Безопасность литий-ионный аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы на сегодняшний день пользуются особой популярностью у юзеров, но мало кто из них знает, что данные элементы можно довольно легко испортить если обращаться с ними не надлежащим образом. Конечно, производители сделали всё возможное, чтобы таким источникам энергии было практически не возможно нанести вред, но есть некоторые нюансы, которые должен знать любой уважающий себя пользователь. В связи с этим, я хочу осветить в теме кое-какие вопросы безопасности касающиеся Li-ion аккумуляторов.
Содержание:
- Параметры безопасности литий-ионных батарей.
- Система защиты.
- Дешёвые и низкокачественные литий-ионные аккумуляторы из Китая.
- Роль сепаратора в Li-ion аккумуляторах.
- Что делать в случае перегрева литий-ионного электроаккумулятора.
Параметры безопасности литий-ионных батарей
Электронакопители в которых применяются литий-ионные элементы, нуждаются в обязательном наличии интегрированной системы защиты. Параметры безопасности Li-ion элементов и АКБ регламентируемые стандартом IEC 62133 должны соответствовать таким требованиям:
✅ Должна быть встроенная система переключения положительного коэффициента для защиты от недопустимо высокого тока.
✅ Должно быть устройство прерывания электроцепи при превышении показателя внутреннего давления элемента в 1000 кПа.
✅ Должен быть клапан, который будет сбрасывать излишки давления, когда оно превысит отметку в 3000 кПа.
✅ Должна быть возможность плавления сепаратора для замедления ионного потока при превышении определённого температурного порога.
Система защиты
Система безопасности отвечает за предохранение элементов от повышенного напряжения зарядки, как правило, это около 4,3 V. Помимо этого, предохранитель будет отсекать ток, если температура оболочки элемента приблизится к 90 градусам. В Li-ion батареях имеет место и защита от избыточного разряда, которая отключает питание при показателе напряжения элемента в 2,2 V.
Каждый компонент в аккумуляторной батарее нуждается в независимом контроле напряжения и чем больше этих самых компонентов, тем более сложная система защиты должна обслуживать данный источник питания. Продолжительное время последовательное подсоединение 4-х элементов в потребительских устройствах было максимальным, поэтому и системы защиты для подобной схемы сложностью не отличались.
Но такие современные девайсы как электромобили, требуют значений напряжения в несколько сотен Вольт. Соответственно, имеет место соединение весьма большого количества элементов, для которых в свою очередь требуется довольно сложная система защиты. Аппаратная система безопасности может защитить электронакопитель от стороннего воздействия — короткого замыкания либо неисправности ЗУ.
В том случае, если неприятности проявляются внутри элемента, к примеру, если произошло загрязнение микроскопическими частицами, то система безопасности здесь остаётся практически не при делах. Для нейтрализации внутренних дефектов создаются специальные усиленные и самовосстанавливающиеся сепараторы, которые уже сегодня можно обнаружить в батареях электрокаров. Однако у них имеется один минус — довольно высокая цена.
Как правило, Li-ion элемент разряжается до 3 V, предельным же нижним значением напряжения является показатель 2,5 V и при его дальнейшем понижении, будет срабатывать система безопасности — элемент отключится от общей цепи. Специалисты не советуют хранить литий-ионный источник энергии в таком состоянии, по той причине, что самостоятельный разряд батареи повлечёт за собой дальнейшее падение напряжения и система безопасности может перевести его в «спящий режим». Что в этом плохого? Тут вся проблем в том, что большинство ЗУ не могут заряжать «спящие» элементы.
К сожалению, некоторые дешёвые ЗУ, полагаются исключительно на схему защиты заряжаемого Li-ion электронакопителя и если она будет работать неадекватно, то может образоваться угроза перезарядки и даже выхода из строя АКБ. В связи с этим, крайне важно использовать зарядную аппаратуру с надлежащими алгоритмами зарядного процесса, только так вы сможете в максимальной степени обеспечить безопасность литий-ионной батарее при её зарядке.
Ещё одна неприятность, которая может поджидать Li-ion аккумулятор — воздействие на него статического электричества. Вся проблема в том, что когда такое происходит, может выключиться твёрдотельный переключатель и накопитель попросту лишится защиты. Кстати сказать, теплообразование и набухание необязательно должны являться сопроводителями короткого замыкания в АКБ — возгорание либо взрыв могут состояться и без наличия приведённых симптомов.
Дешёвые и низкокачественные литий-ионные аккумуляторы из Китая
Это настоящий бич! Конечно, смешные ценники привлекают массу народа, вот только что люди получают за такие деньги? Ведь реально, адекватное соответствие этого товара стандартам безопасности — сомнительно!
На приведённом ниже изображении показаны такие «изобретения», они взорвались в пассажирском самолёте перед взлётом:
Печальное событие, не правда ли? Но в то же время, предприимчивые производители литий-ионной продукции не любят применять слово «взрыв» — «тепловой пробой» — так-то лучше будет! Причина этому проста: «тепловой пробой» является более медленным и контролируемым процессом по сравнению с традиционным взрывом. Но, такие «пробои» тоже могут в значительной степени повредить аппаратуру.
Роль сепаратора в Li-ion аккумуляторах
Отдельно стоит поговорить о сепараторах АКБ, ведь они очень сильно влияют не безопасность элементов питания.
Итак, в Li-ion батареях предназначенных для широких масс, в качестве сепаратора используется полиолефин. Он демонстрирует превосходные механические свойства, достойную химическую стабильность, также данный материал отличается не высокой ценой.
Сепаратор для Li-ion электронакопителя должен быть проницаемым и иметь в своём распоряжении поры размером 30-100 нанометров. Этот показатель обеспечит достаточный объём жидкого электролита, и даст возможность перекрывать поры при перегреве батареи.
При повышенных температурах функционирование накопителя электроэнергии прекращается, так как из-за плавления сепаратора перекрываются поры. Сепаратор изготовленный из полиэтилена начинает плавиться при температуре 130 градусов — это останавливает транспортировку ионов, эффективно выключая АКБ. Если бы сепаратор не обладал таким свойством, то температура повышалась бы себе спокойно дальше, доходя до уровня теплового пробоя. Такие «закипания» могут привести к возгоранию или даже взрыву.
Свойства сепаратора помогают Li-ion АКБ проходить различные тесты безопасности, включающие в себя имитацию высоты, тепловое воздействие, вибрации, удары, внешнее КЗ, перезарядки и принудительный разряд.
Что делать в случае перегрева литий-ионного электроаккумулятора
Если вы заметили, что Li-ion подвергся перегреву, шипит, да ещё и вздутие имеет место, не медля уберите изделие подальше от легковоспламеняющихся материалов. Лучше всего будет извлечь «бомбочку» и транспортировать её на улицу.
При лёгком воспламенение Li-ion источника питания, к нему нужно применить стандартные противопожарные меры. Можно пустить в ход пенный огнетушитель, но в принципе, подойдёт любой другой, к примеру, наполненный углекислотой или порошком.
В случае возникновения пожара на борту самолёта, используются специальные инструкции, позволяющие экипажу применять любые доступные средства, в том числе и воду. Что касается последней, то тушить ею горящие литий-ионные электробатареи дозволяется, так как Li-ion содержат весьма скромный объём вступающего в бурную реакцию с водой металлического лития. Кроме того, вода способствует охлаждению области возгорания и не даёт пламени распространяться дальше.
Серьёзное же горение литий-иона, такое например, как в электрокаре, тушить при помощи воды неэффективно — там нужны совсем другие средства.
По ходу теплового пробоя, экстремальная температура дефектного компонента может распространиться на соседние — происходит цепная реакция так сказать. Таким образом, весь электронакопитель может быть уничтожен за считанные секунды. Чтобы повысить безопасность в АКБ, её элементы должны быть разделены специальными разделителями, препятствующими распространению опасной температуры.
При тепловом пробое, можно наблюдать интенсивное газообразование, в котором во главе угла стоит углекислый газ. Кроме того, имеет место выброс продуктов горения вследствие влияния высокой температуры. Улетучиваются этилен и пропилен, содержащиеся в составе электролита, а также органические растворители.
Следует отметить, что безопасность современных Li-ion накопителей энергии находится на довольно высоком уровне, поэтому тепловой пробой при адекватной эксплуатации явление довольно редкое. Но несмотря на такое положение дел, ситуации возгорания Li-ion электроаккумуляторов сразу становятся достоянием общественности, в отличие от случаев воспламенения других разновидностей батарей.
К неприятностям с электронакопителем может привести износ сепаратора, неосторожное обращение либо же критическое воздействие температуры или вибрации.
Заключение
Ну что же, настало время подвести итоги по теме.
Итак:
⛔ Будьте осторожны при работе и тестировании литий-ионных аккумуляторных батарей.
⛔ Нельзя допускать КЗ, перезарядку, сдавливание, падение, проникновение внутрь посторонних предметов, использование обратной полярности, воздействия повышенной температуры на АКБ.
⛔ Не разбирайте аккумуляторную батарею.
⛔ Пользуйтесь только оригинальными Li-ion накопителями энергии и ЗУ.
⛔ Если проявляет себя перегрев, нужно немедленно прекратить эксплуатацию АКБ и/или ЗУ.
⛔ Вещество электролита является легковоспламеняемым, поэтому возгорание или взрыв батареи могут повлечь за собой травмы пользователя.
⛔ При тушении загоревшейся Li-ion АКБ нужно использовать огнетушители с такими наполнителями как пена, углекислота, порошкообразный графит. Воду желательно пускать в ход только для сдерживания распространения огня.
⛔ Если возникла крайне критическая ситуация и потушить огонь невозможно, дайте источнику энергии сгореть самостоятельно, контролируемо и безопасно.
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.
