Hozirgi vaqtda lityum-ion batareyalarning aksariyat xavfsizlik avariyalari batareyaning termal qochib ketishiga olib keladigan va yong'in va portlashga olib keladigan himoya pallasida ishlamay qolganligi sababli sodir bo'ladi. Shu sababli, lityum batareyadan xavfsiz foydalanishni amalga oshirish uchun himoya sxemasini loyihalash ayniqsa muhimdir va lityum batareyaning ishdan chiqishiga olib keladigan barcha turdagi omillarni hisobga olish kerak. Ishlab chiqarish jarayoniga qo'shimcha ravishda, nosozliklar, asosan, haddan tashqari zaryadlash, ortiqcha zaryadsizlanish va yuqori harorat kabi tashqi ekstremal sharoitlarning o'zgarishi natijasida yuzaga keladi. Agar ushbu parametrlar real vaqt rejimida kuzatilsa va ular o'zgarganda tegishli himoya choralari ko'rilsa, termal qochqinning paydo bo'lishining oldini olish mumkin. Lityum batareyaning xavfsizlik dizayni bir nechta jihatlarni o'z ichiga oladi: hujayra tanlash, strukturaviy dizayn va BMSning funktsional xavfsizligi.

Hujayra tanlash

Hujayra xavfsizligiga ta'sir qiluvchi ko'plab omillar mavjud bo'lib, unda hujayra materialini tanlash asosdir. Turli xil kimyoviy xususiyatlar tufayli xavfsizlik lityum batareyaning turli katod materiallarida farq qiladi. Misol uchun, lityum temir fosfat olivin shaklida bo'lib, u nisbatan barqaror va qulashi oson emas. Biroq, lityum kobaltat va lityum uchlik qatlamli tuzilish bo'lib, ular qulashi oson. Separatorni tanlash ham juda muhim, chunki uning ishlashi hujayraning xavfsizligi bilan bevosita bog'liq. Shuning uchun hujayrani tanlashda nafaqat aniqlash hisobotlari, balki ishlab chiqaruvchining ishlab chiqarish jarayoni, materiallari va ularning parametrlari ham hisobga olinishi kerak.

Strukturani loyihalash

Batareyaning strukturasi dizayni asosan izolyatsiya va issiqlik tarqalishi talablarini hisobga oladi.

• Izolyatsiya talablari odatda quyidagi jihatlarni o'z ichiga oladi: Ijobiy va salbiy elektrod o'rtasidagi izolyatsiya; Hujayra va korpus orasidagi izolyatsiya; Ustun yorliqlari va korpus orasidagi izolyatsiya; PCB elektr oralig'i va o'tish masofasi, ichki simlar dizayni, topraklama dizayni va boshqalar.
• Issiqlik tarqalishi, asosan, ba'zi katta energiya saqlash yoki tortish batareyalari uchun. Ushbu batareyalarning yuqori energiyasi tufayli zaryadlash va tushirishda hosil bo'ladigan issiqlik juda katta. Agar issiqlikni o'z vaqtida tarqatib bo'lmasa, issiqlik to'planib, baxtsiz hodisalarga olib keladi. Shuning uchun, korpus materiallarini tanlash va loyihalash (u ma'lum mexanik kuchga ega bo'lishi kerak va chang o'tkazmaydigan va suv o'tkazmaydigan talablarga ega bo'lishi kerak), sovutish tizimi va boshqa ichki issiqlik izolyatsiyasi, issiqlik tarqalishi va yong'in o'chirish tizimini tanlashni hisobga olish kerak.

Batareyani sovutish tizimini tanlash va qo'llash uchun oldingi nashrga qarang.

Funktsional xavfsizlik dizayni

Jismoniy va kimyoviy xususiyatlar materialning zaryadlash va tushirish kuchlanishini cheklay olmasligini aniqlaydi. Zaryadlash va tushirish kuchlanishi nominal diapazondan oshib ketganda, bu lityum batareyaga qaytarilmas zarar keltiradi. Shuning uchun, lityum batareya ishlayotganda ichki hujayraning kuchlanishini va oqimini normal holatda ushlab turish uchun himoya sxemasini qo'shish kerak. BMS batareyalari uchun quyidagi funktsiyalar talab qilinadi:

• Haddan tashqari kuchlanishdan himoyalanish: ortiqcha zaryadlash termal qochib ketishning asosiy sabablaridan biridir. Haddan tashqari zaryadlangandan so'ng, katod materiali haddan tashqari lityum ionining chiqishi tufayli qulab tushadi va salbiy elektrodda ham lityum yog'inlari paydo bo'ladi, bu termal barqarorlikning pasayishiga va termal qochib ketish xavfi bo'lgan yon reaktsiyalarning kuchayishiga olib keladi. Shuning uchun, zaryadlash hujayraning yuqori chegara kuchlanishiga yetgandan so'ng, oqimni vaqtida uzib qo'yish ayniqsa muhimdir. Bu BMS ning kuchlanishdan himoyalanishni zaryad qilish funktsiyasiga ega bo'lishini talab qiladi, shuning uchun hujayraning kuchlanishi har doim ish chegarasida saqlanadi. Himoya kuchlanishining diapazon qiymati emasligi va keng ko'lamda o'zgarib turishi yaxshiroq bo'lar edi, chunki batareya to'liq zaryadlanganda tokni o'z vaqtida uzib qo'ymasligiga olib kelishi mumkin, bu esa ortiqcha zaryadga olib kelishi mumkin. BMS ning himoya kuchlanishi odatda hujayraning yuqori kuchlanishidan bir xil yoki biroz pastroq bo'lishi uchun mo'ljallangan.
• Haddan tashqari oqimdan himoyalanish: Batareyani zaryadlash yoki tushirish chegarasidan ko'proq oqim bilan zaryadlash issiqlik to'planishiga olib kelishi mumkin. Diafragmani eritish uchun issiqlik etarli darajada to'planganda, bu ichki qisqa tutashuvga olib kelishi mumkin. Shuning uchun oqimdan himoyalanishni o'z vaqtida zaryadlash ham muhimdir. Shuni ta'kidlash kerakki, haddan tashqari oqimdan himoya qilish dizayndagi hujayra oqimining bardoshliligidan yuqori bo'lishi mumkin emas.
• Kuchlanish himoyasi ostida zaryadsizlanish: juda katta yoki juda kichik kuchlanish batareyaning ishlashiga putur etkazadi. Kuchlanish ostida uzluksiz zaryadsizlanish misning cho'kishiga va salbiy elektrodning qulashiga olib keladi, shuning uchun odatda batareya kuchlanishdan himoya qilish funktsiyasi ostida zaryadsizlanishga ega bo'ladi.
• Oqimdan himoyalanish: tenglikni zaryadlash va tushirishning ko'p qismi bir xil interfeys orqali amalga oshiriladi, bu holda zaryadlash va tushirishdan himoyalanish oqimi mos keladi. Lekin ba'zi batareyalar, ayniqsa, elektr asboblari uchun batareyalar, tez zaryadlash va boshqa turdagi batareyalar katta oqim tushirish yoki zaryadlashdan foydalanishi kerak, hozirgi vaqtda oqim mos kelmaydi, shuning uchun ikkita pastadir nazoratida zaryadlash va tushirish yaxshidir.
• Qisqa tutashuvdan himoya qilish: Batareyaning qisqa tutashuvi ham eng keng tarqalgan nosozliklardan biridir. Ba'zi to'qnashuvlar, noto'g'ri foydalanish, siqish, igna urish, suv kirishi va boshqalar qisqa tutashuvni keltirib chiqarishi oson. Qisqa tutashuv darhol katta deşarj oqimini hosil qiladi, natijada batareya harorati keskin ko'tariladi. Shu bilan birga, odatda hujayrada tashqi qisqa tutashuvdan so'ng bir qator elektrokimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladi, bu esa bir qator ekzotermik reaktsiyalarga olib keladi. Qisqa tutashuvdan himoya qilish, shuningdek, haddan tashqari oqimdan himoya qilishning bir turi. Ammo qisqa tutashuv oqimi cheksiz bo'ladi va issiqlik va zarar ham cheksizdir, shuning uchun himoya juda sezgir bo'lishi kerak va avtomatik ravishda ishga tushirilishi mumkin. Umumiy qisqa tutashuvdan himoya qilish choralari kontaktorlar, sug'urta, mos va boshqalarni o'z ichiga oladi.
• Haddan tashqari haroratdan himoya qilish: Batareya atrof-muhit haroratiga sezgir. Juda yuqori yoki juda past harorat uning ishlashiga ta'sir qiladi. Shuning uchun batareyani chegara haroratida ishlashini ta'minlash muhimdir. BMS harorat juda yuqori yoki juda past bo'lganda batareyani to'xtatish uchun haroratni himoya qilish funktsiyasiga ega bo'lishi kerak. Uni hatto zaryad harorati himoyasi va tushirish harorati himoyasi va boshqalarga bo'lish mumkin.
• Balanslash funktsiyasi: Notebook va boshqa ko'p seriyali batareyalar uchun ishlab chiqarish jarayonidagi farqlar tufayli hujayralar o'rtasida nomuvofiqlik mavjud. Masalan, ba'zi hujayralar ichki qarshiligi boshqalarga qaraganda kattaroqdir. Bu nomuvofiqlik tashqi muhit ta'sirida asta-sekin kuchayib boradi. Shuning uchun hujayra muvozanatini amalga oshirish uchun muvozanatni boshqarish funktsiyasiga ega bo'lish kerak. Umuman olganda, ikki xil muvozanat mavjud:

1.Passiv balanslash: kuchlanish komparatori kabi apparat vositalaridan foydalaning va keyin yuqori quvvatli batareyaning ortiqcha quvvatini chiqarish uchun qarshilik issiqlik tarqalishidan foydalaning. Ammo energiya iste'moli katta, tenglashtirish tezligi sekin va samaradorlik past.

2. Faol balanslash: yuqori kuchlanishli hujayralar quvvatini saqlash uchun kondansatkichlardan foydalaning va uni past kuchlanishli hujayraga chiqaradi. Biroq, qo'shni hujayralar orasidagi bosim farqi kichik bo'lsa, tenglashtirish vaqti uzoq bo'ladi va tenglashtirish kuchlanish chegarasi yanada moslashuvchan tarzda o'rnatilishi mumkin.

Standart tasdiqlash

Nihoyat, agar siz batareyalaringiz xalqaro yoki ichki bozorga muvaffaqiyatli kirishini istasangiz, ular lityum-ion batareyaning xavfsizligini ta'minlash uchun tegishli standartlarga javob berishi kerak. Hujayralardan tortib batareyalar va xost mahsulotlarigacha tegishli sinov standartlariga javob berishi kerak. Ushbu maqola elektron IT-mahsulotlar uchun mahalliy batareyalarni himoya qilish talablariga qaratilgan.

GB 31241-2022

Ushbu standart portativ elektron qurilmalarning batareyalari uchundir. U asosan 5.2 xavfsiz ish parametrlarini, PCM uchun 10.1 dan 10.5 gacha xavfsizlik talablarini, tizimni himoya qilish sxemasi bo'yicha 11.1 dan 11.5 gacha xavfsizlik talablarini (batareyaning o'zi himoyalanmagan bo'lsa), 12.1 va 12.2 mustahkamlik talablarini va A ilovasini (hujjatlar uchun) ko'rib chiqadi. .

u 5.2-bandga muvofiq hujayra va batareya parametrlari mos kelishi kerak, buni batareyaning ish parametrlari hujayralar diapazonidan oshmasligi kerak, deb tushunish mumkin. Biroq, batareyaning ishlash parametrlari hujayralar oralig'idan oshmasligi uchun batareyani himoya qilish parametrlarini ta'minlash kerakmi? Turli xil tushunchalar mavjud, ammo batareya dizayni xavfsizligi nuqtai nazaridan javob ha. Masalan, hujayraning (yoki hujayra blokining) maksimal zaryadlash oqimi 3000 mA ni tashkil qiladi, batareyaning maksimal ish oqimi 3000 mA dan oshmasligi kerak va batareyaning himoya oqimi ham zaryadlash jarayonidagi oqimdan oshmasligini ta'minlashi kerak. 3000mA. Faqat shu yo'l bilan biz samarali himoya qilishimiz va xavf-xatarlardan qochishimiz mumkin. Himoya parametrlarini loyihalash uchun Ilova A ga qarang. U nisbatan keng qamrovli bo'lgan foydalaniladigan hujayra – batareya – xost parametrlari dizaynini ko'rib chiqadi.

u Himoya zanjiri bo'lgan batareyalar uchun 10,1 ~ 10,5 batareyani himoya qilish davri xavfsizlik sinovi talab qilinadi. Ushbu bobda, asosan, haddan tashqari kuchlanishdan himoyalanish, haddan tashqari oqimdan himoyalanish, kuchlanish himoyasi ostida zaryadlash, oqimdan himoyalanish va qisqa tutashuvdan himoyalanishni o'rganadi. Bular yuqorida aytib o'tilganFunktsional xavfsizlik dizayniva asosiy talablar. GB 31241 500 marta tekshirishni talab qiladi.

u Himoya zanjiri bo'lmagan batareya zaryadlovchi yoki so'nggi qurilma bilan himoyalangan bo'lsa, 11,1 ~ 11,5 tizimni himoya qilish sxemasining xavfsizlik sinovi tashqi himoya qurilmasi bilan o'tkazilishi kerak. Zaryad va tushirishning kuchlanish, oqim va haroratni nazorat qilish asosan tekshiriladi. Shuni ta'kidlash kerakki, himoya zanjirlari bo'lgan batareyalar bilan solishtirganda, himoya zanjirlari bo'lmagan batareyalar faqat haqiqiy foydalanishdagi uskunaning himoyasiga tayanishi mumkin. Xavf yuqoriroq, shuning uchun normal ishlash va bitta nosozlik holatlari alohida sinovdan o'tkaziladi. Bu oxirgi qurilmani ikki tomonlama himoya qilishga majbur qiladi; aks holda u 11-bobdagi testdan o'ta olmaydi.

u Nihoyat, agar batareyada bir nechta seriyali hujayralar mavjud bo'lsa, siz muvozanatsiz zaryadlash fenomenini hisobga olishingiz kerak. 12-bobning muvofiqlik testi talab qilinadi. PCB ning muvozanat va differentsial bosimdan himoya qilish funktsiyalari asosan bu erda o'rganiladi. Bu funksiya bitta hujayrali batareyalar uchun talab qilinmaydi.

GB 4943.1-2022

Ushbu standart AV mahsulotlari uchun. Batareya bilan ishlaydigan elektron mahsulotlarning ko'payishi bilan GB 4943.1-2022 ning yangi versiyasi M ilovasida batareyalar va ularni himoya qilish sxemalari bo'lgan uskunalarni baholash uchun batareyalar uchun maxsus talablarni beradi. Batareyani himoya qilish sxemasini baholash asosida ikkilamchi lityum batareyalarni o'z ichiga olgan uskunalar uchun qo'shimcha xavfsizlik talablari ham qo'shildi.

u Ikkilamchi lityum batareyani himoya qilish sxemasi asosan haddan tashqari zaryadlash, ortiqcha zaryadsizlanish, teskari zaryadlash, zaryadlash xavfsizligi himoyasi (harorat), qisqa tutashuvdan himoyalanish va hokazolarni tekshiradi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu testlarning barchasi himoya pallasida bitta xatolikni talab qiladi. Ushbu talab GB 31241 batareya standartida qayd etilmagan. Shunday qilib, batareyani himoya qilish funktsiyasini loyihalashda biz batareya va xostning standart talablarini birlashtirishimiz kerak. Agar batareyada faqat bitta himoya bo'lsa va ortiqcha komponentlar bo'lmasa yoki batareyada himoya sxemasi bo'lmasa va himoya sxemasi faqat xost tomonidan ta'minlangan bo'lsa, sinovning ushbu qismi uchun xost kiritilishi kerak.

Xulosa

Xulosa qilib aytganda, xavfsiz akkumulyatorni loyihalash uchun materialning o'zini tanlashga qo'shimcha ravishda, keyingi strukturaviy dizayn va funktsional xavfsizlik dizayni ham bir xil darajada muhimdir. Turli xil standartlar mahsulot uchun turli talablarga ega bo'lsa-da, agar batareya dizayni xavfsizligi turli bozorlarning talablariga to'liq javob beradigan bo'lsa, etkazib berish muddati sezilarli darajada kamayishi va mahsulotni bozorga tezlashtirishi mumkin. Turli mamlakatlar va mintaqalarning qonunlari, qoidalari va standartlarini birlashtirishdan tashqari, terminal mahsulotlarida batareyalardan haqiqiy foydalanishga asoslangan mahsulotlarni loyihalash ham zarur.