Hal-hazırda, litium-ion batareyalarının təhlükəsizlik qəzalarının əksəriyyəti batareyanın termal qaçmasına səbəb olan və yanğın və partlayışla nəticələnən qoruyucu dövrənin nasazlığı səbəbindən baş verir. Buna görə, litium batareyanın təhlükəsiz istifadəsini həyata keçirmək üçün qoruyucu dövrə dizaynı xüsusilə vacibdir və litium batareyanın uğursuzluğuna səbəb olan hər cür amillər nəzərə alınmalıdır. İstehsal prosesinə əlavə olaraq, uğursuzluqlar əsasən həddindən artıq yükləmə, həddindən artıq boşalma və yüksək temperatur kimi xarici ekstremal şəraitdəki dəyişikliklərdən qaynaqlanır. Bu parametrlərə real vaxt rejimində nəzarət edilərsə və onlar dəyişdikdə müvafiq qoruyucu tədbirlər görülərsə, termal qaçaqlığın yaranmasının qarşısı alına bilər. Litium batareyanın təhlükəsizlik dizaynına bir neçə aspekt daxildir: hüceyrə seçimi, struktur dizaynı və BMS-nin funksional təhlükəsizlik dizaynı.

Hüceyrə seçimi

Hüceyrə materialının seçiminin əsas olduğu hüceyrə təhlükəsizliyinə təsir edən bir çox amil var. Müxtəlif kimyəvi xüsusiyyətlərə görə, təhlükəsizlik litium batareyanın müxtəlif katod materiallarında dəyişir. Məsələn, litium dəmir fosfat olivinşəkillidir, nisbətən sabitdir və dağılması asan deyil. Litium kobaltat və litium üçlü, lakin dağılması asan olan laylı quruluşdur. Separator seçimi də çox vacibdir, çünki onun performansı hüceyrənin təhlükəsizliyi ilə birbaşa bağlıdır. Buna görə də hüceyrənin seçilməsində yalnız aşkarlama hesabatları deyil, həm də istehsalçının istehsal prosesi, materialları və onların parametrləri nəzərə alınmalıdır.

Struktur dizaynı

Batareyanın struktur dizaynı əsasən izolyasiya və istilik yayılması tələblərini nəzərə alır.

• İzolyasiya tələbləri ümumiyyətlə aşağıdakı aspektləri əhatə edir: Müsbət və mənfi elektrod arasında izolyasiya; Hüceyrə və korpus arasında izolyasiya; Dirək lövhələri və korpus arasında izolyasiya; PCB elektrik aralığı və sürüşmə məsafəsi, daxili naqil dizaynı, torpaqlama dizaynı və s.
• İstiliyin yayılması əsasən bəzi böyük enerji saxlama və ya dartma batareyaları üçündür. Bu batareyaların yüksək enerjisi sayəsində şarj və boşalma zamanı yaranan istilik çox böyükdür. İstiliyi vaxtında dağıtmaq mümkün olmasa, istilik yığılacaq və qəzalarla nəticələnəcək. Buna görə də, qapaq materiallarının seçimi və dizaynı (müəyyən mexaniki möhkəmliyə və toz keçirməyən və suya davamlı tələblərə malik olmalıdır), soyutma sisteminin və digər daxili istilik izolyasiyasının, istilik yayılmasının və yanğınsöndürmə sisteminin seçimi nəzərə alınmalıdır.

Batareyanın soyutma sisteminin seçilməsi və tətbiqi üçün əvvəlki buraxılışa müraciət edin.

Funksional təhlükəsizlik dizaynı

Fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlər materialın doldurma və boşaltma gərginliyini məhdudlaşdıra bilməyəcəyini müəyyən edir. Doldurma və boşaltma gərginliyi nominal diapazonu keçdikdən sonra litium batareyaya geri dönməz ziyan vuracaq. Buna görə də, litium batareyası işləyərkən daxili hüceyrənin gərginliyini və cərəyanını normal vəziyyətdə saxlamaq üçün qoruyucu dövrə əlavə etmək lazımdır. BMS batareyaları üçün aşağıdakı funksiyalar tələb olunur:

• Doldurma həddindən artıq gərginlikdən qorunma: həddindən artıq yükləmə termal qaçaqlığın əsas səbəblərindən biridir. Həddindən artıq yüklənmədən sonra katod materialı həddindən artıq litium ionunun buraxılması səbəbindən çökəcək və mənfi elektrodda da litium yağıntısı baş verəcək ki, bu da termal sabitliyin azalmasına və yan reaksiyaların artmasına gətirib çıxarır ki, bu da istilik qaçırma riski yaradır. Buna görə, şarj hüceyrənin yuxarı həddi gərginliyinə çatdıqdan sonra cərəyanı vaxtında kəsmək xüsusilə vacibdir. Bu, BMS-nin həddindən artıq gərginlikdən qorunma funksiyasına malik olmasını tələb edir ki, hüceyrənin gərginliyi həmişə iş həddində saxlanılsın. Qoruyucu gərginliyin diapazon dəyəri olmaması və geniş şəkildə dəyişməsi daha yaxşı olardı, çünki bu, batareyanın tam doldurulduğu zaman cərəyanı vaxtında kəsməməsinə və nəticədə həddindən artıq yüklənməyə səbəb ola bilər. BMS-nin qoruyucu gərginliyi adətən hüceyrənin yuxarı gərginliyi ilə eyni və ya bir qədər aşağı olması üçün nəzərdə tutulmuşdur.
• Həddindən artıq cərəyandan qorunma: Batareyanı doldurma və ya boşalma limitindən artıq cərəyanla doldurmaq istilik yığılmasına səbəb ola bilər. Diafraqmanı əritmək üçün kifayət qədər istilik yığıldıqda, bu, daxili qısaqapanmaya səbəb ola bilər. Buna görə də cərəyandan qorunmanın vaxtında doldurulması da vacibdir. Diqqət yetirməliyik ki, həddindən artıq cərəyandan qorunma dizayndakı hüceyrə cərəyanına dözümlülükdən yüksək ola bilməz.
• Gərginlik mühafizəsi altında boşalma: Çox böyük və ya çox kiçik gərginlik batareyanın işinə zərər verəcək. Gərginlik altında davamlı boşalma misin çökməsinə və mənfi elektrodun dağılmasına səbəb olacaq, buna görə də ümumiyyətlə batareya gərginlikdən qorunma funksiyası altında boşalma olacaq.
• Cari qorunma üzərində boşalma: PCB-nin əksər hissəsi eyni interfeys vasitəsilə yüklənir və axıdılır, bu halda şarj və boşalma qoruma cərəyanı ardıcıldır. Amma bəzi batareyalar, xüsusilə elektrik alətləri üçün batareyalar, sürətli doldurma və digər növ batareyalar böyük cərəyan boşalması və ya doldurulmasından istifadə etməlidirlər, cari bu anda uyğunsuzdur, buna görə iki döngə nəzarətində doldurmaq və boşaltmaq yaxşıdır.
• Qısa qapanmadan qorunma: Batareyanın qısa qapanması da ən çox rast gəlinən nasazlıqlardan biridir. Bəzi toqquşma, sui-istifadə, sıxma, iynə vurma, suyun daxil olması və s. qısa qapanmaya səbəb ola bilər. Qısa qapanma dərhal böyük boşalma cərəyanı yaradacaq, nəticədə batareyanın temperaturu kəskin yüksələcək. Eyni zamanda, adətən xarici qısaqapanmadan sonra hüceyrədə bir sıra elektrokimyəvi reaksiyalar baş verir ki, bu da bir sıra ekzotermik reaksiyalara səbəb olur. Qısa qapanmadan qorunma həm də həddindən artıq cərəyandan qorunmanın bir növüdür. Ancaq qısa qapanma cərəyanı sonsuz olacaq və istilik və zərər də sonsuzdur, buna görə qorunma çox həssas olmalıdır və avtomatik olaraq tetiklenebilir. Ümumi qısaqapanmadan qorunma tədbirləri kontaktorlar, qoruyucu, mos və s.
• Həddindən artıq temperaturdan qorunma: Batareya ətraf mühitin temperaturuna həssasdır. Çox yüksək və ya çox aşağı temperatur onun işinə təsir edəcəkdir. Buna görə də, batareyanın limit temperaturda işləməsini təmin etmək vacibdir. BMS-də temperatur çox yüksək və ya çox aşağı olduqda batareyanı dayandırmaq üçün temperaturdan qorunma funksiyası olmalıdır. Hətta onu doldurma temperaturunun qorunması və boşalma temperaturunun qorunması və s. bölmək olar.
• Balans funksiyası: Noutbuk və digər çox seriyalı batareyalar üçün istehsal prosesindəki fərqlərə görə hüceyrələr arasında uyğunsuzluq var. Məsələn, bəzi hüceyrələrin daxili müqaviməti digərlərindən daha böyükdür. Xarici mühitin təsiri altında bu uyğunsuzluq getdikcə daha da pisləşəcək. Buna görə də hüceyrənin tarazlığını həyata keçirmək üçün tarazlığı idarə etmə funksiyasına sahib olmaq lazımdır. Ümumiyyətlə iki növ tarazlıq var:

1.Passiv balanslaşdırma: Gərginlik komparatoru kimi avadanlıqdan istifadə edin və sonra yüksək tutumlu batareyanın artıq gücünü buraxmaq üçün müqavimət istilik yayılmasından istifadə edin. Ancaq enerji istehlakı böyükdür, bərabərləşdirmə sürəti yavaşdır və səmərəlilik aşağıdır.

2. Aktiv balanslaşdırma: daha yüksək gərginlikli hüceyrələrin gücünü saxlamaq üçün kondansatörlərdən istifadə edin və onu daha aşağı gərginlikli hüceyrəyə buraxın. Bununla belə, qonşu hüceyrələr arasındakı təzyiq fərqi kiçik olduqda, bərabərləşdirmə müddəti uzun olur və bərabərləşdirmə gərginliyi həddi daha çevik şəkildə təyin edilə bilər.

Standart doğrulama

Nəhayət, əgər siz batareyalarınızın beynəlxalq və ya daxili bazara uğurla daxil olmasını istəyirsinizsə, onlar da litium-ion batareyanın təhlükəsizliyini təmin etmək üçün müvafiq standartlara cavab verməlidirlər. Hüceyrələrdən tutmuş batareyalara və əsas məhsullara qədər müvafiq test standartlarına cavab verməlidir. Bu məqalə elektron İT məhsulları üçün daxili batareyanın qorunması tələblərinə diqqət yetirəcəkdir.

GB 31241-2022

Bu standart portativ elektron cihazların batareyaları üçündür. Əsasən 5.2 təhlükəsiz iş parametrləri, PCM üçün 10.1-dən 10.5-ə qədər təhlükəsizlik tələbləri, sistemin mühafizə dövrəsinə dair 11.1-dən 11.5-ə qədər təhlükəsizlik tələbləri (batareyanın özü mühafizəsiz olduqda), ardıcıllıq üçün 12.1 və 12.2 tələbləri və Əlavə A (sənədlər üçün) nəzərə alınır. .

u Müddəa 5.2 hüceyrə və batareyanın parametrləri uyğunlaşdırılmalıdır ki, bu da batareyanın iş parametrlərinin hüceyrələrin diapazonunu keçməməsi kimi başa düşülə bilər. Bununla belə, batareyanın mühafizəsi parametrlərinin batareyanın işləmə parametrlərinin hüceyrələrin diapazonunu aşmamasını təmin etmək lazımdırmı? Fərqli anlayışlar var, lakin batareya dizaynının təhlükəsizliyi baxımından cavab bəlidir. Məsələn, bir hüceyrənin (və ya hüceyrə blokunun) maksimum doldurma cərəyanı 3000 mA-dır, batareyanın maksimum iş cərəyanı 3000 mA-dan çox olmamalıdır və batareyanın qoruyucu cərəyanı da şarj prosesindəki cərəyanın artıq olmamasını təmin etməlidir. 3000mA. Yalnız bu yolla biz təhlükələri effektiv şəkildə qoruya və qarşısını ala bilərik. Mühafizə parametrlərinin dizaynı üçün lütfən, Əlavə A-ya müraciət edin. Bu, nisbətən əhatəli olan istifadə olunan hüceyrə – batareya – hostun parametr dizaynını nəzərə alır.

u Mühafizə dövrəsi olan batareyalar üçün 10.1~10.5 batareya qoruma dövrəsinin təhlükəsizlik testi tələb olunur. Bu fəsil, əsasən, həddindən artıq gərginlikdən qorunma, həddindən artıq cərəyandan qorunma doldurma, gərginlik mühafizəsi altında boşalma, həddindən artıq cərəyandan qorunma və qısa qapanma mühafizəsini araşdırır. Bunlar yuxarıda qeyd olunurFunksional Təhlükəsizlik Dizaynıvə əsas tələblər. GB 31241 500 dəfə yoxlanılmasını tələb edir.

u Mühafizə dövrəsi olmayan akkumulyator onun doldurucusu və ya son cihazı ilə qorunursa, 11.1~11.5 sistem mühafizə dövrəsinin təhlükəsizlik sınağı xarici mühafizə cihazı ilə aparılmalıdır. Əsasən yükün və boşalmanın gərginlik, cərəyan və temperaturun tənzimlənməsi araşdırılır. Qeyd etmək lazımdır ki, qoruyucu dövrələri olan batareyalarla müqayisədə qoruyucu sxemləri olmayan batareyalar yalnız faktiki istifadədə olan avadanlığın qorunmasına etibar edə bilər. Risk daha yüksəkdir, ona görə də normal əməliyyat və tək nasazlıq şəraiti ayrıca sınaqdan keçiriləcək. Bu, son cihazı ikili qorunmağa məcbur edir; əks halda o, 11-ci fəsildəki sınaqdan keçə bilməz.

u Nəhayət, əgər akkumulyatorda bir neçə seriyalı hüceyrə varsa, balanssız doldurulma fenomenini nəzərə almaq lazımdır. 12-ci fəslin uyğunluq testi tələb olunur. Burada əsasən PCB-nin balans və diferensial təzyiqdən mühafizə funksiyaları araşdırılır. Bu funksiya tək hüceyrəli batareyalar üçün tələb olunmur.

GB 4943.1-2022

Bu standart AV məhsulları üçündür. Batareya ilə işləyən elektron məhsulların artan istifadəsi ilə GB 4943.1-2022-nin yeni versiyası əlavə M-də batareyalar üçün xüsusi tələblər verir, batareyaları olan avadanlıqları və onların qorunma sxemlərini qiymətləndirir. Batareyanın mühafizəsi dövrəsinin qiymətləndirilməsinə əsasən, ikinci dərəcəli litium batareyaları olan avadanlıq üçün əlavə təhlükəsizlik tələbləri də əlavə edilmişdir.

u İkinci dərəcəli litium batareyanın qorunma sxemi əsasən həddindən artıq yükləmə, həddindən artıq boşalma, tərs doldurulma, doldurulma təhlükəsizliyi mühafizəsi (temperatur), qısaqapanmadan qorunma və s. araşdırır. Qeyd etmək lazımdır ki, bu sınaqların hamısı qoruma dövrəsində tək xəta tələb edir. Bu tələb GB 31241 akkumulyator standartında qeyd edilməyib. Beləliklə, batareyanın qorunması funksiyasının dizaynında biz batareya və hostun standart tələblərini birləşdirməliyik. Batareyada yalnız bir qoruma varsa və lazımsız komponentlər yoxdursa və ya batareyanın qoruyucu sxemi yoxdursa və qoruma sxemi yalnız host tərəfindən təmin edilirsə, testin bu hissəsinə host daxil edilməlidir.

Nəticə

Nəticə olaraq, təhlükəsiz akkumulyatorun dizaynı üçün materialın özünün seçilməsindən əlavə, sonrakı struktur dizaynı və funksional təhlükəsizlik dizaynı eyni dərəcədə vacibdir. Fərqli standartların məhsullar üçün fərqli tələbləri olsa da, batareya dizaynının təhlükəsizliyi müxtəlif bazarların tələblərinə tam cavab vermək üçün nəzərə alınarsa, çatdırılma müddəti çox azaldıla bilər və məhsul bazara çıxarıla bilər. Müxtəlif ölkələrin və bölgələrin qanunlarını, qaydalarını və standartlarını birləşdirməklə yanaşı, terminal məhsullarda batareyaların faktiki istifadəsinə əsaslanan məhsulların dizaynı da lazımdır.