Charakterystyka baterii litowo-jonowych
Lit jest najmniejszym i najbardziej żywym metalem w tabeli cyklu chemicznego. Mała objętość i tak duża gęstość objętościowa, jest szeroko popularna wśród konsumentów i inżynierów. Jednak charakterystyka chemiczna jest zbyt żywa, niesie ze sobą niezwykle wysokie ryzyko. Metal litowy wystawiony na działanie powietrza z tlenem powoduje intensywne utlenianie i eksplozję. Aby poprawić bezpieczeństwo i napięcie, naukowcy wynaleźli materiały, takie jak grafit i kobaltan litu, do przechowywania atomów litu. Struktura molekularna tych materiałów tworzy małą sieć magazynującą, którą można wykorzystać do przechowywania atomów litu. W ten sposób, nawet jeśli powłoka baterii pęknie i dostanie się tlen, tlen jest zbyt duży, aby cząsteczki tlenu mogły dostać się do tych małych komórek magazynujących, tak że atomy litu nie stykają się z tlenem i unikają eksplozji. Ta zasada akumulatorów litowo-jonowych umożliwia ludziom osiągnięcie celów bezpieczeństwa przy jednoczesnym uzyskaniu wysokiej gęstości pojemności.
Gdy akumulator litowo-jonowy jest naładowany, dodatnie atomy litu tracą swoje elektrony i utleniają się do jonów litu. Jony litu przepływają przez elektrolit do elektrody ujemnej, wchodzą do sieci magazynującej elektrody ujemnej i uzyskują elektron zredukowany do atomów litu. Po wypisaniu cała procedura odwraca się do góry nogami. Aby zapobiec zwarciu między biegunami dodatnimi i ujemnymi, należy użyć papieru membranowego z wieloma cienkimi otworami, aby zapobiec zwarciu. Dobry papier membranowy może również automatycznie zamykać drobny otwór, gdy temperatura baterii jest zbyt wysoka, aby jony litu nie mogły przejść, aby zmarnować sztuki walki, aby zapobiec niebezpieczeństwu.
Środki ochronne
Ogniwa baterii litowej mogą zacząć wywoływać skutki uboczne po przeładowaniu do napięcia powyżej 3,7V. im wyższe napięcie przeładowania, tym wyższe ryzyko. Gdy napięcie litu jest wyższe niż 3,7 V, liczba atomów litu w materiale katody jest mniejsza niż połowa materiału katody, gdy siatka magazynująca często zapada się, powodując trwały spadek pojemności baterii. Jeśli ładowanie będzie kontynuowane, metaliczny lit będzie gromadził się na powierzchni materiału ujemnego, ponieważ ujemna sieć magazynująca jest już wypełniona atomami litu. Te atomy litu rozwijają krystalizację gałęzi od ujemnej powierzchni w kierunku jonów litu. Te kryształy litu metalicznego przechodzą przez papier membrany, aby zwierać bieguny dodatnie i ujemne. Czasami akumulator eksploduje przed zwarciem, ponieważ w procesie przeładowania elektrolit i inne materiały rozbijają gaz, powodując pęknięcie powłoki akumulatora lub zaworu ciśnieniowego, umożliwiając reakcję tlenu z atomami litu nagromadzonymi na ujemnej powierzchni, a następnie eksplodować. Dlatego podczas ładowania baterii litowej musimy ustawić limit napięcia, aby jednocześnie wziąć pod uwagę żywotność, pojemność i bezpieczeństwo baterii. Idealna górna granica napięcia ładowania 3,6V.
Powinna również istnieć granica niskiego napięcia dla rozładowania baterii litowej. Gdy napięcie ogniwa jest mniejsze niż 2V, część materiału zaczyna ulegać zniszczeniu. A ponieważ akumulator sam się rozładowuje, im dłużej akumulator nie jest ładowany, tym napięcie akumulatora będzie niższe. dlatego najlepiej nie rozładowywać wolta ogniwa do 2V. Pojemność rozładowania baterii litowej od 3,0 V do 2,8 V to tylko około 3% pojemności akumulatora. Zatem 3.0V jest idealnym napięciem odcięcia rozładowania.
W procesie ładowania i rozładowywania konieczne jest również ograniczenie prądu. Gdy prąd jest zbyt duży, jony litu są zbyt późno, aby dostać się do przestrzeni magazynowej i gromadzą się na powierzchni materiału. Te jony litu uzyskują elektrony, powodując krystalizację atomową litu na powierzchni materiału, podobnie jak w przypadku przeładowania, powodując niebezpieczne. Jeśli powłoka baterii pęknie, eksploduje.
Dlatego ochrona akumulatora litowo-jonowego obejmuje co najmniej trzy aspekty: limit napięcia ładowania, limit napięcia rozładowania i limit prądu. Ogólnie rzecz biorąc, w akumulatorze litowym, oprócz ogniwa litowego, znajduje się system zarządzania baterią (BMS), BMS jest głównie urządzeniem zapewniającym te trzy zabezpieczenia. Jednak system zarządzania baterią to oczywiście za mało. Widzieliśmy, że wybuchy baterii litowych zdarzają się często na całym świecie. Aby zapewnić bezpieczeństwo systemu baterii, poniżej znajduje się dokładniejsza analiza przyczyny wybuchu baterii:
Przyczyny wybuchu baterii:
1: większa wewnętrzna polaryzacja ogniwa!
2: Płytka polarna pochłania wodę i reaguje z elektrolitem.
3: Problemy z jakością i wydajnością samego elektrolitu.
4: Ilość wtrysku cieczy nie spełnia wymagań procesu.
5: Słaba wydajność uszczelniania spawania laserowego podczas procesu montażu, wycieku powietrza i pomiaru wycieku.
6: kurz, pył polarny jest najpierw łatwy do doprowadzenia do zwarcia mikro, konkretny powód jest nieznany.
7: Arkusz elektrody dodatniej i ujemnej jest grubszy niż zakres procesu i trudno jest wejść do powłoki.
8: Problem z uszczelnieniem wtryskowym i słaba skuteczność uszczelniania stalowych kulek prowadzi do bębna gazowego.
9: materiał powłoki to gruba ściana powłoki, a deformacja powłoki wpływa na grubość.
Analiza
Przyczyny wybuchu baterii litowej można podsumować jakozewnętrzne zwarcie, izwarcie wewnętrzne,iprzeładowanie. Wygląd zewnętrzny odnosi się tutaj do zewnętrznej części ogniwa, w tym do zwarcia spowodowanego słabą izolacją zestawu akumulatorów.
Gdy na zewnątrz dojdzie do zwarcia, a bateria i urządzenia elektroniczne nie odetną obwodu, wewnątrz ogniwa pojawi się wysoka temperatura, powodująca parowanie części elektrolitu i utrzymujące dużą powłokę baterii. Gdy temperatura wewnętrzna akumulatora jest wysoka do 135 stopni Celsjusza, wysokiej jakości papier membranowy zamknie drobny otwór, reakcja elektrochemiczna zakończy się lub prawie zakończy, prąd gwałtownie spadnie, a temperatura powoli spadnie, unikając w ten sposób wybuchu. Jednak szybkość zamykania drobnego otworu jest zbyt niska lub papier membrany, który w ogóle się nie zamyka, spowoduje, że temperatura akumulatora będzie nadal rosła, odparuje więcej elektrolitu i ostatecznie rozbije powłokę akumulatora, a nawet podniesie temperaturę akumulatora, aby materiał pali się i eksploduje.
Wewnętrzne zwarcie jest spowodowane głównie przez zadziory folii miedzianej i aluminiowej lub wygiętą krystalizację atomów litu. Te małe igiełkowate metale mogą powodować mikrozwarcie. Ponieważ igła jest bardzo cienka z pewną rezystancją, prąd nie będzie bardzo duży. W procesie produkcyjnym powstają zadziory z folii miedzianej i aluminiowej, obserwowanym zjawiskiem jest zbyt szybki wyciek baterii, większość z nich może zostać wyeliminowana przez fabrykę rdzenia lub montownię. Ponadto drobne zadziory są małe, czasami spalone, co przywraca baterię do normy. Dlatego prawdopodobieństwo wybuchu spowodowanego mikrozwarciem zadziorowym nie jest wysokie.
Cała fabryka ogniw litowo-jonowych znajdzie baterie o złej jakości, które po krótkim naładowaniu spadną napięcie, ale kilka eksplozji, w odniesieniu do danych statystycznych. Dlatego eksplozja spowodowana wewnętrznym zwarciem jest spowodowana głównie przeładowaniem. Ponieważ przeładowana płyta biegunowa jest pełna igłowej krystalizacji litu, punkty przebicia są wszędzie, co spowoduje mikro zwarcie. Dlatego temperatura akumulatora będzie stopniowo wzrastać, a w końcu wysoka temperatura spowoduje powstanie gazu elektrolitowego. W procesie, niezależnie od tego, czy wysoka temperatura powoduje eksplozję spalania materiału, czy skorupa została najpierw złamana, wpuści powietrze i gwałtowne utlenianie litu, co doprowadzi do wybuchu.
Ale eksplozja spowodowana wewnętrznym zwarciem nie wystąpiła w momencie ładowania. Dzieje się tak, ponieważ temperatura akumulatora nie jest zbyt wysoka, aby materiał się palił lub wytwarzany gaz nie jest wystarczający, aby rozbić powłokę akumulatora, użytkownik przestaje ładować. W tym czasie ciepło generowane przez wiele mikrozwarć powoli zwiększało temperaturę baterii, po pewnym czasie nastąpiła eksplozja.
W oparciu o powyższe typy eksplozji,TorphanZespół techniczny koncentruje się na ochronie przed przeładowaniem, zapobieganiu zewnętrznym zwarciom i poprawie bezpieczeństwa ogniwa przed wybuchem. Wśród nich ochrona przed przeładowaniem oraz ochrona przed zwarciem zewnętrznym należą do zabezpieczeń elektronicznych, co jest silnie związane z konstrukcją systemu bateryjnego i instalacją akumulatora. Celem poprawy bezpieczeństwa ogniw jest ochrona chemiczna i mechaniczna, która jest w dużym stopniu związana z producentami ogniw akumulatorowych.
Specyfikacja projektu
System zarządzania akumulatorem Torphan może zapewnić dwa zabezpieczenia przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i przetężeniem, w tym ładowarkę i akumulator. Ładowarka Torphan zamienia AC na DC i ogranicza maksymalny prąd i maksymalne napięcie DC. Ochrona akumulatora składa się z dwóch części - systemu zarządzania akumulatorem i ogniwa akumulatora. W przypadku pierwszej ochrony system zarządzania akumulatorem może komunikować się z ładowarką, wysyła polecenia, takie jak ograniczenie przepływu i sygnały zatrzymania ładowania do ładowarki, zgodnie z do zebranych informacji o baterii. Gdy ładowarka odbierze sygnał, ładowarka automatycznie zmniejszy prąd ładowania lub przestanie ładować. Gdy ładowarka nie skomunikuje się z systemem zarządzania akumulatorem, system zarządzania akumulatorem odłączy przekaźnik wewnątrz akumulatora i odetnie cały obwód ładowania, co jest drugim zabezpieczeniem. Oznacza to, że nawet w przypadku awarii obwodu akumulator nie być przeładowanym i niebezpiecznym.
Krótko mówiąc, podczas projektowania systemu baterii ochrona elektroniczna jest pierwszą ochroną przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i przetężeniem. Drugim zabezpieczeniem jest system zarządzania baterią.
Chociaż powyższe metody zapewniają dwie ochrony, czasami konsumenci często kupują nieoryginalną ładowarkę do ładowania akumulatorów, gdy ładowarka jest uszkodzona, więc mogą kupić ładowarkę niskiej jakości lub jedną ładowarkę, która nie może komunikować się z zarządzaniem akumulatorami. Doprowadzi to do utraty pierwszej ochrony. Przeładowanie jest najważniejszym czynnikiem wybuchu baterii, dlatego gorsze ładowarki można nazwać sprawcami wybuchu baterii.
Ostatnia linia obrony
Jeśli elektroniczne zabezpieczenie zawiedzie, ostatnią linię obrony zapewni komórka. Poziom bezpieczeństwa ogniwa można nieco zróżnicować w zależności od tego, czy ogniwo można oddzielić zewnętrznym zwarciem i przeładowaniem. Ponieważ zanim bateria wybuchnie, atomy litu gromadzą się wewnątrz na powierzchni materiału. Co więcej, ochrona przed przeładowaniem często wynika z tego, że konsumenci używają gorszej ładowarki i mają tylko jedną linię obrony, dlatego odporność ogniwa na przeładowanie jest ważniejsza niż odporność na zewnętrzne zwarcie.
