Le batterie al litio sono sicure?

Introduzione.

Le batterie al litio possono essere utilizzate in sicurezza quando le celle, la progettazione del pacco , il sistema di gestione della batteria (BMS), i dispositivi di ricarica l’installazione e le condizioni operative sono adeguati . Nessuna chimica per batterie ricaricabili è completamente priva di rischi in ogni condizione, e le batterie al litio non fanno eccezione. La domanda pertinente non è «Le batterie al litio sono sicure in tUTTI cassetti ?”- Ma... “Che cosa rende a litio batteria sicuro in il via I pianifica a utilizzo it,e che cosa dovrebbero I check prima I acquista ?”

Per gli acquirenti B2B di batterie, i distributori, gli integratori i fornitori di energia per veicoli ricreazionali (RV) e sistemi mobili, i clienti OEM, gli importatori e gli acquirenti commerciali di sistemi di accumulo energetico, la risposta pratica riguarda l’intero sistema: la chimica delle celle, la qualità delle celle, la progettazione del BMS, il caricabatterie .comportamento, gestione termica, protezione meccanica, installazione, tracciabilità del produttore e documentazione. Trattare sicurezza come a sistema proprietà ,no a commercializzazione etichetta ,is il di ff riferimento tra un informato acquistare decisione e un esposizione per evitare rischi prevenibili.

Per una panoramica sulla tecnologia delle batterie agli ioni di litio, utilizzare in questo articolo, vedere [ Che cos'è una batteria al litio ?] .

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Le batterie al litio sono sicure?

Le batterie agli ioni di litio sono sicure quando progettate, prodotte, installate, caricate e utilizzate correttamente. La sicurezza non è una proprietà esclusiva della chimica. Essa emerge dall’interazione tra qualità della cella, protezione del sistema di gestione della batteria (BMS), sistema di ricarica, involucro, ambiente termico , qualità dell’installazione e comportamento operativo.

Un acquirente dovrebbe considerare i seguenti punti come pilastri fondamentali della sicurezza delle batterie agli ioni di litio:

1. Qualità della cella e scelta della chimica.

2. Protezione e calibrazione del sistema di gestione della batteria (BMS).

3. Compatibilità del caricabatterie e del profilo di carica.

4. Gestione termica nel luogo di installazione.

5. Protezione meccanica contro urti, vibrazioni, acqua e polvere.

6. Corretto cablaggio, protezione con fusibili e messa a terra.

7. Tracciabilità del produttore, prove e documentazione.

8. Disciplina operativa, inclusi i limiti di temperatura e la gestione dello stato di carica.

Se uno qualsiasi di questi pilastri è debole, il sistema diventa meno prevedibile. Se più pilastri sono deboli, il sistema può guastarsi in condizioni che normalmente dovrebbe tollerare. una batteria agli ioni di litio sicura è quindi il risultato di una catena di approvvigionamento completa, di una progettazione completa del pacco batteria e di un piano operativo completo.

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Cosa può rendere pericolosa una batteria agli ioni di litio?

Gli incidenti relativi alla sicurezza delle batterie al litio sono solitamente causati da un numero limitato di cause fondamentali ricorrenti. Ogni causa ha un meccanismo tipico e un approccio tipico di prevenzione.

Sovraccarica. Applicare una tensione superiore al limite approvato per la chimica della cella può innescare reazioni chimiche indesiderate all’interno della cella. Ciò può provocare riscaldamento della cella, generazione di gas, perdita permanente di capacità e, nei casi più gravi, cortocircuiti interni.

Sottocarica. Consentire alla cella di scendere al di sotto della tensione minima approvata può danneggiare la struttura degli elettrodi. Una cella gravemente sottocaricata potrebbe non recuperare, potrebbe sviluppare cortocircuiti interni durante la ricarica oppure potrebbe semplicemente guastarsi.

Cortocircuito esterno. Un cortocircuito tra i terminali della batteria può generare correnti estremamente elevate, riscaldamento, archi elettrici e possibili incendi. Anche una connessione a bassa resistenza, in presenza di corrente elevata, genera calore rapidamente.

Cortocircuito interno. Danni meccanici, difetti di fabbricazione, crescita di dendriti di litio o guasti del separatore possono causare cortocircuiti all’interno di una cella. Un cortocircuito interno trasforma l’energia immagazzinata in calore direttamente all’interno della cella stessa.

Corrente eccessiva. Una corrente continua o di picco superiore al limite nominale della batteria può surriscaldare le celle, danneggiare i punti di saldatura e sovraccaricare il sistema di gestione della batteria (BMS). L’accumulo di calore rappresenta il percorso comune verso la fuga termica.

Alta temperatura. Un’alta temperatura ambiente, una ventilazione ostruita, l’esposizione diretta al sole o il calore proveniente da apparecchiature adiacenti possono spingere una cella verso un regime chimico meno stabile. Inoltre, il calore accelera quasi tutti gli altri meccanismi di invecchiamento.

Ricarica a bassa temperatura. La ricarica di celle al litio al di sotto della temperatura approvata per la chimica utilizzata può causare la deposizione di litio sull’anodo. Questa deposizione non è solo un problema di capacità; è anche un problema di sicurezza, poiché il litio depositato può generare cortocircuiti interni.

Danni meccanici. Caduta, foratura, vibrazione intensa o compressione possono deformare la cella e rompere i separatori interni. Una cella danneggiata potrebbe sembrare ancora funzionante, ma potrebbe guastarsi improvvisamente sotto stress.

Scarsa qualità produttiva. Rivestimento non uniforme degli elettrodi, elettrolita contaminato, saldature deboli o sigillatura inadeguata possono introdurre difetti latenti che emergono soltanto dopo mesi di utilizzo.

Installazione errata. Cavi di sezione insufficiente, assenza di fusibili, messa a terra scorretta, ventilazione ostruita o fissaggio instabile aumentano tutti il rischio. Anche una batteria di alta qualità può diventare pericolosa se installata in modo improprio.

Mancanza di documentazione o tracciabilità. Un acquirente che non riesce a risalire all’origine della cella, alla versione del firmware del BMS, ai registri del lotto o ai certificati di prova assume un rischio aggiuntivo nella catena di approvvigionamento.

Queste cause radice spiegano perché la sicurezza deve essere valutata come un sistema, anziché come una singola caratteristica dichiarata.

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Cos’è la corsa termica e le batterie al litio Possono prendere fuoco?

Termica fuga termica descrive a stato all'interno a cella in quale il calore generazione superano il cella ’s capacità a dissipare il calore .Una volta a cella supera tale soglia, la temperatura interna aumenta rapidamente. La chimica accelera la propria decomposizione, rilasciando altro il calore e ,in alcuni farmacista ries ,fi infiammabile gas .Il risultato può be ventilazione ,fi ri ,o esplosione a seconda attivo il cella stato , involucro e nell’ambiente circostante.

La fuga termica non è una condizione operativa normale. Si tratta di uno stato di guasto che richiede un evento iniziale, ad esempio una carica eccessiva eccessiva, un cortocircuito interno, danni meccanici o calore fi esterno. La maggior parte delle batterie agli ioni di litio ben progettate le batterie non entrano mai in questo stato fino ad ora anni di utilizzo normale perché i sistemi di protezione impediscono gli eventi scatenanti.

Una batteria al litio può prendere fuoco fi in determinate condizioni di guasto, ma ciò è diverso dal dire che le batterie al litio ff sono intrinsecamente pericolose nell’uso normale. L’obiettivo della progettazione per la sicurezza è mantenere le celle lontane dalle condizioni che provocano il verificarsi di tali eventi. le condizioni che provocano ad accumulo termico esplosione termica, senza affermare che l’esplosione termica sia impossibile in qualsiasi condizione di abuso. La protezione è stratificata: selezione delle celle, sistema di gestione della batteria (BMS), involucro, installazione e prassi operative riducono ciascuna la probabilità di entrare in uno stato di guasto. .

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In che modo un BMS migliora la sicurezza delle batterie al litio?

Il sistema di gestione della batteria (BMS) è il livello di controllo elettronico interno di una batteria al litio. Monitora le tensioni delle singole celle, la corrente, la temperatura e, talvolta, lo stato di carica. Quando una misurazione supera un limite approvato, il BMS interrompe o limita il funzionamento della batteria.

Le funzioni comuni del BMS includono:

Protezione contro la sovracarica: interrompe la ricarica quando la tensione di una cella supera il limite superiore.

Protezione contro lo scaricamento eccessivo: interrompe la scarica quando la tensione di una cella scende al di sotto del limite inferiore.

Protezione da Sovracorrente: limita o interrompe la corrente durante richieste anomale.

Protezione contro i cortocircuiti: rileva correnti estremamente elevate e interrompe rapidamente la batteria.

Monitoraggio della temperatura: sospende il funzionamento quando la temperatura esce dall’intervallo approvato.

Bilanciamento delle Celle: equalizza le tensioni delle celle in modo che le celle più deboli non spingano il pacco oltre i limiti.

Comunicazione e allarmi: segnala lo stato di carica, gli allarmi e i guasti all’inverter, al display o al sistema di monitoraggio.

Un BMS riduce il rischio, ma non elimina tutti i rischi. Un BMS possiede i propri limiti di corrente, tempi di risposta e livelli di affidabilità.

caratteristiche. Un BMS progettato in modo scadente può non intervenire, non resettarsi correttamente o introdurre esso stesso modalità di guasto. La presenza di un BMS è quindi una condizione necessaria, ma non sufficiente, per la sicurezza. Deve essere abbinato a cablaggi corretti, impostazioni del caricabatterie appropriate, installazione conforme e un pacco batteria realizzato con celle di qualità. impostazioni del caricabatterie, installazione corretta e un pacco batteria costruito con celle di qualità.

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Le batterie LiFePO4 sono più sicure rispetto ad altre batterie agli ioni di litio?

LiFePO4, o fosfato di litio e ferro, è ampiamente considerato una chimica agli ioni di litio relativamente stabile per l’immagazzinamento stazionario ed mobile di energia. La sua chimica catodica è più stabile termicamente rispetto alle chimiche ad ossido stratificato spesso utilizzate negli apparecchi elettronici consumer ad alta densità energetica. Nei test di sovraccarico, le celle LiFePO4 hanno minori probabilità di entrare in runaway termico alla stessa energia di attivazione di alcune altre chimiche.

LiFePO4 è quindi comune in applicazioni in cui la stabilità termica e la lunga vita ciclica sono più importanti della densità energetica compatta. Sistemi di accumulo residenziale, impianti solari fuori rete, batterie ausiliarie per veicoli ricreazionali e imbarcazioni, e molti sistemi commerciali di accumulo energetico utilizzano LiFePO4 proprio perché tollera condizioni di guasto con minor rischio di runaway termico catastrofico.

Tuttavia, il litio ferro fosfato (LiFePO4) non è immune dai rischi per la sicurezza. In caso di utilizzo estremo può comunque rilasciare gas, produrre fumo o contribuire all’incendio. La chimica è solo una parte del sistema di sicurezza, non un suo sostituto. La qualità delle celle, la progettazione del sistema di gestione della batteria (BMS), il comportamento del caricabatterie, l’involucro, l’installazione e le modalità operative rimangono fondamentali. Scegliere il litio ferro fosfato perché è «più sicuro» è ragionevole; ritenere però che il litio ferro fosfato elimini la necessità del resto del sistema di sicurezza non lo è.

Per un approfondimento sulla chimica del litio ferro fosfato, consultare [ Che cos’è la batteria LiFePO4 ?].

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Come possono You Make Lithium Batter y Use Safer?

Un insieme pratico di buone abitudini riduce gran parte dei rischi evitabili nell’uso delle batterie al litio.

Utilizzare un caricabatterie compatibile. Adattare il caricabatterie alla chimica della batteria, alla sua tensione e al profilo di carica approvato. Un caricabatterie per batterie al piombo-acido applicato a una batteria al litio, oppure un valore di tensione non corrispondente, possono causare sollecitazioni ripetute da sovraccarica o sintomi da sottocarica.

Rispettare le specifiche di tensione e corrente. Rispettare la corrente di scarica continua, la corrente di picco e la corrente massima di carica della batteria. Superare tali valori potrebbe non causare un guasto immediato, ma riduce la durata e aumenta lo stress.

Rimanere entro i limiti di temperatura approvati. Evitare la carica a temperature inferiori al limite basso della chimica della batteria. Evitare il funzionamento o la carica in condizioni di calore estremo. Qualora le condizioni superino regolarmente tali limiti, installare riscaldamento, raffreddamento o isolamento.

Evitare batterie danneggiate. Caduta, perforazione, rigonfiamento, perdite o odore insolito sono segni di una batteria non sicura. Interromperne immediatamente l’uso. e seguire le istruzioni per la sicurezza del produttore. Riparazioni improvvisate su una batteria al litio danneggiata sono pericolose e non devono essere tentate.

Utilizzare cablaggio e protezioni adeguati. Scegliere la sezione del cavo in base alla corrente, usare fusibili o interruttori con portata adatta al sistema e rispettare le istruzioni di installazione riportate nel manuale della batteria. Collegamenti allentati e cavi sottodimensionati provocano surriscaldamento prima ancora di causare un guasto funzionale.

Non escludere il sistema di gestione della batteria (BMS). Un BMS esiste perché le singole celle e i pacchi possono guastarsi. Rimuoverlo o bypassarlo può esporre la batteria a condizioni per cui non è mai stata progettata per resistere. Se un BMS scatta ripetutamente, l’azione corretta è analizzare il sistema, non disabilitare la protezione.

Rispettare la modalità di carica e il livello di carica (SOC) per lo stoccaggio. Alcune chimiche al litio tollerano lo stoccaggio a piena carica; altre preferiscono una carica parziale. Seguire il manuale della batteria, in particolare per lo stoccaggio stagionale, e conservarla in un luogo fresco e asciutto.

Per le condizioni che danneggiano la batteria e possono creare rischi per la sicurezza nel tempo, vedere [Cosa danneggia una batteria al litio?] ].

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Rischi per la sicurezza delle batterie al litio e misure di protezione

La tabella seguente associa i rischi per la sicurezza più comuni ai relativi meccanismi tipici e alle corrispondenti misure di protezione o prevenzione. Utilizzarla come riferimento rapido, non come sostituto del manuale del produttore.

Un acquirente attento alla sicurezza dovrebbe essere in grado di indicare una protezione documentata per ciascuna riga sopra riportata prima di approvare un sistema a batteria al litio.

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Cosa devono verificare gli acquirenti prima di acquistare una batteria al litio?

Una revisione degli acquisti orientata alla sicurezza esamina la batteria, il sistema e il fornitore. L’ elenco seguente costituisce un punto di partenza pratico. punto di partenza pratico.

Batteria lato.

1. Selezione della chimica. Verificare che la chimica corrisponda alle priorità dell’applicazione. Il LiFePO4 è comune per l’accumulo energetico stazionario e mobile, ma altre chimiche potrebbero risultare appropriate in casi specifici.

2. Qualità e tracciabilità delle celle. Chiedere se le celle provengono da produttori identificabili con registri documentati per lotto.

3. Specifiche del sistema di gestione della batteria (BMS). Esaminare i limiti di sovratensione, sottotensione, sovracorrente, cortocircuito e temperatura. Confermare il comportamento della comunicazione e del ripristino del BMS.

4. Corrente continua e di picco. Far corrispondere le classificazioni continue e di picco della batteria all’inverter e al carico massimo previsto.

5. Intervallo di temperatura operativa. Confermare i limiti di temperatura per la carica e la scarica in relazione al sito di installazione previsto.

6. Protezione per la carica a basse temperature. Verificare che la carica sia bloccata o limitata a temperature inferiori alla soglia approvata per la chimica utilizzata.

7. Involucro e protezione meccanica. Esaminare la custodia, i punti di fissaggio, la tolleranza alle vibrazioni e qualsiasi grado di protezione contro l’ingresso di corpi estranei rilevante per l’applicazione.