Вы сталкиваетесь с растущим давлением, которое заставляет вас уделять первостепенное внимание безопасности аккумуляторов, поскольку глобальный спрос на литий-ионные аккумуляторы растёт. Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов в промышленных условиях остаётся актуальным, учитывая потенциальные опасности, такие как возгорание или взрыв.
Частота отказов литий-ионных аккумуляторов составляет примерно один на 10 миллионов, но при крупномасштабном развертывании все равно могут возникнуть сотни отказов.
Инциденты на воздушном транспорте, связанные с неправильным обращением, подчеркивают текущие проблемы безопасности и важность протоколов безопасности аккумуляторных батарей.
Крупные отзывы и растущее число сообщений об инцидентах еще раз демонстрируют исключительную важность обеспечения безопасности литий-ионных аккумуляторов для вашей деятельности.
Часть 1: Встроенные функции, обеспечивающие безопасность литий-ионных аккумуляторов
1.1 Роль цепей защиты в безопасности аккумулятора
Для обеспечения безопасности литий-ионных аккумуляторов в сложных условиях эксплуатации необходимы надежные схемы защиты. Эти схемы служат первой линией защиты от электрических и термических опасностей. Например, схема защиты литий-ионных аккумуляторов Cadex включает в себя передовые функции, которые решают специфические проблемы аккумуляторных батарей, используемых в промышленность, бытовая электроникаи применения в электромобилях.
Схемы защиты выполняют несколько важнейших функций:
Защита от перезаряда не позволяет ячейкам превышать безопасные пределы напряжения, снижая риск теплового пробоя.
Защита от переразряда отключает ток, когда напряжение падает слишком низко, продлевая срок службы батареи и предотвращая повреждение.
Защита от перегрузки по току и короткого замыкания предотвращает опасные скачки тока, которые могут привести к пожару или взрыву.
Защита от высоких температур отключает аккумулятор, если температура приближается к опасному уровню.
Основные функции защиты и их технические характеристики вы можете увидеть в таблице ниже:
Функция защиты | Тип устройства/компонента | Основные технические характеристики и функции | Соответствие нормам безопасности |
|---|---|---|---|
Перезаряд, переразряд, перегрузка по току, короткое замыкание, тепловые события | Полимерные восстанавливаемые устройства с положительным температурным коэффициентом (PPTC) | Точки срабатывания от 60 мА до 3 А; DCR от 70 мкОм до 80 мОм; Рабочее напряжение от 6 В до 63 В; Корпус для поверхностного монтажа | UL 1642, UL 2595, UL 2054, IEC 62133, UN DOT 38.3, IEC 62281 |
Защита от короткого замыкания при высоком токе разряда | Металлогибридные мини-выключатели PPTC (MHP-TAC) | Номинальное напряжение 12 В; Биметаллический переключатель с нагревателем PPTC; Точки срабатывания от +72 °C до +90 °C; Контакты рассчитаны на 6,000 циклов при 12 В/12 А | То же самое, что и выше |
Микросхемы защиты аккумулятора | Специализированные ИС для защиты литий-ионных аккумуляторов | Контроль токов заряда/разряда; Контроль напряжения и температуры; Высокая надежность и точность; Защита от перезаряда, переразряда, перегрузки по току и высоких температур | Подчеркивается соответствие стандартам IEC и UL |
Проектирование печатной платы аккумуляторной батареи | Аккумуляторные печатные платы с предохранительными устройствами | Должен соответствовать требованиям по току и напряжению; Включать тепловые выключатели; Компактная и прочная конструкция, подходящая для корпуса аккумулятора | Требуется соблюдение стандартов безопасности |
В схемах защиты, подобных тем, что предлагает Cadex, используются устройства с положительным температурным коэффициентом (PTC), устройства размыкания цепи (CID) и предохранительные клапаны для управления электрическими и тепловыми событиями. Эти компоненты работают вместе, обеспечивая стабильную работу аккумуляторных батарей даже в условиях повышенной нагрузки. Для больших аккумуляторных батарей, например, используемых в электроинструментах или робототехнике, сложность защиты возрастает. Необходимо контролировать состояние каждой ячейки, чтобы предотвратить перезаряд или переразряд, а схема должна без сбоев выдерживать высокие токи. Интеграция этих функций делает значительный шаг к обеспечению безопасности литий-ионных аккумуляторов в вашей работе.
1.2 Механизмы тепловой защиты в аккумуляторных батареях
Тепловая защита критически важна для безопасности литий-ионных аккумуляторов, особенно в аккумуляторных батареях большой ёмкости. Необходимо учитывать риск теплового разгона, который может возникнуть при перегреве элемента и запуске цепной реакции. Современные аккумуляторные батареи используют несколько механизмов тепловой защиты:
Внутренние датчики температуры, такие как резистивные датчики температуры (RTD), обеспечивают мониторинг температуры элементов в режиме реального времени. Эти датчики обнаруживают аномальное повышение температуры быстрее внешних датчиков, обеспечивая раннее предупреждение о потенциальных опасностях.
Предохранители и тепловые выключатели отключают аккумуляторную батарею, если температура превышает безопасные пороги, предотвращая дальнейшее обострение.
При повышении внутреннего давления предохранительные клапаны выпускают газы, поддерживая стабильную работу аккумулятора.
Недавние отраслевые исследования показывают, что встраивание терморезисторных датчиков (RTD) в аккумулятор, за катодным токосъемником, повышает точность измерения температуры. Во время испытаний на короткое замыкание внутренние датчики регистрировали опасные скачки температуры до 20 секунд до внешних датчиковРаннее обнаружение позволяет вмешаться до того, как произойдет тепловой пробой, снижая риск возгорания или взрыва.
Наконечник: Для крупномасштабного применения в промышленность, основным медицинским или секторы робототехникивсегда выбирайте аккумуляторные батареи с расширенным внутренним контролем температуры и надежной тепловой защитой.
1.3 Стандарты безопасности и сертификация литий-ионных аккумуляторов
Для обеспечения безопасности литий-ионных аккумуляторов в ваших изделиях необходимо соблюдать признанные на международном уровне стандарты безопасности. Такие стандарты, как IEC 62133, UL 1642 и ISO 12405, устанавливают строгие требования к электрической, механической и химической безопасности. Эти стандарты служат руководством для производителей при проектировании, тестировании и сертификации аккумуляторных батарей для обеспечения их безопасной эксплуатации.
IEC 62133 — это глобальный стандарт для литий-ионных аккумуляторов. Он охватывает требования к электрическим характеристикам, механической целостности и химической стабильности. Соответствие IEC 62133 помогает выявлять и снижать такие риски, как перезаряд, короткое замыкание и тепловой разгон.
Другие ключевые стандарты включают UL 1642, UL 2580, SAE J2464 и серию IEC 62660. Эти стандарты регламентируют испытания на устойчивость к внешним воздействиям, показатели безопасности и протоколы валидации.
Стандарты постоянно развиваются, включают в себя новые методы испытаний и меры по гармонизации для устранения возникающих рисков.
Выбирая аккумуляторные батареи и схемы защиты, соответствующие этим стандартам, вы демонстрируете свою приверженность обеспечению безопасности литий-ионных аккумуляторов для своих клиентов и конечных пользователей. Вы также получаете доступ к мировым рынкам и снижаете риск дорогостоящих отзывов или инцидентов.
Часть 2: Лучшие практики использования и хранения
2.1 Безопасные методы зарядки литий-ионных аккумуляторов
Для максимальной производительности и безопасности литий-ионных аккумуляторов необходимо уделять первостепенное внимание безопасным методам зарядки. Системы управления аккумуляторами (BMS) играют важнейшую роль, ограничивая скорость заряда и разряда, предотвращая перегрев и отказы. Системы охлаждения, такие как тепловые трубки и материалы с фазовым переходом, поддерживают температуру аккумулятора ниже 28.5 °C, снижая риск теплового пробоя. Регулярное техническое обслуживание и мониторинг в режиме реального времени помогают своевременно выявлять отклонения напряжения или температуры, что оптимизирует срок службы аккумулятора. Данные эксплуатации электромобилей показывают, что колебания температуры напрямую влияют на состояние аккумулятора, а долгосрочные данные о зарядке позволяют точнее прогнозировать срок его службы. Адаптивная быстрая зарядка, управляемая передовыми алгоритмами, может безопасно ускорить зарядку до в восемь раз быстрее чем традиционные методы, сохраняя при этом ограничения по безопасности.
Наконечник: Всегда используйте зарядные устройства, предназначенные для вашего аккумуляторного блока, и обеспечивайте интеграцию BMS для промышленных, медицинских или робототехнических приложений.
2.2 Надлежащие условия хранения для предотвращения опасностей
Правильное обращение с литий-ионными аккумуляторами и их хранение защитят ваше имущество от потенциальных опасностей. Храните аккумуляторы в прохладном, сухом месте, вдали от прямых солнечных лучей и легковоспламеняющихся материалов. Поддерживайте частичный уровень заряда (обычно 30–50%) при длительном хранении, чтобы предотвратить переразряд или перезаряд. Используйте изолированные контейнеры и не кладите тяжёлые предметы на аккумуляторы.
При крупномасштабном хранении следует внедрить контроль температуры и влажности.
Запланируйте периодические проверки на предмет разбухания, протечек или коррозии.
2.3 Избежание физических повреждений и воздействия окружающей среды
Физические повреждения остаются основной причиной инцидентов, связанных с литий-ионными аккумуляторами. В отчётах о происшествиях упоминаются пожары и взрывы на складах и заводах по переработке из-за неправильного обращения и хранения. Механические повреждения, такие как проколы или падения, могут привести к внутренним коротким замыканиям и тепловому разгону, что приводит к выделению токсичных газов.
Обучите свой персонал передовым методам перемещения и установки аккумуляторных батарей.
Используйте защитные чехлы и не подвергайте батареи вибрации или ударам во время транспортировки.
Часть 3: Безопасность при транспортировке и переработке
3.1 Правила перевозки литий-ионных аккумуляторов
При транспортировке литий-ионных аккумуляторов необходимо соблюдать строгие международные и национальные правила для обеспечения безопасности и соответствия требованиям. Эти правила защищают ваш бизнес от правовых рисков и помогают предотвратить инциденты во время транспортировки. Вот основные требования:
Основные стандарты перевозки литий-ионных аккумуляторов устанавливают такие международные организации, как ИАТА и ООН.
Национальные правила включают Министерство транспорта США (DOT), европейские правила ADR, правила импорта Китая и Закон Канады о перевозке опасных грузов.
Необходимо использовать прочную, непроводящую упаковку и хранить каждую батарею отдельно, чтобы избежать короткого замыкания.
Этикетки должны быть четкими, долговечными и содержать символы опасности, информацию об отправителе/получателе и номер ООН.
Воздушные перевозки требуют соблюдения Правил перевозки опасных грузов ИАТА, включая ограничения по количеству и дополнительные меры безопасности.
Весь персонал, занимающийся транспортировкой литий-ионных аккумуляторов, должен пройти обязательное обучение.
Перед отправкой батареи должны пройти испытания на безопасность ООН.
Соблюдение требований предотвращает пожары, взрывы и дорогостоящие штрафы.
3.2 Рекомендации по переработке и утилизации для предотвращения вреда окружающей среде
Вы играете важнейшую роль в снижении экологических рисков, соблюдая надлежащие правила переработки и утилизации литий-ионных аккумуляторов. Передовые методы переработки, такие как гидрометаллургические и пирометаллургические процессы, позволяют извлекать ценные металлы, такие как кобальт, никель и литий. Эти методы снижают выбросы и количество опасных отходов. Методы прямой переработки экономят энергию, сохраняя катодные структуры, что делает процесс более экологичным.
Перерабатывая или повторно используя батареи, вы помогаете сократить потребность в новом сырье и уменьшить воздействие на окружающую среду. Исследования жизненного цикла показывают, что правильная переработка может сократить потенциал глобального потепления до 70% и предотвращать утечки токсичных веществ в почву и воду. Переработка также снижает риск пожаров на свалках, вызванных тепловым пробоем. По мере роста объёма отслуживших свой срок аккумуляторов ваша приверженность безопасной переработке способствует созданию более чистой и цикличной экосистемы аккумуляторов. Подробнее об устойчивых методах использования аккумуляторов см. Устойчивость в Large Power.
Наконечник: Всегда сотрудничайте с сертифицированными предприятиями по переработке отходов и будьте в курсе местных и международных правил утилизации.
Вы повышаете безопасность литий-ионных аккумуляторов, понимая риски, используя передовые схемы защиты и следуя передовым практикам.
Обновленные отраслевые стандарты и надежные системы управления аккумуляторными батареями значительно снижают риск возгорания и взрыва, как показали исследования FSRI компании UL.
Отдайте приоритет безопасности, чтобы защитить свою команду, активы и окружающую среду.
Будьте активны —проконсультируйтесь с нашими экспертами для индивидуальных решений.
FAQ
1. Какие действия следует предпринять при возникновении неисправностей в литий-ионных аккумуляторных батареях?
Вам следует отсоединить аккумулятор, перенести его в безопасное место и следовать правилам действий в чрезвычайных ситуациях, принятым в вашей компании. Всегда используйте надлежащие средства индивидуальной защиты при устранении неисправностей аккумулятора.
2. Как можно улучшить оповещение о пожаре и его обнаружение для крупных установок литий-ионных аккумуляторов?
Установите современные системы пожарной сигнализации и обнаружения с тепловыми датчиками и детекторами газа. Регулярно проверяйте системы сигнализации и интегрируйте их в систему управления безопасностью вашего объекта.
3. Где можно приобрести индивидуальные решения по безопасности литий-ионных аккумуляторов для вашего бизнеса?
Вы можете связаться с Large Power для индивидуальных решений по безопасности аккумуляторов, соответствующих вашим потребностям. Запросить консультацию здесь.
