Характеристики литий-ионного аккумулятора
Литий - самый маленький и самый активный металл в таблице химического цикла. Небольшой объем и такая высокая объемная плотность, он широко популярен среди потребителей и инженеров. Но, химические характеристики слишком живые, это несет чрезвычайно высокий риск. Металлический литий при контакте с воздухом с кислородом вызывает интенсивное окисление и взрыв. Чтобы повысить безопасность и повысить напряжение, ученые изобрели такие материалы, как графит и кобальтат лития, для хранения атомов лития. Молекулярная структура этих материалов образует небольшую решетку для хранения, которую можно использовать для хранения атомов лития. Таким образом, даже если оболочка батареи разорвется и в нее попадет кислород, кислорода будет слишком много, чтобы молекулы кислорода попали в эти маленькие аккумуляторы, поэтому атомы лития не контактируют с кислородом и избегают взрыва. Этот принцип литий-ионных аккумуляторов позволяет людям достигать целей безопасности, сохраняя при этом высокую плотность емкости.
Когда литий-ионный аккумулятор заряжается, положительные атомы лития теряют свои электроны и окисляются до ионов лития. Ионы лития плывут к отрицательному электроду через электролит, входят в решетку накопителя отрицательного электрода и получают электрон, восстановленный до атомов лития. При выписке вся процедура переворачивается с ног на голову. Чтобы предотвратить короткое замыкание между положительным и отрицательным полюсами, используйте диафрагменную бумагу с множеством тонких отверстий для предотвращения короткого замыкания. Хорошая диафрагменная бумага также может автоматически закрывать тонкое отверстие, когда температура батареи слишком высока, так что ионы лития не могут проходить сквозь них, тратя зря боевые искусства, чтобы предотвратить опасность.
Защитные меры
У литиевых батарей могут появиться побочные эффекты после перезарядки до напряжения выше 3,7 В. чем выше напряжение перезаряда, тем выше риск. После того, как напряжение лития превышает 3,7 В, количество атомов лития в материале катода составляет менее половины материала катода, когда решетка хранения часто разрушается, вызывая необратимое снижение емкости батареи. Если зарядка продолжается, последующий металлический литий будет накапливаться на поверхности отрицательного материала, поскольку отрицательная накопительная решетка уже заполнена атомами лития. Эти атомы лития растут ответвления кристаллизации от отрицательной поверхности в направлении ионов лития. Эти кристаллы металлического лития проходят через диафрагменную бумагу, замыкая положительный и отрицательный полюса. Иногда батарея взрывается до короткого замыкания, потому что в процессе перезарядки электролит и другие материалы разрушают газ, вызывая вздутие корпуса батареи или нагнетательного клапана, позволяя кислороду реагировать с атомами лития, накопившимися на отрицательной поверхности, а затем взорваться. Следовательно, при зарядке литиевой батареи мы должны установить предел напряжения, чтобы одновременно учитывать срок службы, емкость и безопасность батареи. Идеальный верхний предел зарядного напряжения 3,6 В.
Также должен быть установлен низкий предел напряжения для разряда литиевой батареи. Когда напряжение на ячейке меньше 2 В, часть материала начинает разрушаться. А поскольку аккумулятор саморазрядится, чем дольше аккумулятор не будет заряжаться, напряжение аккумулятора будет ниже. поэтому лучше не разряжать аккумулятор до 2 В. Разрядная емкость литиевой батареи от 3,0 В до 2,8 В составляет всего около 3% емкости батареи. Таким образом, 3,0 В - это идеальное напряжение отключения разряда.
В процессе зарядки и разрядки также необходимо ограничение тока. Когда сила тока слишком велика, ионы лития слишком поздно попадают в хранилище и собираются на поверхности материала. Эти ионы лития получают электроны, вызывая кристаллизацию атомов лития на поверхности материала, как при перезарядке, вызывая опасность. В случае разрушения корпуса аккумулятора он взрывается.
Следовательно, защита литий-ионного аккумулятора включает в себя, по крайней мере, три аспекта: ограничение зарядного напряжения, ограничение разрядного напряжения и ограничение тока. Как правило, в литиевой аккумуляторной батарее, помимо литиевого элемента, будет система управления батареями (BMS), BMS в основном является устройством, обеспечивающим эти три защиты. Однако системы управления батареями явно недостаточно. Мы видели, что взрывы литиевых батарей происходят во всем мире. Чтобы обеспечить безопасность аккумуляторной системы, ниже представлен более тщательный анализ причины взрыва аккумуляторной батареи:
Причины взрыва аккумулятора:
1: большая внутренняя поляризация ячейки!
2: Полярная пластина поглощает воду и вступает в реакцию с электролитом.
3: Проблемы качества и производительности самого электролита.
4: Количество впрыскиваемой жидкости не соответствует требованиям процесса.
5: Плохая герметизация при лазерной сварке во время процесса сборки, утечки воздуха и измерения утечек.
6: Пыль, полярная пыль сначала легко может привести к короткому замыканию, конкретная причина неизвестна.
7: лист положительного и отрицательного электрода толще, чем диапазон процесса, и его трудно ввести в корпус.
8: Проблема герметизации впрыска и плохая герметичность стальных валиков приводит к газовой емкости.
9: Материал оболочки - толстая стенка оболочки, и деформация оболочки влияет на толщину.
Анализ
Причины взрыва литиевой батареи можно резюмировать следующим образом:внешнее короткое замыкание, iвнутреннее короткое замыкание,а такжеперезарядка. Под внешним видом здесь понимается внешний вид элемента, включая короткое замыкание, вызванное плохой изоляцией аккумуляторной батареи.
Когда короткое замыкание происходит снаружи, аккумулятор и электронные устройства не могут отключить цепь, внутри элемента будет происходить сильное нагревание, вызывая испарение некоторого количества электролита и удерживая корпус аккумулятора большими. Когда внутренняя температура батареи достигает 135 градусов Цельсия, качественная диафрагменная бумага закроет тонкое отверстие, электрохимическая реакция завершится или почти прекратится, ток резко упадет, а температура будет медленно падать, что позволит избежать взрыва. Однако скорость закрытия мелких отверстий слишком мала, или диафрагменная бумага, которая не закрывается совсем, заставит температуру батареи продолжать повышаться, испарит больше электролита и, наконец, сломает корпус батареи и даже повысит температуру батареи, чтобы материал загорится и взорвется.
Внутреннее короткое замыкание в основном вызвано заусенцами медной фольги и алюминиевой фольги или изгибной кристаллизацией атомов лития. Эти крошечные игольчатые металлы могут вызвать короткое замыкание. Поскольку игла очень тонкая с определенным сопротивлением, ток не будет очень большим. Заусенцы на медной и алюминиевой фольге возникают в процессе производства, наблюдаемое явление заключается в том, что утечка батареи происходит слишком быстро, большинство из них может быть устранено на заводе по производству сердечников или на сборочном предприятии. Кроме того, крошечные заусенцы маленькие, иногда сгорают, возвращая батарею в нормальное состояние. Следовательно, вероятность взрыва из-за микрокороткого замыкания заусенца невысока.
Вся фабрика литий-ионных элементов обнаружит некоторые батареи плохого качества, которые вскоре станут низковольтными после зарядки, но мало взрывов, если судить по статистическим данным. Следовательно, взрыв, вызванный внутренним коротким замыканием, в основном вызван перезарядкой. Поскольку перезаряженная полюсная пластина заполнена кристаллизацией металлического лития иглы, точки прокола есть повсюду, что вызовет микрокороткое замыкание. Следовательно, температура батареи будет постепенно повышаться, и, наконец, высокая температура вызовет появление газа электролита. В процессе, независимо от того, вызывает ли высокая температура взрыв горения материала, или оболочка была сломана первой, она пропускает воздух и вызывает ожесточенное окисление металлического лития, что приведет к взрыву.
Но взрыва, вызванного внутренним коротким замыканием, во время зарядки не произошло. Из-за того, что температура батареи не слишком высока, чтобы вызвать горение материала, или произведенного газа недостаточно, чтобы сломать корпус батареи, пользователь прекращает зарядку. В это время тепло, выделяемое многими микрокороткими замыканиями, медленно увеличивало температуру батареи, по прошествии некоторого времени произошел взрыв.
Исходя из вышеупомянутых типов взрыва,ТорфанТехническая группа фокусируется на защите от перезарядки, предотвращении внешнего короткого замыкания и повышении безопасности ячейки для предотвращения взрыва. Среди них защита от перезарядки и предотвращение внешнего короткого замыкания относятся к электронной защите, которая в значительной степени связана с конструкцией аккумуляторной системы и установкой аккумуляторного блока. В центре внимания повышения безопасности элементов находится химическая и механическая защита, которая в значительной степени связана с производителями элементов аккумуляторных батарей.
Спецификация проекта
Система управления батареями Torphan может обеспечить две защиты от перезарядки, переразряда и перегрузки по току соответственно, включая зарядное устройство и аккумуляторный блок. Зарядное устройство Torphan преобразует переменный ток в постоянный и ограничивает максимальный ток и максимальное напряжение постоянного тока. Защита аккумуляторного блока состоит из двух частей - системы управления аккумулятором и элемента аккумулятора. Для первой защиты система управления аккумулятором может обмениваться данными с зарядным устройством, она будет отправлять на зарядное устройство такие команды, как ограничение потока и сигналы остановки зарядки. к собранной информации о батарее. Когда зарядное устройство получает сигнал, оно автоматически снижает ток зарядки или прекращает зарядку. Когда зарядное устройство не может связаться с системой управления аккумулятором, система управления аккумулятором отключит реле внутри аккумуляторного блока и отключит всю цепь зарядки, что является второй защитой. Это означает, что даже в случае отказа цепи аккумулятор не будет работать. быть чрезмерно заряженным и опасным.
Короче говоря, при проектировании аккумуляторной системы электронная защита является первой защитой от перезарядки, переразряда и перегрузки по току. Система управления аккумулятором - вторая защита.
Хотя вышеупомянутые методы обеспечивают две защиты, иногда потребители часто покупают неоригинальное зарядное устройство для зарядки аккумуляторов, когда зарядное устройство сломано, чтобы они могли купить зарядное устройство низкого качества или одно зарядное устройство, которое не может взаимодействовать с управлением аккумулятором. Это приведет к потере первой защиты. Перезарядка - важнейший фактор взрыва аккумулятора, поэтому виновниками взрыва можно назвать низкокачественные зарядные устройства.
Последняя линия защиты
В случае отказа электронной защиты последняя линия защиты будет обеспечена ячейкой. Уровень безопасности элемента может немного отличаться в зависимости от того, можно ли разделить элемент из-за внешнего короткого замыкания и перезаряда. Потому что до того, как батарея взорвется, атомы лития накапливаются внутри на поверхности материала. Более того, защита от перезарядки часто возникает из-за того, что потребители используют низкое зарядное устройство и имеют только одну линию защиты, поэтому сопротивление перезарядке элемента более важно, чем способность противостоять внешнему короткому замыканию.
