Sem stendur eiga flest öryggisslys litíumjónarafhlöðu sér stað vegna bilunar í verndarrásinni, sem veldur hitauppstreymi rafhlöðunnar og leiðir til elds og sprengingar. Þess vegna, til að átta sig á öruggri notkun litíum rafhlöðu, er hönnun verndarrásar sérstaklega mikilvæg og taka ætti tillit til alls kyns þátta sem valda bilun litíum rafhlöðu. Auk framleiðsluferlisins eru bilanir í grundvallaratriðum af völdum breytinga á ytri öfgaskilyrðum, svo sem ofhleðslu, ofhleðslu og háum hita. Ef fylgst er með þessum breytum í rauntíma og samsvarandi verndarráðstafanir verða gerðar þegar þær breytast, er hægt að forðast hitauppstreymi. Öryggishönnun litíum rafhlöðu felur í sér nokkra þætti: frumuval, burðarhönnun og hagnýt öryggishönnun BMS.

Frumuval

Það eru margir þættir sem hafa áhrif á öryggi frumna þar sem val á frumuefni er grunnurinn. Vegna mismunandi efnafræðilegra eiginleika er öryggi mismunandi í mismunandi bakskautsefnum litíum rafhlöðu. Til dæmis er litíumjárnfosfat ólívínlaga, sem er tiltölulega stöðugt og ekki auðvelt að hrynja saman. Lithium cobaltate og lithium ternary eru hins vegar lagskipt uppbygging sem auðvelt er að hrynja saman. Val á skilju er einnig mjög mikilvægt, þar sem frammistaða hans er beintengd öryggi frumunnar. Við val á frumu skal því ekki aðeins taka tillit til greiningarskýrslna heldur einnig framleiðsluferlis framleiðanda, efna og færibreyta þeirra.

Byggingarhönnun

Uppbyggingarhönnun rafhlöðunnar tekur aðallega tillit til kröfum um einangrun og hitaleiðni.

• Einangrunarkröfur fela almennt í sér eftirfarandi þætti: Einangrun milli jákvæðs og neikvæðs rafskauts; Einangrun milli klefa og girðingar; Einangrun milli stöngflipa og girðingar; PCB rafmagnsbil og skriðfjarlægð, hönnun innri raflagna, jarðtengingu osfrv.
• Hitaleiðni er aðallega fyrir sumar stórar orkugeymslu- eða griprafhlöður. Vegna mikillar orku þessara rafhlaðna er hitinn sem myndast við hleðslu og afhleðslu gríðarlegur. Ef ekki er hægt að dreifa hitanum í tæka tíð mun hitinn safnast upp og valda slysum. Þess vegna ætti að taka tillit til vals og hönnunar á girðingarefnum (það ætti að hafa ákveðna vélrænan styrk og rykþétta og vatnshelda kröfur), val á kælikerfi og annarri innri hitaeinangrun, hitaleiðni og slökkvikerfi.

Fyrir val og notkun rafhlöðukælikerfisins, vinsamlegast vísað til fyrri útgáfu.

Hagnýt öryggishönnun

Eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar ákvarða að efnið getur ekki takmarkað hleðslu- og afhleðsluspennu. Þegar hleðslu- og afhleðsluspennan fer yfir nafnsviðið mun það valda óafturkræfum skemmdum á litíum rafhlöðunni. Þess vegna er nauðsynlegt að bæta við verndarrásinni til að viðhalda spennu og straumi innri frumunnar í eðlilegu ástandi þegar litíum rafhlaðan er að virka. Fyrir BMS rafhlöður eru eftirfarandi aðgerðir nauðsynlegar:

• Hleðsla yfir spennuvörn: ofhleðsla er ein helsta ástæðan fyrir hitauppstreymi. Eftir ofhleðslu mun bakskautsefnið hrynja vegna óhóflegrar losunar litíumjóna og neikvæða rafskautið mun einnig láta litíumútfellingu eiga sér stað, sem leiðir til lækkunar á hitastöðugleika og aukningar á hliðarviðbrögðum, sem hafa hugsanlega hættu á hitauppstreymi. Þess vegna er sérstaklega mikilvægt að slíta strauminn í tíma eftir að hleðslan nær efri mörkum spennu frumunnar. Þetta krefst þess að BMS hafi það hlutverk að hlaða yfir spennuvörn, þannig að spennu frumunnar sé alltaf haldið innan vinnumarka. Betra væri að varnarspennan sé ekki sviðsgildi og breytileg þar sem hún getur valdið því að rafhlaðan sleppir ekki straumnum í tíma þegar hún er fullhlaðin, sem leiðir til ofhleðslu. Varnarspenna BMS er venjulega hönnuð til að vera sú sama eða aðeins lægri en efri spenna frumunnar.
• Hleðsla yfir straumvörn: Hleðsla rafhlöðu með meiri straum en hleðslu- eða afhleðslumörk getur valdið hitauppsöfnun. Þegar hiti safnast nægilega mikið upp til að bræða þindið getur það valdið innri skammhlaupi. Þess vegna er tímabær hleðsla yfir núverandi vernd líka nauðsynleg. Við ættum að fylgjast með því að yfirstraumsvörn getur ekki verið hærri en frumuþolið í hönnuninni.
• Afhleðsla undir spennuvörn: Of mikil eða of lítil spenna mun skaða afköst rafhlöðunnar. Stöðug útskrift undir spennu mun valda því að kopar fellur út og neikvæða rafskautið hrynur, þannig að almennt mun rafhlaðan hafa útskrift undir spennuverndaraðgerð.
• Afhleðsla yfir straumvörn: Flest PCB hleðsla og afhleðsla í gegnum sama tengi, í þessu tilviki er hleðslu- og útskriftarverndarstraumurinn í samræmi. En sumar rafhlöður, sérstaklega rafhlöður fyrir rafmagnsverkfæri, hraðhleðslu og aðrar gerðir af rafhlöðum þurfa að nota mikla straumhleðslu eða hleðslu, straumurinn er ósamkvæmur á þessum tíma, svo það er best að hlaða og afhlaða í tveggja lykkja stjórn.
• Skammhlaupsvörn: Skammhlaup í rafhlöðu er einnig ein algengasta bilunin. Auðvelt er að valda skammhlaupi vegna áreksturs, misnotkunar, kreistingar, nálgunar, inngöngu vatns osfrv. Skammhlaup myndar strax mikinn afhleðslustraum sem leiðir til mikillar hækkunar á hitastigi rafhlöðunnar. Á sama tíma fer röð rafefnafræðilegra viðbragða venjulega fram í frumunni eftir ytri skammhlaup, sem leiðir til röð útverma viðbragða. Skammhlaupsvörn er líka eins konar yfirstraumsvörn. En skammhlaupsstraumurinn verður óendanlegur og hitinn og skaðinn er líka óendanlegur, þannig að vörnin verður að vera mjög viðkvæm og hægt að kveikja sjálfkrafa á henni. Algengar skammhlaupsverndarráðstafanir eru snertibúnaður, öryggi, mos osfrv.
• Yfirhitavörn: Rafhlaðan er viðkvæm fyrir umhverfishita. Of hátt eða of lágt hitastig mun hafa áhrif á frammistöðu þess. Þess vegna er mikilvægt að halda rafhlöðunni starfandi innan hámarkshitastigsins. BMS ætti að hafa hitavarnaraðgerð til að stöðva rafhlöðuna þegar hitastigið er of hátt eða of lágt. Það er jafnvel hægt að skipta í hleðsluhitavörn og losunarhitavörn osfrv.
• Jafnvægisaðgerð: Fyrir fartölvur og aðrar rafhlöður í mörgum röðum er ósamræmi milli frumna vegna mismunandi framleiðsluferlis. Til dæmis er innra viðnám sumra frumna meiri en aðrar. Þetta ósamræmi mun smám saman versna undir áhrifum ytra umhverfisins. Þess vegna er nauðsynlegt að hafa jafnvægisstjórnunaraðgerð til að útfæra jafnvægi frumunnar. Það eru almennt tvær tegundir af jafnvægi:

1.Hlutlaus jafnvægi: Notaðu vélbúnað, svo sem spennusamanburð, og notaðu síðan viðnám hitaleiðni til að losa umframafl rafhlöðunnar með mikla afkastagetu. En orkunotkunin er mikil, jöfnunarhraði er hægur og skilvirkni er lítil.

2.Virkt jafnvægi: notaðu þétta til að geyma afl frumna með hærri spennu og losar það til frumunnar með lægri spennu. Hins vegar, þegar þrýstingsmunurinn á milli aðliggjandi frumna er lítill, er jöfnunartíminn langur og hægt er að stilla jöfnunarspennuþröskuldinn á sveigjanlegri hátt.

Hefðbundin löggilding

Að lokum, ef þú vilt að rafhlöðurnar þínar komist inn á alþjóðlegan eða innlendan markað, þurfa þær einnig að uppfylla skylda staðla til að tryggja öryggi litíumjónarafhlöðunnar. Frá frumum til rafhlöður og hýsilvörur ættu að uppfylla samsvarandi prófunarstaðla. Þessi grein mun einbeita sér að innlendum rafhlöðuverndarkröfum fyrir rafrænar upplýsingatæknivörur.

GB 31241-2022

Þessi staðall er fyrir rafhlöður í færanlegum rafeindatækjum. Það tekur aðallega til skilyrða 5.2 fyrir örugga vinnu, 10.1 til 10.5 öryggiskröfur fyrir PCM, 11.1 til 11.5 öryggiskröfur um kerfisverndarrás (þegar rafhlaðan sjálf er án verndar), 12.1 og 12.2 kröfur um samræmi og viðauka A (fyrir skjöl) .

u Skilmálar 5.2 krefst þess að frumbreytur og rafhlöðubreytur séu samræmdar, sem má skilja þannig að vinnufæribreytur rafhlöðunnar ættu ekki að fara yfir svið frumna. Hins vegar þarf að tryggja að breytur rafhlöðuvarnarbúnaðar fari ekki yfir svið frumna? Það er mismunandi skilningur, en frá sjónarhóli rafhlöðuhönnunaröryggis er svarið já. Til dæmis er hámarkshleðslustraumur frumu (eða frumublokkar) 3000mA, hámarksvinnustraumur rafhlöðunnar ætti ekki að fara yfir 3000mA og verndarstraumur rafhlöðunnar ætti einnig að tryggja að straumurinn í hleðsluferlinu ætti ekki að fara yfir 3000mA. Aðeins þannig getum við verndað og forðast hættur. Fyrir hönnun á verndarbreytum, vinsamlegast vísa til viðauka A. Þar er litið á færibreytuhönnun frumu – rafhlöðu – hýsils sem er í notkun, sem er tiltölulega yfirgripsmikil.

u Fyrir rafhlöður með verndarrás þarf öryggisprófun á 10,1~10,5 rafhlöðuverndarrás. Þessi kafli fjallar aðallega um hleðslu yfir spennuvörn, hleðslu yfir straumvörn, afhleðslu undir spennuvörn, afhleðslu yfir straumvörn og skammhlaupsvörn. Þessa er getið hér að ofanHagnýt öryggishönnunog grunnkröfur. GB 31241 krefst þess að athuga 500 sinnum.

u Ef rafhlaðan án verndarrásar er vernduð af hleðslutækinu eða endabúnaði hennar skal öryggisprófun 11.1~11.5 kerfisverndarrásar fara fram með ytri verndarbúnaðinum. Spenna, straumur og hitastýring hleðslu og afhleðslu eru aðallega rannsökuð. Það er athyglisvert að í samanburði við rafhlöður með verndarrásum geta rafhlöður án verndarrása aðeins reitt sig á vernd búnaðar í raunverulegri notkun. Áhættan er meiri, þannig að venjulegur gangur og stök bilunarskilyrði verða prófuð sérstaklega. Þetta neyðir endabúnaðinn til að hafa tvöfalda vernd; annars getur það ekki staðist prófið í 11. kafla.

u Að lokum, ef það eru margar raðfrumur í rafhlöðu, þarftu að huga að fyrirbæri ójafnvægrar hleðslu. Samræmispróf 12. kafla er krafist. Jafnvægis- og mismunaþrýstingsvörn PCB er aðallega rannsökuð hér. Þessi aðgerð er ekki nauðsynleg fyrir einfruma rafhlöður.

GB 4943.1-2022

Þessi staðall er fyrir AV vörur. Með aukinni notkun á rafhlöðuknúnum rafeindavörum gefur nýja útgáfan af GB 4943.1-2022 sérstakar kröfur um rafhlöður í viðauka M, metur búnað með rafhlöðum og verndarrásum þeirra. Byggt á mati á rafhlöðuverndarrásinni hefur einnig verið bætt við viðbótaröryggiskröfum fyrir búnað sem inniheldur auka litíum rafhlöður.

u Önnur litíum rafhlaða verndarrásin rannsakar aðallega ofhleðslu, ofhleðslu, öfuga hleðslu, hleðsluöryggisvörn (hitastig), skammhlaupsvörn o.s.frv. Tekið skal fram að þessar prófanir þurfa allar eina bilun í verndarrásinni. Þessi krafa er ekki nefnd í rafhlöðustaðlinum GB 31241. Þannig að við hönnun rafhlöðuverndaraðgerða þurfum við að sameina staðlaðar kröfur rafhlöðu og hýsils. Ef rafhlaðan hefur aðeins eina vörn og enga óþarfa íhluti, eða rafhlaðan hefur enga verndarrás og verndarrásin er eingöngu veitt af hýsilnum, ætti hýsilinn að vera með í þessum hluta prófsins.

Niðurstaða

Að lokum, til að hanna örugga rafhlöðu, auk valsins á efninu sjálfu, eru síðari burðarvirkishönnun og hagnýt öryggishönnun jafn mikilvæg. Þrátt fyrir að mismunandi staðlar hafi mismunandi kröfur um vörur, ef hægt er að líta á öryggi rafhlöðuhönnunar til að fullnægja kröfum mismunandi markaða, getur afgreiðslutími minnkað verulega og hægt að flýta vörunni á markað. Auk þess að sameina lög, reglugerðir og staðla mismunandi landa og svæða, er einnig nauðsynlegt að hanna vörur sem byggjast á raunverulegri notkun rafhlöðu í tengivörum.