Характеристики літій-іонних акумуляторів
Літій - найменший і найжвавіший метал на столі хімічного циклу. Невеликий об’єм і настільки висока щільність об’єму, він користується широкою популярністю серед споживачів та інженерів. Але хімічні характеристики занадто жваві, вони приносять надзвичайно високий ризик. Металевий літій під впливом повітря з киснем викликає інтенсивне окислення та вибух. Для підвищення безпеки та напруги вчені винайшли такі матеріали, як графіт та кобальтат літію, для зберігання атомів літію. Молекулярна структура цих матеріалів утворює невелику решітку для зберігання, яку можна використовувати для зберігання атомів літію. Таким чином, навіть якщо оболонка акумуляторної батареї зламається і кисень потрапить, кисень занадто великий, щоб молекули кисню потрапляли в ці маленькі накопичувальні комірки, так що атоми літію не контактують з киснем і уникають вибуху. Цей принцип роботи літій-іонних акумуляторів дозволяє людям досягти цілей безпеки, отримуючи при цьому високу щільність ємності.
Коли літій-іонна батарея заряджається, позитивні атоми літію втрачають електрони і окислюються до іонів літію. Іони літію підпливають до негативного електроду через електроліт, потрапляють у решітку накопичувача негативного електрода і отримують електрон, відновлений до атомів літію. Після виписки вся процедура перевертається догори дном. Щоб запобігти короткому замиканню між позитивним і негативним полюсами, використовуйте діафрагмовий папір з безліччю тонких отворів, щоб запобігти короткому замиканню. Хороший діафрагмовий папір також може автоматично закрити дрібний отвір, коли температура батареї занадто висока, так що іони літію не можуть пройти, витрачаючи бойові мистецтва, щоб запобігти небезпеці.
Захисні заходи
Елементи літієвих акумуляторів можуть почати мати побічні ефекти після перезарядки до напруги вище 3,7 В. чим вище напруга перезаряду, тим вище ризик. Після того, як напруга літію перевищує 3,7 В, кількість атомів літію в катодному матеріалі становить менше половини катодного матеріалу, коли решітка накопичувача часто руйнується, що спричинює постійне зниження ємності акумулятора. Якщо зарядка триватиме, наступний метал літію накопичуватиметься на поверхні негативного матеріалу, оскільки негативна решітка для зберігання вже заповнена атомами літію. Ці атоми літію розростаються з гігантами кристалізації від негативної поверхні до напрямку іонів літію. Ці кристали металу літію проходять через мембранний папір для короткого замикання позитивного і негативного полюсів. Іноді акумулятор вибухає до короткого замикання, оскільки в процесі перезарядки електроліт та інші матеріали розбивають газ, в результаті чого оболонка батареї або напірний клапан ламаються, дозволяючи кисню реагувати з атомами літію, накопиченими на негативній поверхні, а потім вибухнути. Отже, під час заряджання літієвої батареї ми повинні встановити межу напруги, щоб одночасно враховувати термін служби, ємність та безпеку батареї. Ідеальна верхня межа напруги зарядки 3,6 В.
Також має існувати обмеження низької напруги для розряду літієвої батареї. Коли напруга комірки менше 2 В, частина матеріалу починає руйнуватися. І оскільки батарея саморозряджається, чим довше батарея не заряджається, тим менше напруга батареї. тому найкраще не розряджати вольт клітини до 2В. Ємність розряду літієвої батареї від 3,0 В до 2,8 В становить лише близько 3% від ємності акумулятора. Таким чином, 3,0 В - ідеальна напруга відключення розряду.
У процесі зарядки та розрядки також необхідний обмеження струму. Коли струм занадто великий, іони літію занадто пізно потрапляють у простір для зберігання і збираються на поверхні матеріалу. Ці іони літію отримують електрони, виробляючи атомну кристалізацію літію на поверхні матеріалу, як при надмірному заряджанні, викликаючи небезпеку. Якщо оболонка акумулятора розбивається, вона вибухає.
Тому захист літій-іонної батареї включає щонайменше три аспекти: межу напруги зарядки, межу напруги розряду та межу струму. Як правило, в літієвій батареї, крім літієвої батареї, буде розташована Система управління акумуляторами «BMS», BMS - це головним чином пристрій для забезпечення цих трьох захистів. Однак системи управління акумуляторами, очевидно, недостатньо. Ми бачили, що вибухи літієвих акумуляторів відбуваються по всьому світу. Щоб забезпечити безпеку акумуляторної системи, нижче наведено більш ретельний аналіз причини вибуху акумулятора:
Причини вибуху акумулятора:
1: більша внутрішня поляризація комірки!
2: Полярна пластина поглинає воду і реагує з електролітом.
3: Проблеми з якістю та роботою самого електроліту.
4: Кількість ін’єкції рідини не відповідає технологічним вимогам.
5: Низькі показники герметичності лазерного зварювання під час процесу складання, витоків повітря та вимірювання витоків.
6: Пил, полярний пил спочатку легко призвести до мікрокороткого замикання, конкретна причина невідома.
7: Позитивний і негативний електродний лист товщі, ніж діапазон процесу, і важко потрапити в оболонку.
8: Проблема інжекційного ущільнення та погана герметизація сталевих гранул призводить до газового барабана.
9: Матеріал оболонки - товста стінка оболонки, і деформація оболонки впливає на товщину.
Аналіз
Причини вибуху літієвої батареї можна узагальнити якзовнішнє коротке замикання, iвнутрішнє коротке замикання,іперезарядка. Зовнішній вигляд тут стосується зовнішнього елемента елемента, включаючи коротке замикання, спричинене поганою конструкцією ізоляції акумуляторної батареї.
Коли на вулиці виникає коротке замикання, акумулятор та електронні пристрої не переривають ланцюг, усередині комірки буде відбуватися сильне нагрівання, що спричинить випаровування деякого кількості електроліту та велику оболонку батареї. Коли внутрішня температура батареї досягає 135 градусів Цельсія, якісний діафрагмовий папір закриє дрібний отвір, електрохімічна реакція закінчується або майже припиняється, струм різко падає, а температура повільно падає, уникаючи вибуху. Однак швидкість закриття дрібного отвору занадто низька, або діафрагмовий папір, який взагалі не закривається, змусить температуру батареї продовжувати підвищуватися, випаровувати більше електроліту і, нарешті, зламати корпус батареї і навіть підвищити температуру батареї, щоб матеріал згоряє і вибухає.
Внутрішнє коротке замикання в основному спричинене задиркою мідної фольги та алюмінієвої фольги або криволінійною кристалізацією атомів літію. Ці крихітні голкоподібні метали можуть спричинити мікрокоротке замикання. Оскільки голка дуже тонка з певним опором, струм буде не дуже великим. Мідна та алюмінієва фольга викликані задирами в процесі виробництва. Спостережуване явище полягає в тому, що витік акумулятора відбувається занадто швидко, більшість із них може бути відфільтровано центральним заводом або складальним заводом. Крім того, крихітні заусенці невеликі, іноді згоряють, приводячи батарею в норму. Тому ймовірність вибуху, спричиненого мікрокоротким замиканням задирки, не велика.
усі літій-іонні клітинні заводи знайдуть батареї низької якості, які після невдовгого заряджання знизяться до вольта, але мало вибухів, з урахуванням статистичних даних. Тому вибух, спричинений внутрішнім коротким замиканням, в основному спричинений надмірним зарядом. Оскільки надмірно заряджена полюсна пластина повна голчастої кристалізації металу літію, точки проколу є скрізь, що спричинить мікрокоротке замикання. Тому температура батареї буде поступово підвищуватися, і, нарешті, висока температура буде причиною електролітного газу. У процесі, незалежно від того, чи висока температура викликає вибух матеріалу при горінні, або оболонка була зламана першою, це дозволить пропустити повітря та сильне окислення металу літію, що призведе до вибуху.
Але вибух, викликаний внутрішнім коротким замиканням, не відбувся під час зарядки. Через те, що температура батареї не надто висока, щоб матеріал згорів, або виробленого газу недостатньо, щоб зламати корпус акумулятора, користувач припиняє заряджати. У цей час тепло, яке утворюється багатьма мікрокороткими замиканнями, повільно підвищувало температуру батареї, через деякий час стався вибух.
Виходячи з вищезазначених типів вибуху,ТорфанТехнічна група зосереджена на захисті від перезарядки, запобіганні зовнішньому короткому замиканню та підвищенню безпеки клітини для запобігання вибуху. Серед них захист від перезарядки та запобігання зовнішньому короткому замиканню належать до електронного захисту, який значною мірою пов'язаний з конструкцією акумуляторної системи та встановленням акумуляторних батарей. У центрі уваги поліпшення безпеки елементів є хімічний та механічний захист, який значною мірою пов’язаний з виробниками акумуляторних елементів.
Специфікація конструкції
Система управління акумуляторами Torphan може забезпечити два захисні засоби захисту від перезарядки, перерозрядження та перевантаження по струму відповідно, включаючи зарядний пристрій та акумулятор. Захист акумуляторної батареї складається з двох частин - системи управління акумулятором та елемента батареї. Для першого захисту система управління батареєю може взаємодіяти із зарядним пристроєм, вона надсилатиме на зарядний пристрій такі сигнали, як обмеження витрати та зупинка зарядки. до зібраної інформації про акумулятор. Коли зарядний пристрій отримує сигнал, зарядний пристрій автоматично зменшить струм зарядки або припинить зарядку. Коли зарядний пристрій не може зв’язатись із системою управління акумулятором, система управління батареєю від’єднає реле всередині акумуляторної батареї та відключить весь ланцюг зарядки, що є другим захистом. Це означає, що навіть у разі виходу з ладу батареї не буде бути надто зарядженим і небезпечним.
Коротше кажучи, під час проектування акумуляторної системи електронний захист є першим захистом від перезарядки, перезарядки та перевантаження струмом. Система управління акумулятором - це другий захист.
Незважаючи на те, що вищезазначені способи забезпечують два способи захисту, іноді споживачі часто купують неоригінальний зарядний пристрій, щоб зарядити акумулятори, коли зарядний пристрій розбитий, щоб вони могли придбати зарядний пристрій низької якості або один зарядний пристрій, який не може зв’язатись з управлінням акумулятора. Це призведе до першого втраченого захисту. Перезаряд - це найважливіший фактор вибуху акумулятора, тому нижчі зарядні пристрої можна назвати винуватцем вибуху акумулятора.
Фінальна лінія оборони
Якщо електронний захист вийде з ладу, остання лінія захисту буде забезпечена камерою. Рівень безпеки комірки можна дещо диференціювати залежно від того, чи можна клітинку відокремити зовнішнім коротким замиканням та перезарядкою. Оскільки до вибуху батареї атоми літію накопичуються зсередини на поверхні матеріалу. Більше того, захист від перезарядки часто полягає в тому, що споживачі використовують нижчий зарядний пристрій і мають лише одну лінію захисту, отже, опір перезарядці комірок важливіший за здатність протистояти зовнішньому короткому замиканню.
