Lítium-ion akkumulátor jellemzői
A lítium a legkisebb és legélénkebb fém a kémiai ciklus asztalán. Kis térfogat és olyan nagy térfogatsűrűség, széles körben népszerű a fogyasztók és a mérnökök körében. De a kémiai tulajdonságok túl élénkek, rendkívül magas kockázatot jelentenek. A lítiumfém oxigénnel történő levegő hatására intenzív oxidációt és robbanást eredményez. A biztonság és a feszültség növelése érdekében a tudósok olyan anyagokat találtak ki, mint a grafit és a lítium-kobaltát a lítium atomok tárolására. Ezen anyagok molekuláris szerkezete egy kis tárolórácsot képez, amely felhasználható a lítium atomok tárolására. Ily módon még akkor is, ha az akkumulátor héja eltörik és oxigén jut be, az oxigén túl nagy ahhoz, hogy az oxigénmolekulák bejussanak ezekbe a kis tároló cellákba, így a lítiumatomok nem érintkeznek az oxigénnel és elkerülik a robbanást. A lítium-ion akkumulátorok ezen elve lehetővé teszi az emberek számára, hogy biztonsági célokat érjenek el, miközben elérik nagy kapacitású sűrűségüket.
A lítiumion akkumulátor feltöltésekor a pozitív lítiumatomok elveszítik elektronjaikat és lítiumionokká oxidálódnak. A lítiumionok az elektroliton át a negatív elektródáig úsznak, belépnek a negatív elektród tárolórácsába, és lítium atomokká redukált elektront kapnak. Kibocsátáskor az egész eljárás felfordul. A pozitív és negatív pólus közötti rövidzárlat elkerülése érdekében a vékony lyukakkal rendelkező membránpapírt a rövidzárlat megelőzésére kell használni. A jó membránpapír automatikusan lezárhatja a finom lyukat, ha az akkumulátor hőmérséklete túl magas, így a lítiumionok nem tudnak átjutni, a harcművészetek pazarlására, a veszély megelőzésére.
Védelmi intézkedések
A lítium akkumulátorcelláknak 3,7 V feletti feszültségre való túltöltése után lehet mellékhatása. minél nagyobb a túltöltési feszültség, annál nagyobb a kockázat. Miután a lítium feszültsége meghaladja a 3,7 V-ot, a lítium atomok száma a katód anyagában kevesebb, mint a fele a katód anyagának, amikor a tárolórács gyakran összeomlik, ami az akkumulátor kapacitásának tartós csökkenését okozza. Ha a töltés folytatódik, a későbbi lítiumfém felhalmozódik a negatív anyag felületén, mert a negatív tárolórács már tele van lítium atomokkal. Ezek a lítium atomok az ágakristályosodást növelik a negatív felületről a lítiumionok irányába. Ezek a lítiumfém kristályok áthaladnak a membránpapíron, és rövidzárlatot okoznak a pozitív és a negatív pólusban. Előfordul, hogy az akkumulátor a rövidzárlat előtt felrobban, mert a túltöltési folyamat során az elektrolit és más anyagok megtörik a gázt, aminek következtében az akkumulátor héja vagy nyomásszelepe megdől, ami lehetővé teszi az oxigén reakcióját a negatív felületen felhalmozódott lítium atomokkal, felrobban. Ezért a lítium akkumulátor töltésekor meg kell határoznunk a feszültséghatárt, hogy egyszerre vegyük figyelembe az akkumulátor élettartamát, kapacitását és biztonságát. Ideális töltési feszültség 3,6 V felső határa.
Alacsony feszültséghatárnak kell lennie a lítium akkumulátor lemerülésének is. Ha a cella feszültsége kisebb, mint 2 V, az anyag egy része megsemmisülni kezd. Mivel az akkumulátor magától lemerül, minél hosszabb ideig nem töltődik fel az akkumulátor, az akkumulátor feszültsége alacsonyabb lesz. ezért a legjobb, ha nem lemerítjük a cella feszültségét 2 V-ra. A lítium akkumulátor kisütési kapacitása 3,0 V és 2,8 V között az akkumulátor kapacitásának csak körülbelül 3% -a. Így a 3,0 V ideális kisütési feszültség.
A töltési és kisütési folyamatban az áramhatár is szükséges. Ha az áram túl nagy, a lítiumionok túl későn jutnak be a tárolóba, és összegyűlnek az anyag felületén. Ezek a lítiumionok elektronokat nyernek, amelyek lítium atomkristályosodást eredményeznek az anyag felületén, akárcsak a túltöltés esetén, ami veszélyes. Abban az esetben, ha az akkumulátor héja felszakad, felrobban.
Ezért a lítium-ion akkumulátorok védelme legalább három szempontot tartalmaz: töltési feszültséghatár, kisütési feszültséghatár és áramkorlát. Általában a lítium akkumulátorban a lítium cellán kívül lesz egy akkumulátor-kezelő rendszer （BMS）, a BMS főként eszköz e három védelem biztosítására. Az akkumulátor-kezelő rendszer azonban nyilvánvalóan nem elegendő. Láttuk, hogy a lítium-akkumulátorok robbanásai világszerte történnek. Az akkumulátorrendszer biztonságának biztosítása érdekében az alábbiakban alaposabban elemezzük az akkumulátor robbanásának okát:
Akkumulátor robbanás okai:
1: nagyobb sejt belső polarizáció!
2: A poláris lemez felszívja a vizet és reagál az elektrolittal.
3: Magának az elektrolitnak a minőségi és teljesítményproblémái.
4: A folyadékbefecskendezés mennyisége nem felel meg a folyamat követelményeinek.
5: A lézeres hegesztés gyenge tömítési teljesítménye az összeszerelési folyamat, a légszivárgás és a szivárgás mérése során.
6: A por, a sarki por először könnyű rövidzárlathoz vezetni, a konkrét ok nem ismert.
7. ábra: A pozitív és negatív elektródalemez vastagabb, mint a folyamat tartománya, és nehéz belépni a héjba.
8: Az injekciós tömítés problémája és az acélgyöngyök gyenge tömítési teljesítménye gázdobhoz vezet.
9: A héj anyaga vastag héjfal, és a héj deformációja befolyásolja a vastagságot.
Elemzés
A lítium akkumulátor robbanásának okait a következők szerint lehet összefoglalnikülső rövidzárlat, ibelső rövidzárlat,éstúltöltés. A külső itt a cella külsejére vonatkozik, ideértve az akkumulátor rossz szigetelési kialakításából eredő rövidzárlatot is.
Amikor kint rövidzárlat lép fel, az akkumulátor és az elektronikus eszközök nem tudják megszakítani az áramkört, a cella belsejében magas hő keletkezik, ami néhány elektrolit elpárologását okozza, és az akkumulátor burkolatát nagynak tartja. Amikor az akkumulátor belső hőmérséklete 135 Celsius fokig emelkedik, a minőségi membránpapír bezárja a finom lyukat, az elektrokémiai reakció véget ér vagy csaknem véget ér, az áram hirtelen csökken, és a hőmérséklet lassan csökken, elkerülve ezzel a robbanást. A finom lyukak bezárási aránya azonban túl gyenge, vagy a membránpapír, amely egyáltalán nem záródik be, az akkumulátor hőmérsékletének további emelkedését, további elektrolit elpárolgását, végül az akkumulátor burkolatának feltörését, sőt az akkumulátor hőmérsékletének emelését eredményezi az anyag ég és felrobban.
A belső rövidzárlatot elsősorban a rézfólia és az alumíniumfólia sorja vagy a lítium atomok hajlékony kristályosodása okozza. Ezek az apró tűszerű fémek mikro rövidzárlatot okozhatnak. Mivel a tű bizonyos ellenállással nagyon finom, az áram nem lesz túl nagy. A gyártási folyamat során réz- és alumíniumfólia sorjákat okoznak, a megfigyelt jelenség az, hogy az akkumulátor szivárgása túl gyors, a legtöbbet a gyár vagy az összeszerelő üzem kiszűrheti. Ezenkívül az apró sorja kicsi, néha leégett, így az akkumulátor normalizálódik. Ezért a sorja mikro rövidzárlat által okozott robbanás valószínűsége nem magas.
az összes lítiumioncellás gyárban találnak rossz minőségű elemeket, amelyek rövid időn belüli, de kevés robbanás után alacsony feszültségűek lesznek, statisztikai adatokra hivatkozva. Ezért a belső rövidzárlat által okozott robbanást elsősorban a túltöltés okozza. Mivel a túltöltött póluslemez tele van tűlítium-fém kristályosítással, a lyukasztási pontok mindenütt vannak, ami mikro rövidzárlatot okoz. Ezért az akkumulátor hőmérséklete fokozatosan emelkedni fog, végül a magas hőmérséklet okozza az elektrolitgázt. A folyamat során, függetlenül attól, hogy a magas hőmérséklet robbanásveszélyes-e az anyag égésétől, vagy a héjat törték meg először, beengedi a levegőt és a lítiumfém heves oxidációját, ami robbanáshoz vezet.
De a belső rövidzárlat okozta robbanás a töltéskor nem következett be. Mivel az akkumulátor hőmérséklete nem túl magas ahhoz, hogy az anyag megégjen, vagy a keletkező gáz nem elegendő az akkumulátor burkolatának megtöréséhez, a felhasználó leállítja a töltést. Ekkor a sok mikro rövidzárlat által termelt hő lassan megemelte az akkumulátor hőmérsékletét, egy idő után bekövetkezett a robbanás.
A fenti robbanási típusok alapjánTorphana technikai csapat a túlterhelés védelmére, a külső rövidzárlat megelőzésére és a cella biztonságának javítására összpontosít a robbanás kiváltása érdekében. Közülük a túltöltés elleni védelem és a külső rövidzárlat-megelőzés az elektronikus védelemhez tartozik, amely nagymértékben összefügg az akkumulátor rendszer tervezésével és az akkumulátor telepítésével. A cella biztonságának javításának középpontjában a kémiai és mechanikai védelem áll, amely nagyban kapcsolódik az elemcellák gyártóihoz.
Tervezési specifikáció
A Torphan akkumulátor-kezelő rendszer két biztonsági védelmet nyújthat a túltöltéshez, a túltöltéshez és a túláramhoz, beleértve a töltőt és az akkumulátorcsomagot. A Torphan töltő váltóáramot vált DC-re, és korlátozza a DC maximális áramát és maximális feszültségét. Az akkumulátor-védelem két részből áll - az akkumulátor-kezelő rendszert és az elemcellát. Az első védelem érdekében az akkumulátor-kezelő rendszer képes kommunikálni a töltővel, dicséreteket küld, például áramláskorlátozás és a töltési jelek leállítása a töltőnek. az összegyűjtött akkumulátorra vonatkozó információkhoz. Amikor a töltő megkapja a jelet, a töltő automatikusan csökkenti a töltési áramot, vagy leállítja a töltést. Ha a töltő nem tud kommunikálni az akkumulátor-kezelő rendszerrel, az akkumulátor-kezelő rendszer leválasztja az akkumulátor belsejében lévő relét, és levágja az egész töltőáramkört, ami a második védelem. Ez azt jelenti, hogy ha áramkör is meghibásodik, az akkumulátor nem fog túltöltött és veszélyes.
Röviden, az akkumulátoros rendszer kialakítása során az elektronikus védelem az első védelem a túltöltés, a túltöltés és a túláram ellen. Az akkumulátorkezelő rendszer a második védelem.
Bár a fenti módszerek két védelmet nyújtanak, Néha a fogyasztók gyakran vásárolnak nem eredeti töltőt az akkumulátorok feltöltéséhez, ha a töltő meghibásodott, így vásárolhatnak alacsony minőségű töltőt vagy egy olyan töltőt, amely nem tud kommunikálni az akkumulátorkezeléssel. Ez elveszíti az első védelmet. A túltöltés a legfontosabb tényező az akkumulátor robbanásában, ezért az alacsonyabb rendű töltőket nevezhetjük az akkumulátor robbanásának bűnösének.
Végső védelmi vonal
Ha az elektronikus védelem meghiúsul, az utolsó védelmi vonalat a cella biztosítja. A cella biztonsági szintje kissé megkülönböztethető attól függően, hogy a cellát el lehet-e választani külső rövidzárlattal és túltöltéssel. Mivel az akkumulátor felrobbanása előtt a lítium atomok felhalmozódnak az anyag felületén. Sőt, a túltöltés védelme gyakran azért következik be, mert a fogyasztók alacsonyabb szintű töltőt használnak, és csak egy védelmi vonaluk van, ezért a cella túltöltési ellenállása fontosabb, mint a külső rövidzárlatnak való ellenállás képessége.
