Қауіпсіздік мысалы, литий-ионды батареяны қорғау шаралары және жарылыс себептері

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Zentral elektriko eramangarrien hornitzailea

Литий негізіндегі батарея соңғы 20 жылдағы ең жылдам батарея жүйесі болып табылады және қазіргі уақытта электронды өнімдерде кеңінен қолданылады. Жақында ұялы телефондар, ноутбуктардың жарылысы негізінен батареяның жарылуы. Қандай ұялы телефон мен ноутбуктың аккумуляторы жұмыс істейді, қалай жұмыс істейді, неліктен жарылыс, жарылыстың алдын алу керек.

Литий-ионды батареяның өзегі 4,2 ​​В жоғары кернеуге зарядталғаннан кейін ол пайда бола бастайды. Артық зарядтау қысымы жоғары, сонымен қатар қауіп жоғары.

Литий батареясының кернеуі 4,2 ​​В-тан жоғары болғаннан кейін, оң электрод материалындағы литий атомдарының қалған саны жартысынан аз, ал сақтау құрылғысы жиі құлайды, осылайша батарея сыйымдылығы тұрақты төмендейді. Егер ол зарядталуын жалғастырса, теріс электродтың резервуары литий атомымен толтырылғандықтан, одан кейінгі литий металы теріс материалдың бетінде жиналады.

Бұл литий атомдары теріс беттік бағыттан литий ионына дейін тармақталған кристалдану болады. Бұл литий металл кристалдары оң және теріс қысқа тұйықталулар жасау үшін диафрагма қағазы арқылы өтеді. Кейде қысқа тұйықталу алдында батарея алдымен жарылып кетеді, өйткені артық зарядтау процесі, электролит және басқа материалдар сияқты материалдар газды жарып жібереді, осылайша батарея корпусы немесе қысым клапаны бұзылып, оттегінің теріс бетіндегі литий атомдық реакциясына енуіне мүмкіндік береді, Өз кезегінде жарылады.

Сондықтан литий-иондық аккумулятор зарядталғанда, оны батареяның қызмет ету мерзімін, сыйымдылығын және қауіпсіздігін ескере отырып, кернеудің жоғарғы шегін орнату үшін орнату қажет. Ең қажет зарядтау кернеуінің шегі - 4,2 В.

Литий батареясы зарядсызданған кезде кернеу шегі болуы керек. Кейбір материалдар батарея кернеуі 2,4 В төмен болғанда жойылады.

Сондай-ақ, батарея өздігінен разрядталатындықтан, кернеу неғұрлым ұзақ болса, соғұрлым аз болады, сондықтан оны зарядсызданған кезде 2,4 В дейін қоймаған дұрыс. Литий-ионды аккумулятор 3-тен таусылған.

0В-тан 2,4В-қа дейін, ал босатылған энергия батарея сыйымдылығының шамамен 3% ғана құрайды. Сондықтан, 3.

0В идеалды разрядты тоқтату кернеуі. Зарядтау және разрядтау кезінде кернеу шегінен басқа токтың шегі де қажет. Ток тым үлкен болғанда, литий ионы сақтау торына кірмейді, ол материалдың бетінде біріктіріледі.

Бұл литий иондары электронды түрде болғаннан кейін материалдың бетінде литий атомдық кристалдануы орын алады, бұл қауіпті тудыруы мүмкін шамадан тыс зарядпен бірдей. Крекинг болған жағдайда ол жарылып кетеді. Сондықтан литий-иондық батареяларды қорғауды қамту керек: зарядтау кернеуінің жоғарғы шегі, разряд кернеуінің шегі және токтың жоғарғы шегі.

Жалпы алғанда, литий-ионды батарея ұяшығынан басқа, осы үш қорғанысты қамтамасыз ету үшін маңызды болып табылатын қорғаныс тақтасы болады. Дегенмен, протектордың үш қорғанысы жеткіліксіз екені анық, ал жаһандық литий-ионды батареяның жарылысы әлі де өмірбаян болып табылады. Батарея жүйесінің қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін батареяның жарылуын мұқият талдау керек.

Жарылыс себептері: 1, ішкі поляризация; 2, экстремалды таспаны сіңіру, электролитпен реактивті барабан; 3, электролиттің өзінің сапасы, өнімділігі мәселесі; 5, монтаждау процесінде лазерлік дәнекерлеуді тығыздау өнімділігі нашар, суға батыру ағып кеткен кезде ағып кету; 6, шаң, полярлы шаң алдымен микро-қысқа тұйықталуды оңай тудырады; 7, оң және теріс полюстер процесс диапазонынан қалың, қабық қиын; 8, ескертпе Сұйықтықты тығыздау мәселесі, болат шарикті тығыздау өнімділігі газ барабанының пайда болуына әкелмейді; 9, корпус материалының қалыңдығы бар, корпустың деформациясының қалыңдығы; 10, сыртқы орта температурасы да жарылыстың маңызды себебі болып табылады. Батарея ядросының жарылуының жарылыс түрін талдау түрін сыртқы қысқа тұйықталу, ішкі қысқа тұйықталу және зарядтың үш түрі ретінде қорытындылауға болады. Мұндағы сыртқы жүйе аккумулятор жинағындағы нашар оқшаулау конструкциясынан туындаған қысқа тұйықталуларды қамтитын аккумулятордың сыртқы бөлігін білдіреді.

Қысқа тұйықталу батарея ұяшығының сыртында болғанда, электрондық құрамдас үзілмейді, ал батарея ұяшығының ішкі бөлігі жоғары қызуға ие болады, нәтижесінде электролит ішінара буланады және батарея қабығын қолдайды. Батареяның ішкі температурасы Цельсий бойынша 135 градусқа дейін жоғары болғанда, диафрагманың сапасы жабылады, электрохимиялық реакция тоқтатылады немесе аяқталуға жақын, ток күрт төмендейді және температура баяу төмендейді, бұл өз кезегінде жарылыстың алдын алады. Дегенмен, жұқа саңылаулардың жабылу жылдамдығы тым нашар немесе жұқа саңылау диафрагма қағазын жаппайды, ол көтерілуді жалғастырады, электролит көп болады және батарея корпусын аяқтайды, тіпті батарея температурасы 燃 并 және жарылып кетуі үшін батарея температурасын арттырады.

Ішкі қысқа тұйықталу маңызды, себебі мыс фольга алюминий фольгасының мембранасын тартып жатыр немесе литий атомының тармақтары диафрагманы киеді. Бұл жұқа инелер микро қысқа тұйықталуларды тудыруы мүмкін. Ине өте жұқа болғандықтан, белгілі бір қарсылық мәні бар, сондықтан ток міндетті емес.

Мыс алюминий фольга желімі өндіріс процесінен туындайды. Ақаулық кішкентай болғандықтан, кейде ол күйіп кетеді, осылайша батарея қалыпты жағдайға оралады. Демек, қаңылтырдан туындаған жарылыс ықтималдығы жоғары емес.

Осылайша, ұяшықтардың әрқайсысының ішінен ішке зарядталған қысқа батареяны алуға болады. Дегенмен, жарылыс оқиғасы орын алды, бірақ ол статистикалық қолдауға ие болды. Сондықтан ішкі қысқа тұйықталудан туындаған жарылыс шамадан тыс зарядталғандықтан маңызды.

Өйткені, бұл ине тәрізді литий металының кристалдануы және ол микро-қысқа тұйықталу. Сондықтан батареяның температурасы бірте-бірте көтеріледі, ақырында жоғары температура газды электролитке айналдырады. Бұл жағдай, ол материалды жағу жарылыс жасауға тым жоғары ма, немесе сыртқы қабықшасы бірінші сынған, сондықтан ауа инвестиция және литий металл, ол жарылыс болып табылады.

Дегенмен, шамадан тыс ішкі қысқа тұйықталудан туындаған бұл жарылыс зарядтау кезінде міндетті түрде орын алмайды. Материалдың күйіп кетуіне жол бермеу үшін батареяның температурасы жоғары болмауы мүмкін. Газ пайда болған кезде тұтынушы батарея корпусын бұзуға жеткіліксіз, тұтынушы ұялы телефонмен өшіп, зарядтауды тоқтатады.

Осы уақытта көптеген микро-қысқа тұйықталулардың жылуы батареяның температурасын баяу арттырады, белгілі бір уақыт кезеңінен кейін тек жарылыс. Тұтынушының жалпы сипаттамасы - телефонды алып, телефонның қызып кеткенін, содан кейін жарылғанын анықтау. Жарылыстардың кейбір түрлерінде біз жарылысқа төзімді фокусты алдын алуға, сыртқы қысқа тұйықталуға жол бермеуге және батарея қауіпсіздігін үш аспектіге жақсартуға болады.

Олардың ішінде шамадан тыс жүктеменің алдын алу және сыртқы қысқа тұйықталудың алдын алу электронды қорғанысқа жатады және аккумулятор жүйесінің дизайнымен және аккумулятор жинағымен үлкен байланыста. Электр қауіпсіздігін жақсартудың басты мақсаты – аккумулятордың негізгі өндірушісімен үлкен байланысы бар химиялық және механикалық қорғаныс. Қауіпсіз қауіпті литий-иондық аккумуляторлардың қауіпсіздік мәселелері бассейн материалдарының сипатына ғана емес, сонымен қатар аккумуляторды дайындау технологиясы мен пайдалануға байланысты.

Ұялы телефонның аккумуляторында, бір жағынан, қорғаныс тізбегінің істен шығуына байланысты жиі жарылыс оқиғалары бар, бірақ одан да маңыздысы, материалға іргелі шешім жоқ. Литий кобальт-кобальтаты өте жетілген жүйе, бірақ заряд толтырылғаннан кейін оң электродта қалу үшін әлі де литий иондарының көп мөлшері бар. Ол толтырылған кезде оң электродта қалған литий иондары теріс электродқа жиналады.

Дендридті құрайтын теріс электрод литий кобальтатты материалдың батареясы бар сөзсіз батареяның сөзсіз нәтижесі болып табылады. Тіпті қалыпты зарядтау және разряд процесінде дендриттерді және литий кобальтатты материалды қалыптастыру үшін теріс электродқа бос литий ионының артық болуы мүмкін. Энергия грамына 270 мА-ден асады, бірақ оның циклдық өнімділігін қамтамасыз ету үшін нақты пайдалану қуаты теориялық қуаттың жартысы ғана.

Қолдану кезінде қандай да бір себептермен (басқару жүйесінің зақымдалуы сияқты) аккумулятордың зарядтау кернеуі тым жоғары және оң электродта қалған литийдің бір бөлігі электролиттің металл литий түрінде металл түрінде тұндырылғанын шығарады. Ішкі қысқа тұйықталу үшін диафрагманы дендритті жабыстырыңыз. Электролиттің маңызды құрамдас бөлігі карбонат болып табылады, тұтану температурасы өте төмен, қайнау температурасы да төмен және ол белгілі бір жағдайларда күйіп кетеді немесе жарылады.

Егер аккумулятордың қызып кетуі болса, ол электролиттегі карбонаттардың тотығуына және қалпына келуіне әкелуі мүмкін, газдың көп мөлшері және одан да көп жылу пайда болады, мысалы, сақтандырғыш клапанның болмауы немесе газдың сақтандырғыш клапан арқылы шығарылмауы, аккумулятордың қысымы күрт көтеріліп, жарылысқа әкеледі. Полимерлі электролит литий-ионды батарея қауіпсіздік мәселелерін түбегейлі шешпейді, ал литий кобальтаты және органикалық электролит және электролит гель болып табылады, ол ағып кету оңай емес және одан да күшті жану орын алады, жану полимерлі батареяның қауіпсіздігі болып табылады. Ең жақсы мәселе. Сондай-ақ пайдалануда кейбір мәселелер бар және батареяда қысқа тұйықталу немесе ішкі қысқа тұйықталу болады.

Сыртқы қысқа тұйықталу уақыты батареяның лезде разряды, ішкі блокта көп энергияны, үлкен жылуды тұтынады. Ішкі қысқа тұйықталу үлкен ток құрайды, ал температураның көтерілуі балқуға әкеледі, ал қысқа тұйықталу аймағы кеңейеді, бұл өз кезегінде тұйық шеңберді құрайды. Литий-ионды батарея 3-тен 4-ке дейінгі жоғары жұмыс кернеуі болып табылады.

Бір батареяға 2 В. Алдыңғы ерітіндіні ыдырау кернеуі 2В-тан жоғары алу керек, ал органикалық электролит жоғары ток пен жоғары температура кезінде электролит болады және газ пайда болады. Нәтижесінде ішкі қысымның жоғарылауы, корпустың қатты сынуы.

Шамадан тыс зарядтау корпуста крекинг болған жағдайда, ауамен тікелей байланыста болған жағдайда металл литийін тұндыруы мүмкін, нәтижесінде жану және электролит, күшті жалын, жылдам кеңею, жарылыс. Сонымен қатар, дұрыс пайдаланбау салдарынан батареяның қысқа тұйықталуы бар, мысалы, қысу, соққы және су, т.б., бұл батареяның қысқа тұйықталуын, зарядсыздану немесе зарядтау процесінде экзотермді тудыруы мүмкін.

Литий-ионды батареялардың қауіпсіздігі: дұрыс пайдаланбау салдарынан батареяның шамадан тыс зарядсыздануын немесе шамадан тыс зарядталуын болдырмау үшін мономерлі литий-ионды батареяда үш есе қорғаныс механизмі қамтамасыз етілген. Біріншіден, коммутация элементі қолданылады. Батареядағы температура көтерілгенде оның кедергісі артады, температура тым жоғары болған кезде қуат автоматты түрде тоқтатылады; екіншісі - тиісті бөлім материалын таңдау, температура белгілі бір мәнге көтерілгенде, бөлімдегі микрофон микрофоны автоматты түрде ерітіледі, осылайша литий ионы өте алмайды, ішкі реакция тоқтатылады; үшіншісі - қауіпсіздік клапанын қамтамасыз ету (яғни, батареяның ішкі қысымы белгілі бір мәнге дейін көтеріледі, қауіпсіздік клапаны батареяның қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін автоматты түрде ашылады.

Кейде, аккумулятордың өзі қауіпсіздікті бақылау шараларына ие болса да, ақаулық тудыратын кейбір себептер, қауіпсіздік клапандарының немесе газдың болмауы қауіпсіздік клапанының босатылуы арқылы келесідей емес, батареядағы компрессор күрт көтеріліп, жарылыс тудырады. Жалпы алғанда, литий-иондық аккумулятордың жалпы энергиясы мен қауіпсіздігі кері қатынаста, жаңа батарея сыйымдылығымен батареяның көлемі де артады, оның жылуды тарату өнімділігі нашарлайды және жазатайым оқиғалардың ықтималдығы айтарлықтай артады. Ұялы телефондарға арналған литий-ионды аккумуляторлар туралы негізгі талаптар қауіпсіздік апаттарының ықтималдығының бірі болып табылады, бұл да жұртшылық қабылдай алатын минималды стандарт.

Үлкен сыйымдылықты литий-ионды батареялар туралы, әсіресе автомобильдер және т.б., жылуды мәжбүрлеп тарату, әсіресе маңызды. Қауіпсізірек электрод материалын таңдаңыз, литий манганаты материалын таңдаңыз және оң электродтың литий ионының толық қуат күйінде теріс электрод көміртегі саңылауына толығымен енгізілгеніне көз жеткізіңіз.

Сонымен қатар, литий манганатының қатты құрылымы бар, оның тотығу қасиеттері литий кобальтаттан әлдеқайда төмен, ал ыдырау температурасы литий кобальтаттан 100 ° C асып түседі, тіпті ішкі қысқа тұйықталу (акупунктура), сыртқы қысқа тұйықталу, ол толық зарядталған кезде, ол металдың күйіп қалу қаупін алдын ала алады. литий. Сонымен қатар, литий манганатының материалы да айтарлықтай азайтылуы мүмкін. Қолданыстағы қауіпсіздікті басқару технологиясының өнімділігін жақсартыңыз, алдымен литий-ионды батарея өзектерінің қауіпсіздік көрсеткіштерін жақсартыңыз, бұл үлкен сыйымдылықтағы батареялар үшін өте маңызды.

Жақсы термиялық өшіру өнімділігі бар диафрагманы таңдау, диафрагманы пайдалану литий иондарының өтуіне мүмкіндік беретін аккумулятордың оң және теріс электродтары арқылы өту болып табылады. Температура көтерілген кезде ол диафрагма ерігенше жабылады, осылайша ішкі кедергі 2000 Ом-ға дейін көтеріледі, осылайша ішкі реакция тоқтайды. Ішкі қысым немесе температура белгіленген өлшемдерге жеткенде, жарылысқа қарсы клапан ашылады, қысымды орындай бастайды және ішкі газ тым шаршайды, деформация, сайып келгенде, корпустың жарылуына әкеледі.

Басқару сезімталдығын жақсартыңыз, неғұрлым сезімтал басқару параметрлерін таңдаңыз және бірнеше параметрлері бар бірлескен басқару (бұл әсіресе үлкен сыйымдылықтағы батареялар үшін маңызды). Үлкен сыйымдылықты литий-ионды батареялар жинағына келетін болсақ, ноутбуктің кернеуі 10 В, сыйымдылығы үлкен және кернеу талаптарын 3-тен 4 бірлік ұяшыққа қанағаттандыруға болады, содан кейін үлкен сыйымдылықты қамтамасыз ету үшін 2 ~ 3 сериялы батарея жинағы параллельді / параллельді болып табылады. Сыйымдылығы үлкен аккумулятор жинағының өзі толық қорғанысты орнатуы керек, сонымен қатар екі тақша модулін де қарастыру керек: қорғаныс схемасы модулі және SmartBatteryGaugeboard модулі.

Батареяны қорғаудың барлық жиынтығы мыналарды қамтиды: 1-деңгейдегі қорғаныс IC (батареяның шамадан тыс зарядталуын, артық басуын, қысқа тұйықталуын болдырмау), 2-деңгейдегі қорғаныс IC (2-ші артық толып кетудің алдын алу), сақтандырғыш, жарық диоды индикаторы, температураны реттеу. Көп деңгейлі қорғаныс механизмі бойынша, қуат зарядтағышында ауытқу болған жағдайда да, ноутбукта ауытқу бар, ноутбуктың аккумуляторы тек автоматты қорғанысқа ауыстырылуы мүмкін, егер жағдай күрделі болмаса, қайта қосудан кейін жиі дұрыс жұмыс істейді, жарылыс жоқ. .