هل بطاريات الليثيوم آمنة؟

مقدمة

يمكن استخدام بطاريات الليثيوم بشكل آمن عندما تكون خلاياها وتصميم حزمتها ، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ومعدات الشحن والتركيب وظروف التشغيل مناسبة . لا توجد كيمياء لبطاريات قابلة لإعادة الشحن خالية تمامًا من المخاطر في جميع الظروف، وبطاريات الليثيوم ليست استثناءً في هذا الصدد. والسؤال ذي الصلة ليس «هل بطاريات الليثيوم آمنة في الكل حالات ?”ولكن “ماذا يجعل أ الليثيوم البطارية آمن في السوق طريق آي خطة إلى استخدام it,و ماذا يجب أن آي تم التحقق قبل آي اشترِ ?”

بالنسبة لمشتري البطاريات في القطاع التجاري (B2B)، والموزعين، والمُدمجين ومزودي الطاقة للمركبات الترفيهية (RV) والطاقة المتنقلة، والعملاء المصنّعين الأصليين (OEM)، والمستوردين، ومشتري أنظمة تخزين الطاقة التجارية، فإن الإجابة العملية تشمل النظام بأكمله: كيمياء الخلايا وجودة الخلايا، وتصميم نظام إدارة البطارية (BMS)، وشاحن البطارية السلوك، وإدارة الحرارة، والحماية الميكانيكية، والتركيب، وإمكانية تتبع الشركة المصنِّعة، والتوثيق. معاملة السلامة كما أن أ النظام الممتلكات ,لا أ التسويق التسمية ,is السوق دي فف مرجع بين أحد المُطّلع شراء قرار و أحد التعرض للتخلُّص من المخاطر التي يمكن تجنُّبها.

للاستناد إلى تقنية بطاريات الليثيوم، استخدم المذكورة في هذه المقالة، انظر [ ما هي البطارية الليثيومية ؟].

__________________________________________________________________________________________________

هل بطاريات الليثيوم آمنة؟

بطاريات الليثيوم آمنة عند تصميمها وتصنيعها وتركيبها وشحنها واستخدامها بشكلٍ صحيح. فالسلامة ليست خاصَّةً تنبع فقط من التركيب الكيميائي. بل تظهر نتيجة التفاعل بين جودة الخلية واختيار الكيمياء، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام الشحن، والغلاف الواقي، والبيئة الحرارية والجودة في التركيب وسلوك التشغيل.

يجب أن ينظر المشتري إلى ما يلي باعتباره الأعمدة الأساسية لسلامة بطاريات الليثيوم:

١. جودة الخلية واختيار الكيمياء.

٢. حماية نظام إدارة البطارية والمعايرة.

٣. توافق الشاحن وملف الشحن.

٤. الإدارة الحرارية في موقع التركيب.

٥. الحماية الميكانيكية ضد التصادم والاهتزاز والماء والغبار.

٦. التوصيلات الكهربائية وال퓨زات والتوصيل بالأرض بشكل صحيح.

٧. إمكانية تتبع الشركة المصنعة، والاختبارات، والتوثيق.

٨. الانضباط التشغيلي، بما في ذلك الحدود الحرارية وإدارة حالة الشحن.

إذا كان أيٌّ من هذه الركائز ضعيفًا، يصبح الأداء أقل قابلية للتنبؤ به. وإذا كانت عدة ركائز ضعيفة، فقد يفشل النظام في ظل الظروف التي ينبغي أن يتحملها عادةً. وبالتالي، فإن البطارية الليثيوم الآمنة هي نتاج سلسلة توريد متكاملة، وتصميم حزمة متكامل، وخطة تشغيل متكاملة.

__________________________________________________________________________________________________

ما الأسباب التي قد تجعل بطارية الليثيوم غير آمنة؟

حوادث السلامة المتعلقة ببطاريات الليثيوم تكون عادة نتيجة عدد قليل من الأسباب الجذرية المتكررة. ولكل سبب آلية نموذجية ونهج وقائي نموذجي.

الشحن الزائد. توصيل جهد يفوق الحد المسموح به للتركيبة الكيميائية يمكن أن يُحفِّز تفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها داخل الخلية. وقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة الخلية، وإنتاج الغاز، وفقدان السعة بشكل دائم، وفي الحالات الشديدة إلى حدوث قصر داخلي.

التفريغ الزائد. السماح لخلية بالهبوط دون الحد الأدنى المسموح به من الجهد قد يتسبب في تلف بنية الإلكترود. وقد لا تستعيد الخلية شحنها بعد التفريغ الزائد الشديد، أو قد تظهر بها قصور داخلي عند إعادة شحنها، أو قد تفشل تمامًا.

القصر الخارجي. حدوث قصر بين طرفي البطارية قد يولِّد تيارًا عاليًا جدًّا، مما يؤدي إلى ارتفاع الحرارة، والقوس الكهربائي، واحتمال نشوب حريق. وحتى الاتصال ذي المقاومة المنخفضة عند تيار عالٍ يولِّد الحرارة بسرعة كبيرة.

القصر الداخلي. يمكن أن تؤدي الأضرار الميكانيكية أو عيوب التصنيع أو نمو فروع الليثيوم الشجرية أو فشل الفاصل إلى حدوث دوائر قصيرة داخل الخلية. وتُحوِّل الدائرة القصيرة الداخلية الطاقة المخزَّنة إلى حرارة داخل الخلية نفسها.

التيار الزائد. قد يؤدي التيار المستمر أو الذروة الذي يتجاوز الحد المُصنَّف للبطارية إلى ارتفاع درجة حرارة الخلايا، وتلف اللحامات، وإجهاد نظام إدارة البطارية (BMS). ويشكِّل تراكم الحرارة المسار المشترك المؤدي إلى الانفلات الحراري.

درجة الحرارة المرتفعة. قد تدفع درجة الحرارة المحيطة المرتفعة أو انسداد التهوية أو التعرُّض لأشعة الشمس أو الحرارة المنبعثة من معدات متوازية الخلية إلى دخول حالة كيميائية أقل استقرارًا. كما أن الحرارة تُسرِّع كل آليات الشيخوخة الأخرى تقريبًا.

شحن البطاريات عند درجات حرارة منخفضة. يؤدي شحن خلايا الليثيوم عند درجات حرارة دون الحد المسموح به حسب تركيبها الكيميائي إلى ترسيب الليثيوم على الأنود. وهذا الترسيب لا يشكِّل مشكلة في السعة فحسب، بل هو أيضًا مشكلة أمنية لأن الليثيوم المترسِّب قد يتسبب في حدوث دوائر قصيرة داخلية.

تلف ميكانيكي. يمكن أن يؤدي السقوط أو التثقب أو الاهتزاز الشديد أو الضغط إلى تشويه الخلية وتمزيق الفواصل الداخلية. وقد تبدو الخلية التالفة وكأنها تعمل بشكل طبيعي، لكنها قد تفشل فجأةً دون سابق إنذار عند التحميل.

سوء جودة التصنيع. عدم انتظام طبقة الإلكترود، أو تلوث الإلكتروليت، أو لحامات ضعيفة، أو إغلاق غير محكم يمكن أن يُدخل عيوبًا كامنة لا تظهر إلا بعد شهور من الاستخدام.

التثبيت الخاطئ. استخدام أسلاك أصغر من الحجم المطلوب، أو غياب الفيوزات، أو التأريض غير الصحيح، أو انسداد التهوية، أو التثبيت غير المستقر كلّها عوامل تزيد من المخاطر. بل حتى البطارية عالية الجودة قد تصبح غير آمنة إذا تم تثبيتها بشكل خاطئ.

غياب الوثائق أو إمكانية تتبع المصدر. المشتري الذي لا يستطيع تتبع أصل الخلية، أو إصدار برنامج إدارة البطاريات (BMS) الثابت، أو سجلات الدفعة، أو شهادات الاختبار، يتحمل مخاطر إضافية في سلسلة التوريد.

هذه الأسباب الجذرية هي التي تجعل تقييم السلامة أمراً يتطلب نظرة شاملة للنظام ككل، وليس مجرد ادعاءٍ بخاصية واحدة.

__________________________________________________________________________________________________

ما المقصود بالانفلات الحراري وهل يمكن لبطاريات الليثيوم أن تشتعل؟

حراري هروب حراري يصف أ الولاية داخل أ خلية في أيُّ الحرارة الجيل يتجاوز السوق خلية ’س القدرة إلى يتبدد الحرارة .مرة واحدة أ تعبر الخلية تلك العتبة، فيرتفع درجة حرارة الداخل بسرعة. وتتسارع الكيمياء في تحللها الذاتي، مطلقةً المزيد الحرارة و ,في بعض كيميائيًا رييس ,fi قابلة للاشتعال الغاز .السوق النتيجة يمكن be التهوية ,fi إعادة ,أو انفجار حسب مُفعَّل السوق خلية الولاية , الغلاف والبيئة المحيطة.

الهروب الحراري ليس حالة تشغيل طبيعية. بل هو حالة عطل تتطلب حدثاً مُحفِّزاً، مثل الشحن المفرط الشديد أو القصر الداخلي أو التلف الميكانيكي أو الحرارة الخارجية. fi الليثيوم المصممة جيداً لا تدخل البطاريات أبدًا هذه الحالة العثور سنوات من الاستخدام العادي لأن أنظمة الحماية تمنع الأحداث التي تؤدي إلى ذلك.

يمكن أن تشتعل بطارية الليثيوم fi تحت ظروف فشل معينة، لكن هذا يختلف تمامًا عن القول إن بطاريات الليثيوم فف ليست آمنة بطبيعتها أثناء الاستخدام العادي. والهدف من تصميم السلامة هو إبقاء الخلايا بعيدًا عن الظروف التي تؤدي إلى حدوث ذلك. ذلك. الإعلان عن الحرارة الانفصال، وليس ادّعاء أن الانفصال مستحيل تحت أي إساءة استخدام. والحماية متعددة الطبقات: اختيار الخلية، ونظام إدارة البطارية (BMS)، والغلاف الواقي، والتركيب، وممارسات التشغيل — وكلٌّ منها يقلل احتمال دخول النظام حالة الفشل. وإعادتها إلى حالتها النظيفة.

__________________________________________________________________________________________________

كيف يحسّن نظام إدارة البطارية (BMS) سلامة بطاريات الليثيوم؟

نظام إدارة البطارية (BMS) هو الطبقة الإلكترونية التحكمية داخل بطارية الليثيوم. وهو يراقب جهود الخلايا والتيار ودرجة الحرارة وأحيانًا حالة الشحن. وعندما تتجاوز أي قراءة الحد المسموح به، يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بفصل البطارية أو تقييد تشغيلها. عمل البطارية.

تشمل الوظائف الشائعة لنظام إدارة البطارية (BMS):

حماية من الشحن الزائد: إيقاف الشحن عندما تتجاوز جهد خلية ما الحد الأعلى.

حماية من الإفراط في التفريغ: إيقاف التفريغ عندما ينخفض جهد خلية ما دون الحد الأدنى.

حماية من التيار الزائد: يُحدّد أو يقطِع التيار أثناء الطلب غير الطبيعي.

حماية من الدوائر القصيرة: يكشف عن تيارٍ مرتفعٍ جدًّا ويقطع البطارية بسرعة.

مراقبة درجة الحرارة: يعلِّق التشغيل عندما تكون درجة الحرارة خارج النطاق المعتمَد.

موازنة الخلية: يوازن جهود الخلايا بحيث لا تدفع الخلايا الأضعف المجموعة إلى ما وراء الحدود المسموحة.

التواصل والتنبيهات: يبلّغ حالة الشحن والتنبيهات والأعطال إلى العاكس أو شاشة العرض أو نظام المراقبة.

يقلّل نظام إدارة البطاريات (BMS) من المخاطر، لكنه لا يلغي جميع المخاطر.

ويتمتّع نظام إدارة البطاريات (BMS) بحدود تيار خاصة به وزمن استجابة وموثوقية محددة. وقد يفشل نظام إدارة بطاريات رديء التصميم في التصرف أو في إعادة التعيين أو قد يُدخل أنماط فشل خاصة به. وبالتالي، فإن وجود نظام إدارة بطاريات (BMS) شرط ضروري لسلامة النظام، لكنه ليس شرطًا كافياً. ويجب أن يقترن هذا النظام بتوصيلات كهربائية صحيحة وإعدادات شاحن مناسبة وتركيب سليم وحزمة بطاريات مصنوعة من خلايا عالية الجودة. إعدادات الشاحن الصحيحة والتركيب الصحيح وحزمة بطاريات مصنوعة من خلايا عالية الجودة.

__________________________________________________________________________________________________

هل بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم-أيون الأخرى؟

ليثيوم حديد فوسفات، أو لي-فيبو4، يُعتبر على نطاق واسع كيمياء ليثيوم-أيون مستقرة نسبيًّا لتخزين الطاقة الثابت وال المتنقّل. وكيمياء الكاثود فيه أكثر استقرارًا حراريًّا مقارنةً بكيمياء الأكاسيد الطباقية التي تُستخدم غالبًا في أجهزة الاستهلاك الإلكترونية عالية الطاقة. وفي اختبارات الإساءة، تكون خلايا لي-فيبو4 أقل عرضةً للدخول في حالة التسرّب الحراري عند نفس طاقة التفعيل مقارنةً ببعض الكيميائيات الأخرى.

ولذلك، تُستخدم لي-فيبو4 بشكل شائع في التطبيقات التي يكون فيها الاستقرار الحراري وطول عمر الدورة أكثر أهميةً من كثافة الطاقة المدمجة. وتُطبَّق هذه الكيمياء في أنظمة التخزين المنزلي، وأنظمة الطاقة الشمسية المستقلة عن الشبكة، وبanks الطاقة في المركبات الترفيهية والقوارب، والعديد من أنظمة تخزين الطاقة التجارية بالضبط لأنها تتحمّل ظروف العطل مع خطر أقل بكثير من حدوث تسرّب حراري كارثي.

مع ذلك، لا تَخلو مادة ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) من مخاطر السلامة. ففي حالات الإساءة الشديدة، قد تُطلق الغازات أو تُنتج الدخان أو تسهم في اندلاع الحريق. وتشكّل التركيبة الكيميائية جزءًا واحدًا من نظام السلامة، وليست بديلًا عنه. وتظل جودة الخلايا وتصميم نظام إدارة البطاريات (BMS) وسلوك الشاحن والغلاف والتركيب وممارسات التشغيل عوامل أساسية. ومن المعقول اختيار بطاريات ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) لكونها «أكثر أمانًا»؛ لكن الافتراض بأن هذه المادة تلغي الحاجة إلى باقي مكوّنات نظام السلامة هو افتراضٌ خاطئ.

للاطلاع على شرحٍ أعمق لمكونات كيمياء ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4)، راجع [ ما هي بطارية ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4)؟ ?].

__________________________________________________________________________________________________

كيف يمكن كيف تجعل بطاريات الليثيوم أكثر أمانًا؟ ]

إن اتّباع مجموعة عملية من العادات يقلّل معظم المخاطر القابلة للتفادي عند استخدام بطاريات الليثيوم.

استخدم شاحنًا متوافقًا. وازن بين مواصفات الشاحن وتركيبة البطارية والجهد والملف المسموح به للشحن. فقد يؤدي استخدام شاحن للبطاريات الرصاصية الحمضية مع بطارية ليثيوم، أو ضبط الجهد بشكل غير مناسب، إلى إجهاد متكرر بسبب الشحن الزائد أو ظهور أعراض ناتجة عن الشحن الناقص. اتبع مواصفات الجهد والتيار.

اتبع مواصفات الجهد والتيار. احترِم تصنيف التفريغ المستمر للبطارية، وتصنيف التيار الأقصى، وأقصى تيار شحن. قد لا يؤدي تجاوز هذه التصنيفات إلى فشلٍ فوري، لكنه قد يقلّل العمر الافتراضي ويزيد من الإجهاد.

ابقَ ضمن حدود درجة الحرارة المعتمدة. تجنَّب شحن البطارية عند درجات حرارة أقل من الحد الأدنى المسموح به للكيمياء المستخدمة. وتجنَّب التشغيل أو الشحن في ظروف ارتفاع شديد لدرجة الحرارة. وفي الحالات التي تتجاوز فيها الظروف الحدود المسموح بها بشكل منتظم، أضف أنظمة تسخين أو تبريد أو عزل.

تجنَّب استخدام البطاريات التالفة. السقوط، والثقب، والتورُّم، والتسرب، أو الرائحة غير المعتادة كلها إشارات تدل على أن البطارية غير آمنة. توقَّف عن استخدامها فورًا. واتبع تعليمات السلامة الصادرة عن الشركة المصنِّعة. وإصلاح بطارية ليثيوم تالفة بطريقة عشوائية أمرٌ خطيرٌ ولا ينبغي محاولة القيام به.

استخدم التوصيلات والحماية المناسبة. اختر مقاس الكابل بما يتناسب مع التيار، واستخدم الفيوزات أو القواطع المُصنَّفة لنظامك، واتبع قواعد التركيب الواردة في دليل البطارية. وتؤدي التوصيلات الفضفاضة والأسلاك ذات المقاس غير الكافي إلى ارتفاع درجة الحرارة قبل أن تؤدي إلى فشل وظيفي.

لا تُعطِل نظام إدارة البطارية (BMS). يوجد نظام إدارة البطارية (BMS) لأن الخلايا الفردية والوحدات قد تفشل. وإزالته أو تجاوزه يمكن أن يعرّض البطارية لظروف لم تُصمَّم أبدًا للبقاء فيها. فإذا تكرر انقطاع نظام إدارة البطارية (BMS)، فإن الإجراء الصحيح هو فحص النظام، وليس تعطيل الحماية.

احترم وضع الشحن ونسبة الشحن المخزَّنة (SOC). بعض تركيبات الليثيوم تسمح بالتخزين عند أقصى شحن؛ بينما تفضل أخرى التخزين عند شحن جزئي. اتبع دليل البطارية، لا سيما عند التخزين الموسمي، واحفظها في مكان بارد وجاف.

للاطلاع على الظروف التي تضر بالبطارية وقد تخلق مخاطر أمنية مع مرور الوقت، راجع القسم «ما الذي يُتلف بطارية الليثيوم؟». ].

__________________________________________________________________________________________________

مخاطر السلامة المرتبطة ببطاريات الليثيوم وتدابير الحماية

الجدول أدناه يربط أكثر مخاطر السلامة شيوعًا بالآلية النموذجية والحماية أو الوقاية النموذجية المقابلة. استخدمه كمرجع سريع، وليس بديلاً عن دليل الصانع.

يجب أن يكون المشتري الذي يولي السلامة اهتمامًا بالغًا قادرًا على الإشارة إلى حماية موثَّقة لكل صفٍّ من الصفوف المذكورة أعلاه قبل الموافقة على نظام بطاريات الليثيوم.

__________________________________________________________________________________________________

ماذا يجب أن يتحقق منه المشترون قبل شراء بطارية ليثيوم؟

يتحقّق استعراض الشراء الذي يراعي السلامة من البطارية والمنظومة والمورِّد. والقائمة التالية تُعَدّ نقطة بداية عملية. نقطة بداية عملية. نقطة بداية.

البطارية الجانب.

١. اختيار الكيمياء. تأكد من أن الكيمياء تتوافق مع أولويات التطبيق. وتُستخدم ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) عادةً في أنظمة التخزين الثابتة والمتحركة للطاقة، لكن قد تكون كيمياء أخرى مناسبة في حالات محددة.

٢. جودة الخلايا وإمكانية تتبعها. اسأل عما إذا كانت الخلايا مورَّدة من شركات تصنيع معروفة وموثوقة، ولديها سجلات دفعية موثَّقة.

٣. مواصفات نظام إدارة البطارية (BMS). راجع حدود فرط الجهد، وانخفاض الجهد، وفرط التيار، والدوائر القصيرة، ودرجة الحرارة. وتأكد من سلوك الاتصال وإعادة تعيين نظام إدارة البطارية (BMS).

٤. التيار المستمر والذروة. وازن بين تصنيفات البطارية للتيار المستمر والذروة وبين محول الطاقة وأعلى حمل متوقع.

٥. نطاق درجة حرارة التشغيل. تحقق من حدود درجة حرارة الشحن والتفريغ بالنسبة لموقع التركيب المخطط له.

٦. حماية الشحن عند درجات الحرارة المنخفضة. تأكد من أن عملية الشحن تكون مُحظورة أو محدودة عند درجات الحرارة الأقل من الحد المعتمد للتركيبة الكيميائية المستخدمة.

٧. الغلاف والحماية الميكانيكية. راجع العلبة ونقاط التثبيت وتحمل الاهتزاز وأي تصنيف لمقاومة الدخول ذي الصلة بالتطبيق.