, што прывядзе да перазарадкі. Напружанне абароны BMS звычайна распрацоўваецца такім жа або крыху ніжэйшым за верхняе напружанне элемента.
• Абарона ад перагрузкі па току: зарадка акумулятара токам, які перавышае ліміт зарада або разраду, можа прывесці да назапашвання цяпла. Калі цяпло назапашваецца дастаткова, каб расплавіць дыяфрагму, гэта можа выклікаць унутранае кароткае замыканне. Таму своечасовая абарона ад перагрузкі па току таксама важная. Мы павінны звярнуць увагу, што абарона ад перагрузкі па току не можа быць вышэй, чым допуск току ячэйкі ў канструкцыі.
• Абарона ад разраду паніжанага напружання: занадта вялікае або занадта малое напружанне пашкодзіць прадукцыйнасць батарэі. Пастаянны разрад пад напругай прывядзе да выпадзення медзі ў асадак і калапсу адмоўнага электрода, таму звычайна батарэя будзе мець функцыю абароны ад разраду пад напругай.
• Абарона ад перавышэння току разраду: большая частка друкаванай платы зараджаецца і разраджаецца праз адзін і той жа інтэрфейс, у гэтым выпадку ток абароны ад зарада і разраду супадае. Але некаторыя акумулятары, асабліва акумулятары для электрычных інструментаў, акумулятары з хуткай зарадкай і іншыя тыпы акумулятараў павінны выкарыстоўваць вялікі ток разраду або зарадкі, ток у гэты час непаслядоўны, таму лепш зараджаць і разраджаць у двухконтурным кіраванні.
• Абарона ад кароткага замыкання: кароткае замыканне батарэі таксама з'яўляецца адной з найбольш распаўсюджаных няспраўнасцяў. Некаторыя сутыкненні, няправільнае выкарыстанне, сцісканне, уколы, трапленне вады і г.д. лёгка могуць выклікаць кароткае замыканне. Кароткае замыканне неадкладна выкліча вялікі разрадны ток, што прывядзе да рэзкага павышэння тэмпературы батарэі. У той жа час пасля вонкавага кароткага замыкання ў клетцы звычайна адбываецца серыя электрахімічных рэакцый, што прыводзіць да серыі экзатэрмічных рэакцый. Абарона ад кароткага замыкання таксама з'яўляецца свайго роду абаронай ад перагрузкі па току. Але ток кароткага замыкання будзе бясконцым, а цяпло і шкоду таксама бясконцыя, таму абарона павінна быць вельмі адчувальнай і можа спрацоўваць аўтаматычна. Агульныя меры абароны ад кароткага замыкання ўключаюць у сябе кантактары, засцерагальнікі, Mos і г.д.
• Абарона ад перагрэву: батарэя адчувальная да тэмпературы навакольнага асяроддзя. Занадта высокая або занадта нізкая тэмпература паўплывае на яго працу. Такім чынам, важна падтрымліваць працу батарэі ў межах лімітавай тэмпературы. BMS павінна мець функцыю тэмпературнай абароны, каб спыніць акумулятар, калі тэмпература занадта высокая або занадта нізкая. Яе нават можна падзяліць на абарону тэмпературы зарадкі і абарону тэмпературы разрадкі і г.д.
• Функцыя балансавання: для ноўтбукаў і іншых шматсерыйных батарэй існуе неадпаведнасць паміж элементамі з-за адрозненняў у працэсе вытворчасці. Напрыклад, унутранае супраціўленне некаторых клетак больш, чым іншых. Гэта неадпаведнасць будзе паступова пагаршацца пад уздзеяннем знешняга асяроддзя. Такім чынам, для рэалізацыі балансу клеткі неабходна мець функцыю кіравання балансам. Звычайна існуе два выгляду раўнавагі:

1.Пасіўная балансіроўка: выкарыстоўвайце апаратныя сродкі, такія як кампаратар напружання, а затым выкарыстоўвайце супраціў цеплавыдзялення, каб вызваліць залішнюю магутнасць батарэі вялікай ёмістасці. Але спажыванне энергіі вялікае, хуткасць выраўноўвання нізкая, а эфектыўнасць нізкая.

2.Актыўная балансіроўка: выкарыстоўвайце кандэнсатары для захоўвання энергіі элементаў з больш высокім напружаннем і перадачы яе ў клетку з больш нізкім напружаннем. Аднак, калі розніца ціску паміж суседнімі ячэйкамі невялікая, час выраўноўвання вялікі, і парог выраўноўвання напружання можа быць усталяваны больш гнутка.

Стандартная праверка

Нарэшце, калі вы хочаце, каб вашы батарэі паспяхова выйшлі на міжнародны або ўнутраны рынак, яны таксама павінны адпавядаць адпаведным стандартам для забеспячэння бяспекі літый-іённых батарэй. Ад элементаў да батарэй і асноўныя прадукты павінны адпавядаць адпаведным стандартам выпрабаванняў. Гэты артыкул будзе прысвечаны айчынным патрабаванням да абароны батарэй для электронных ІТ-прадуктаў.

GB 31241-2022

Гэты стандарт прызначаны для акумулятараў партатыўных электронных прылад. У асноўным разглядаюцца тэрміны 5.2 бяспечных працоўных параметраў, патрабаванні бяспекі ад 10.1 да 10.5 для PCM, патрабаванні бяспекі ад 11.1 да 11.5 да схемы абароны сістэмы (калі сама батарэя без абароны), патрабаванні да ўзгодненасці 12.1 і 12.2 і Дадатак A (для дакументаў) .

u Тэрмін 5.2 патрабуе, каб параметры элемента і акумулятара супадаюць, што можна зразумець як працоўныя параметры акумулятара не павінны перавышаць дыяпазон элементаў. Аднак ці трэба гарантаваць параметры абароны батарэі, каб працоўныя параметры батарэі не перавышалі дыяпазон элементаў? Існуюць розныя меркаванні, але з пункту гледжання бяспекі канструкцыі батарэі адказ станоўчы. Напрыклад, максімальны ток зарадкі элемента (або блока элементаў) складае 3000 мА, максімальны працоўны ток батарэі не павінен перавышаць 3000 мА, а ток абароны батарэі таксама павінен гарантаваць, што ток у працэсе зарадкі не павінен перавышаць 3000 мА. Толькі такім чынам мы можам эфектыўна абараніць і пазбегнуць небяспекі. Для распрацоўкі параметраў абароны, калі ласка, звярніцеся да Дадатку A. У ім разглядаецца канструкцыя параметраў ячэйка – батарэя – хост, якая выкарыстоўваецца, што з'яўляецца адносна поўным.

u Для акумулятараў са ланцугом абароны патрабуецца праверка бяспекі ланцуга абароны батарэі 10,1~10,5. У гэтай главе ў асноўным даследуюцца абарона ад зарадкі ад перанапружання, абарона ад зарадкі ад перавышэння току, абарона ад разрадкі паніжанага напружання, абарона ад разрадкі ад перавышэння току і абарона ад кароткага замыкання. Яны згаданы вышэйДызайн функцыянальнай бяспекіі асноўныя патрабаванні. GB 31241 патрабуе праверкі 500 разоў.

u Калі акумулятар без ахоўнай схемы абаронены зараднай прыладай або канчатковай прыладай, тэст на бяспеку сістэмнай ахоўнай схемы 11.1~11.5 павінен праводзіцца са знешняй ахоўнай прыладай. У асноўным даследуюцца кантроль напружання, току і тэмпературы зарада і разраду. Варта адзначыць, што ў параўнанні з акумулятарамі са схемамі абароны, акумулятары без схем абароны могуць разлічваць толькі на абарону абсталявання падчас фактычнага выкарыстання. Рызыка вышэй, таму нармальная праца і ўмовы адзінкавай няспраўнасці будуць правярацца асобна. Гэта прымушае канчатковае прылада мець падвойную абарону; у адваротным выпадку ён не можа прайсці тэст у раздзеле 11.

u Нарэшце, калі ў акумулятары ёсць некалькі элементаў серыі, вам трэба ўлічваць з'яву незбалансаванай зарадкі. Неабходны тэст на адпаведнасць раздзелу 12. Тут у асноўным даследуюцца функцыі абароны друкаванай платы ад балансу і перападу ціску. Гэтая функцыя не патрабуецца для аднаэлементных батарэй.

GB 4943.1-2022

Гэты стандарт прызначаны для AV-прадуктаў. З павелічэннем выкарыстання электронных прадуктаў, якія працуюць ад батарэй, новая версія GB 4943.1-2022 дае канкрэтныя патрабаванні да батарэй у Дадатку M, ацэньваючы абсталяванне з батарэямі і схемы іх абароны. На аснове ацэнкі схемы абароны батарэі таксама былі дададзены дадатковыя патрабаванні бяспекі да абсталявання, якое змяшчае другасныя літыевыя батарэі.

u Схема абароны другаснай літыевай батарэі ў асноўным даследуе празмерную зарадку, празмерную разрадку, зваротную зарадку, ахову бяспекі зарадкі (тэмпература), абарону ад кароткага замыкання і г. д. Варта адзначыць, што ўсе гэтыя тэсты патрабуюць адной няспраўнасці ў схеме абароны. Гэта патрабаванне не згадваецца ў стандарце акумулятара GB 31241. Такім чынам, пры распрацоўцы функцыі абароны акумулятара нам трэба аб'яднаць стандартныя патрабаванні да акумулятара і хоста. Калі акумулятар мае толькі адну абарону і не мае лішніх кампанентаў, або акумулятар не мае схемы абароны і схема абароны забяспечваецца толькі хостам, хост павінен быць уключаны ў гэтую частку тэсту.

Заключэнне

У заключэнне, для распрацоўкі бяспечнай батарэі, у дадатак да выбару самога матэрыялу, не менш важныя наступнае канструктыўнае праектаванне і праектаванне функцыянальнай бяспекі. Нягледзячы на ​​​​тое, што розныя стандарты маюць розныя патрабаванні да прадуктаў, калі бяспека канструкцыі акумулятара можа цалкам адпавядаць патрабаванням розных рынкаў, час выканання можа быць значна скарочаны, і прадукт можа быць паскораны на рынку. У дадатак да аб'яднання законаў, правілаў і стандартаў розных краін і рэгіёнаў, таксама неабходна распрацоўваць прадукты, заснаваныя на фактычным выкарыстанні батарэй у канчатковых прадуктах.