Как производители улучшают безопасность литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы – лучшее, что в 2022 году производители могут предложить для хранения энергии и питания электрической техники, от портативной электроники до мощных транспортных средств. Многие пользователи считают литиевые батареи надежными, ведь частота технических отказов составляет чуть более одного на 10 миллионов. Обычно чрезвычайные происшествия с ними случаются из-за недоработок в конструкции, производственного брака, жестких условий эксплуатации или нарушения правил использования.

Возможны ли 800-вольтные литиевые батареи для вилочных погрузчиков

Однако иногда Li—Ion батареи загораются, что вызывает озабоченность производителей. Они повышают безопасность аккумуляторной продукции тремя способами:

1. Сертификация. Производители испытывают свои продукты на соответствие установленным стандартам и требованиям. Сертификация дает представление о новом аккумуляторе, однако не позволяет предсказать ухудшение характеристик в результате износа или экстремального использования.
2. Полевая диагностика – наблюдение за аномалиями при эксплуатации аккумуляторной батареи. Улучшения возможны путем добавления функций мониторинга в плату системы управления (BMS) или зарядное устройство. Они предупредят пользователей о текущих или предстоящих проблемах.
3. Разумное проектирование. Некоторые отказы неизбежны, поэтому литий-ионные аккумуляторы должны проектироваться так, чтобы минимизировать ущерб при возникновении теплового разгона или иных чрезвычайных ситуаций.

производство-li-ion-аккумуляторов-e1671514432905

Можно ли повторно использовать литиевые аккумуляторы

4. Чистое производство. Скопления инородных частиц опасны для аккумуляторных элементов с ультратонкими сепараторами толщиной всего 20 мкм, которые крайне восприимчивы к загрязнениям. Попадания посторонних веществ невозможно полностью избежать в процессе производства, что иногда приводит к короткому замыканию.

Сертификация литий-ионных аккумуляторов

Сертификация продукции дает зеленый свет для выпуска литий-ионного элемента на рынок; она также необходима для безопасной транспортировки. Например, по стандарту ООН UN/DOT 38.3 литий-ионные элементы проверяются на пригодность к эксплуатации на высоте, проходят тепловые, вибрационные, ударные испытания, проверки на короткое замыкание, перезаряд, принудительный разряд. Но испытываются только новые или довольно свежие литий-ионные элементы, а не отслужившие долгий срок. Проверка безопасности в реальных рабочих условиях упускается из виду.

Сравнение стоимости владения AGM и LFP аккумуляторами или почему свинец мертв

производство-li-ion-elementov-e1671514501728

ПОЛЕВАЯ ДИАГНОСТИКА

Проблемы с техобслуживанием возникают в процессе использования продукта. К литиевым батареям следует относиться как к критически важным деталям в автомобиле или вилочном погрузчике. Это особенно важно, когда они подвергаются стрессовым условиям, включающим перегрев, сверхбыструю зарядку, зарядку на холоде, вибрации. Полевая диагностика помогает следить за изменением состояния батареи.

Поврежденный литий-ионный аккумулятор более опасен, чем свинцово-кислотный или никель-кадмиевый. Большинство пожаров вызвано разрушением сепаратора, которое может стать причиной короткого замыкания. Сепаратор портится, например, из-за излишка циклов, а также образования дендритов от частой сверхбыстрой зарядки или зарядки при низких температурах. Хранение литий-ионных батарей в условиях низкого уровня заряда тоже приводит к образованию дендритов.

Как правило, неисправный сепаратор в литий-ионном элементе способен незначительно повышать саморазряд, при этом состояние аккумулятора остается стабильным. Однако, в редких случаях, между электродами элемента начинает протекать значительный ток, вызывающий повышенный нагрев, дальнейшее разрушение и тепловой разгон. Температура короткозамкнутой ячейки может достичь 500°C, после чего она загорается или взрывается.

Умные управляющие платы BMS, зарядные или портативные устройства с диагностическими функциями способны сообщить пользователю о возможных дефектах или проблемах. Платы BMS отслеживают температуру и отключают батарею при достижении критических значений. Новое программное обеспечение на основе передового машинного обучения (AML) выходит за рамки измерения напряжения, тока, сопротивления и подсчета кулонов. Например, оно позволяет оценивать реальную емкость батареи во время зарядки.

Разумное проектирование

В процессе эксплуатации литиевого аккумулятора происходит постепенная деградация элементов. В частности, внутреннее давление растет и уменьшает толщину сепаратора. В связи с этим для ячеек призматического и пакетного типа ячеек следует предусмотреть запас на расширение или защитные клапаны.

Старение литий-ионных элементов приводит к росту границы интерфейса твердого электролита (SEI) на аноде, а также к окислению электролита (EO) на катоде. Для борьбы с этими процессами производители используют химические добавки.

Другие меры предосторожности при проектировании включают:

ограничение тока в параллельной конфигурации, чтобы сделать закороченный элемент безопасным;
автоматическое снижение напряжения при снижении емкости батареи, что уменьшает давление на электроды;
создание корпусов, препятствующих распространению огня от ячейки к ячейке;
обеспечение выхода образовавшихся газов;
отслеживание номеров партий вплоть до уровня аккумуляторных ячеек.

Какие 4 вещи важно получить от производителя после покупки литиевого аккумулятора

Чистое производство

Ведущие производители аккумуляторов разделяют стандарты чистоты с производителями полупроводников. На микроэлектронных производствах чистота помещений соответствуют стандарту ISO 4 (класс 10) – это значит до 10 000 микрочастиц размером от 0,1 мкм в кубическом метре воздуха. Литий-ионные аккумуляторы часто изготавливают в менее чистых помещениях, что снижает качество продукции.

Материалы сайта не подлежат использованию кем-либо, в какой бы-то ни было форме, включая воспроизведение, распространение, переработку, не иначе как с письменного разрешения редакции Forklift.Blog. Использование материалов сайта без разрешения его владельца является нарушением авторских прав и преследуется по закону.

Темы этой статьи:

Тяговые АКБ

Литий-ионные АКБ

Автор статьи: Энергинский К.А.
Специалист по аккумуляторной технологии
Автор-эксперт в области литий-ионных аккумуляторов

Опубликовано: 10 ноября 2022