Азыркы учурда, литий-иондук батарейкалардын коопсуздук кырсыктарынын көбү батареянын термикалык качып кетишине жана өрткө жана жарылууга алып келген коргоо схемасынын бузулушунан улам келип чыгат. Ошондуктан, литий батареяны коопсуз колдонууну ишке ашыруу үчүн, коргоо схемасын долбоорлоо өзгөчө маанилүү болуп саналат жана литий батареянын иштебей калышына алып келген себептердин бардык түрлөрүн эске алуу керек. Өндүрүш процессинен тышкары, бузулуулар негизинен ашыкча заряд, ашыкча разряд жана жогорку температура сыяктуу тышкы экстремалдык шарттардын өзгөрүшүнөн келип чыгат. Эгерде бул параметрлер реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөнсө жана алар өзгөргөндө тиешелүү коргоо чаралары көрүлсө, жылуулук качуунун пайда болушуна жол бербөөгө болот. Литий батареясынын коопсуздук дизайны бир нече аспектилерди камтыйт: клетканы тандоо, структуралык дизайн жана BMSтин функционалдык коопсуздук дизайны.

Клетка тандоо

Клетканын коопсуздугуна таасир этүүчү көптөгөн факторлор бар, мында клетканын материалын тандоо негиз болуп саналат. Ар кандай химиялык касиеттерге байланыштуу, коопсуздук литий батарейканын ар кандай катод материалдарында өзгөрөт. Мисалы, литий темир фосфаты оливин сымал, ал салыштырмалуу туруктуу жана кулашы оңой эмес. Литий кобальтаты жана литий үчтүк, бирок, кыйрашы оңой болгон катмарлуу түзүлүш. Сепараторду тандоо да абдан маанилүү, анткени анын иштеши клетканын коопсуздугуна түздөн-түз байланыштуу. Ошондуктан уячаны тандоодо аныктоо отчеттору гана эмес, ошондой эле өндүрүүчүнүн өндүрүш процесси, материалдар жана алардын параметрлери да эске алынышы керек.

Структура дизайны

Батареянын структурасы долбоорлоо негизинен жылуулоо жана жылуулук таркатуунун талаптарын карайт.

• Изоляция талаптары жалпысынан төмөнкү аспектилерди камтыйт: Оң жана терс электроддун ортосундагы изоляция; клетка менен корпустун ортосундагы изоляция; мамы тилкелери менен тосмонун ортосундагы изоляция; PCB электр аралыктары жана сүзүү аралыктары, ички зымдарынын дизайны, жерге туташтыруу дизайны ж.б.
• Жылуулук таркатылышы, негизинен, кээ бир чоң энергия сактоо же тартуу батареялары үчүн. Бул батарейкалардын энергиясы жогору болгондуктан, заряддоодо жана кубаттоодо пайда болгон жылуулук абдан чоң. Эгерде жылуулукту өз убагында тарата албаса, жылуулук топтолуп, кырсыкка алып келет. Ошондуктан, тосмо материалдарды тандоо жана долбоорлоо (Ал белгилүү бир механикалык бекемдикке жана чаң өткөрбөйт жана суу өткөрбөйт талаптарга ээ болушу керек), муздатуу системасын жана башка ички жылуулук изоляциясын, жылуулукту таркатууну жана өрт өчүрүү системасын тандоону эске алуу керек.

Батареяны муздатуу системасын тандоо жана колдонуу үчүн мурунку чыгарылышты караңыз.

Функционалдык коопсуздук дизайны

Физикалык жана химиялык касиеттери материалдын заряддоо жана кубаттоо чыңалуусун чектей албастыгын аныктайт. Заряддоо жана кубаттоо чыңалуусу номиналдык диапазондон ашкандан кийин, ал литий батареясына кайтарылгыс зыян келтирет. Демек, литий батареясы иштеп жатканда ички клетканын чыңалуусун жана токту нормалдуу абалда кармап туруу үчүн коргоо схемасын кошуу керек. Батареялардын BMS үчүн төмөнкү функциялар талап кылынат:

• Ашыкча чыңалуудан кубаттоо: ашыкча заряддоо жылуулуктун качышынын негизги себептеринин бири. Ашыкча заряддалгандан кийин катод материалы литий ионунун ашыкча бөлүнүп чыгышынан улам кулап, терс электроддо да литийдин чөгүшү пайда болот, бул термикалык туруктуулуктун төмөндөшүнө жана термикалык качуунун потенциалдуу коркунучуна ээ болгон каптал реакциялардын көбөйүшүнө алып келет. Ошондуктан, заряддоо клетканын жогорку чегине жеткенден кийин токту өз убагында өчүрүү өзгөчө маанилүү. Бул клетканын чыңалуусу ар дайым жумушчу чегинде сакталышы үчүн, BMS ашык чыңалуудан коргоону заряддоо функциясына ээ болушун талап кылат. Коргоо чыңалуусу диапазондун мааниси эмес жана кеңири өзгөрүп турса жакшы болмок, анткени ал батарейка толук заряддалганда токту өз убагында өчүрө албай, ашыкча зарядга алып келиши мүмкүн. BMS коргоо чыңалуу, адатта, клетканын жогорку чыңалуу менен бирдей же бир аз төмөн болушу үчүн иштелип чыккан.
• Ашыкча ток коргоо кубаттоо: Батареяны кубаттоо же разряд чегинен ашкан ток менен заряддоо жылуулуктун топтолушуна алып келиши мүмкүн. Жылуулук диафрагманы эритүү үчүн жетиштүү топтолгондо, ал ички кыска туташууга алып келиши мүмкүн. Ошондуктан, учурдагы коргоо боюнча өз убагында заряддоо да маанилүү болуп саналат. Ашыкча ток коргоо дизайндагы клетканын ток толеранттуулугунан жогору болушу мүмкүн эмес экенине көңүл бурушубуз керек.
• Чыңалуудан коргоо астында разряд: Өтө чоң же өтө аз чыңалуу батареянын иштешине зыян келтирет. Чыңалуу астында үзгүлтүксүз разряд жездин чөгүшүнө жана терс электроддун кулашына алып келет, ошондуктан жалпысынан батареянын чыңалуудан коргоо функциясы астында разряд болот.
• Ток коргоосунан ашыкча разряд: PCB зарядынын жана разрядынын көпчүлүгү бир эле интерфейс аркылуу, бул учурда заряд жана разряддан коргоо агымы шайкеш келет. Бирок кээ бир батарейкалар, өзгөчө электр шаймандары үчүн батарейкалар, тез кубаттоо жана башка типтеги батареялар чоң токтун разрядын же заряддоону колдонуу керек, азыркы учурда агым дал келбейт, андыктан эки цикл башкарууда заряддоо жана разряддоо жакшы.
• Кыска туташуулардан коргоо: Батареянын кыска туташуулары да эң кеңири таралган кемчиликтердин бири. Кээ бир кагылышуулар, туура эмес колдонуу, кысуу, ийне сайуу, суунун кириши ж.б. Кыска туташуу дароо чоң разряд тогун жаратат, натыйжада батареянын температурасы кескин жогорулайт. Ошол эле учурда сырткы кыска туташуудан кийин клеткада адатта бир катар электрохимиялык реакциялар жүрөт, бул бир катар экзотермиялык реакцияларга алып келет. Кыска туташуулардан коргоо да ашыкча ток коргоонун бир түрү болуп саналат. Бирок кыска туташуу агымы чексиз болот, жылуулук жана зыян да чексиз, ошондуктан коргоо өтө сезгич болушу керек жана автоматтык түрдө иштетилиши мүмкүн. Кыска туташуулардан коргоонун кеңири таралган чараларына контакторлор, сактагычтар, мос ж.б.
• Ашыкча температурадан коргоо: Батарея чөйрөнүн температурасына сезгич. Өтө жогорку же өтө төмөн температура анын иштешине таасирин тийгизет. Ошондуктан, батареянын иштөөсүн чектүү температурада сактоо маанилүү. BMS температура өтө жогору же өтө төмөн болгондо батареяны токтотуу үчүн температураны коргоо функциясына ээ болушу керек. Ал тургай, заряддын температурасын коргоо жана разряд температурасын коргоо ж.б.
• Баланстоо функциясы: Ноутбук жана башка көп сериялуу батарейкалар үчүн өндүрүш процессиндеги айырмачылыктарга байланыштуу клеткалардын ортосунда келишпестик бар. Мисалы, кээ бир клеткалардын ички каршылыгы башкаларга караганда чоңураак. Бул карама-каршылык тышкы чөйрөнүн таасири астында акырындык менен күчөй берет. Демек, клетканын тең салмактуулугун ишке ашыруу үчүн тең салмактуулукту башкаруу функциясы болушу зарыл. Көбүнчө тең салмактуулуктун эки түрү бар:

1.Passive тең салмактуулук: Мындай чыңалуу компаратор катары аппараттык, колдонуу, андан кийин жогорку кубаттуулуктагы батареянын ашыкча күчүн бошотуу үчүн каршылык жылуулук диссипациясын колдонушат. Бирок энергия керектөө чоң, теңдөө ылдамдыгы жай жана натыйжалуулугу төмөн.

2.Активдүү баланстоо: жогорку чыңалуудагы клеткалардын күчүн сактоо үчүн конденсаторлорду колдонуңуз жана аны төмөнкү чыңалуудагы клеткага чыгарыңыз. Бирок, чектеш клеткалардын ортосундагы басымдын айырмасы аз болгондо, теңдөө убактысы узак жана теңдөө чыңалуу босогосун ийкемдүүраак коюуга болот.

Стандарттык текшерүү

Акыры, сиз батарейкаңыз эл аралык же ички рынокко ийгиликтүү кирүүсүн кааласаңыз, алар литий-иондук батарейканын коопсуздугун камсыз кылуу үчүн тиешелүү стандарттарга жооп бериши керек. Клеткалардан баштап батарейкаларга жана хост продуктыларына чейин тиешелүү сыноо стандарттарына жооп бериши керек. Бул макалада электрондук IT өнүмдөрү үчүн ата мекендик батарейканы коргоо талаптары каралат.

GB 31241-2022

Бул стандарт көчмө электрондук түзүлүштөрдүн батарейкалары үчүн. Ал негизинен 5.2 коопсуз иштөө параметрлерин, PCM үчүн 10.1ден 10.5ке чейинки коопсуздук талаптарын, системаны коргоо чынжырына 11.1ден 11.5ке чейин коопсуздук талаптарын (батареянын өзү коргоосуз болгондо), 12.1 жана 12.2 ырааттуулугуна талаптарды жана А тиркемесин (документтер үчүн) карайт. .

u Шарт 5.2 клетканын жана батареянын параметрлерин шайкеш келтирүүнү талап кылат, муну батареянын жумушчу параметрлери клеткалардын диапазонунан ашпашы керек деп түшүнүүгө болот. Бирок, батареяны коргоо параметрлери батареянын иштөө параметрлери клеткалардын диапазонунан ашпасын камсыз кылуу керекпи? Ар кандай түшүнүктөр бар, бирок батарейканын дизайнынын коопсуздугунун көз карашынан алганда, жооп ооба. Мисалы, бир клетканын (же клетка блогунун) максималдуу заряддоо агымы 3000mA, батареянын максималдуу жумушчу агымы 3000mA ашпоого тийиш, ал эми батареянын коргоо агымы да заряддоо процессиндеги токтун ашпоого тийиш. 3000мА. Ушундай жол менен гана биз эффективдүү коргой алабыз жана коркунучтардан сактай алабыз. Коргоо параметрлерин долбоорлоо үчүн А тиркемесин караңыз. Анда колдонулган клетканын – батареянын – хосттун параметринин дизайны каралат, ал салыштырмалуу комплекстүү.

u Коргоо чынжырчасы бар батарейкалар үчүн 10,1~10,5 батареяны коргоо чынжырчасынын коопсуздук сынагы талап кылынат. Бул бөлүм негизинен чыңалуудан коргоону, ашыкча ток коргоону заряддоону, чыңалуудан коргоону разряддоону, ашыкча ток коргоону жана кыска туташуулардан коргоону изилдейт. Булар жогоруда айтылганФункционалдык коопсуздук дизайныжана негизги талаптар. GB 31241 500 жолу текшерүүнү талап кылат.

u Эгерде коргоо чынжырчасы жок батарея заряддагыч же акыркы түзүлүш менен корголгон болсо, 11.1~11.5 системанын коргоо чынжырынын коопсуздук сыноосу тышкы коргоо түзүлүшүнүн жардамы менен өткөрүлүшү керек. Заряддын жана разряддын чыңалуу, ток жана температураны көзөмөлдөө негизинен изилденет. Коргоо схемалары бар батарейкалар менен салыштырганда, коргоо схемалары жок батареялар иш жүзүндө колдонууда жабдууларды коргоого гана таяна аларын белгилей кетүү керек. Тобокелдик жогору, ошондуктан нормалдуу иштөө жана бир ката шарттары өзүнчө текшерилет. Бул акыркы аппаратты кош коргоого мажбурлайт; антпесе 11-главадагы тесттен өтө албайт.

u Акырында, батарейкада бир нече сериялык клеткалар бар болсо, анда тең салмактуу эмес заряддоо көрүнүшүн эске алуу керек. 12-главадагы шайкештикти текшерүү талап кылынат. Бул жерде негизинен ПХБнын тең салмактуулук жана дифференциалдык басымды коргоо функциялары изилденет. Бул функция бир клеткалуу батарейкалар үчүн талап кылынбайт.

GB 4943.1-2022

Бул стандарт AV өнүмдөрү үчүн. Батарея менен иштеген электрондук өнүмдөрдүн көбөйүшү менен GB 4943.1-2022 жаңы версиясы М тиркемесинде батарейкалар менен жабдууларды жана аларды коргоо схемаларын баалоочу батарейкаларга конкреттүү талаптарды берет. Батареяны коргоо схемасын баалоонун негизинде экинчилик литий батарейкаларын камтыган жабдуулар үчүн кошумча коопсуздук талаптары да кошулду.

u Экинчи литий батареяны коргоо чынжыр негизинен ашыкча заряд, ашыкча разряд, тескери кубаттоо, кубаттоо коопсуздук коргоо (температура), кыска туташуу коргоо, ж.б. изилдейт. Бул сыноолордун бардыгы коргоо чынжырында бир катаны талап кылаарын белгилей кетүү керек. Бул талап батарейка стандартында айтылган эмес GB 31241. Ошентип, батареяны коргоо функциясын долбоорлоодо, биз батареянын жана хосттун стандарттык талаптарын айкалыштыруу керек. Батареяда бир гана коргоо жана ашыкча компоненттер жок болсо, же батареяда коргоо чынжырчасы жок болсо жана коргоо чынжырчасы хост тарабынан гана камсыз кылынса, тесттин бул бөлүгүнө хост кошулушу керек.

Корутунду

Жыйынтыктап айтканда, коопсуз аккумуляторду иштеп чыгуу үчүн материалды тандоодон тышкары, андан кийинки структуралык дизайн жана функционалдык коопсуздук дизайны бирдей мааниге ээ. Ар кандай стандарттар азыктарына карата ар кандай талаптарга ээ болсо да, батарейканын дизайнынын коопсуздугу ар кандай рыноктордун талаптарына толугу менен жооп бере турган болсо, коргошун убактысы абдан кыскарып, продукт рынокко тездетилиши мүмкүн. Ар кандай өлкөлөрдүн жана аймактардын мыйзамдарын, ченемдерин жана стандарттарын айкалыштыруудан тышкары, терминалдык өнүмдөрдүн батареяларын иш жүзүндө колдонуунун негизинде продукцияны долбоорлоо зарыл.