Являются ли литиевые батареи безопасными?

Введение.

Литиевые аккумуляторы можно использовать безопасно, если их элементы, конструкция блока , система управления батареей (BMS), зарядное устройство, монтаж и условия эксплуатации соответствуют требованиям . Ни одна из перезаряжаемых химических систем аккумуляторов не является абсолютно безопасной при любых условиях, и литиевые аккумуляторы не являются исключением. Вопрос заключается не в том, «Безопасны ли литиевые аккумуляторы в вСЕ корпуса ?”но... “Что делает a литий аккумулятор сейф в the способ I план к использование it,и что должны I проверить до I купить ?”

Для оптовых покупателей аккумуляторов, дистрибьюторов, интеграторов ов, поставщиков решений для автодомов и мобильного энергоснабжения, заказчиков OEM, импортёров и коммерческих покупателей систем накопления энергии практический ответ охватывает всю систему: химию элементов , качество элементов, конструкцию BMS, зарядное устройство поведение, управление тепловыми процессами, механическая защита, монтаж, прослеживаемость производителя и документация. Обращение безопасность как a система свойство ,не a маркетинг этикетка ,is the ди фф енция между светодиодный проинформированный покупка решение и светодиодный экспозиция к избежимому риску.

Для основы в технологии литиевых аккумуляторов используйте в этой статье, см. [ Что такое литиевая батарея ?] .

__________________________________________________________________________________________________

Являются ли литиевые батареи безопасными?

Литиевые аккумуляторы безопасны при правильном проектировании, изготовлении, монтаже, зарядке и эксплуатации. Безопасность — это не свойство одной лишь химии. Она возникает в результате взаимодействия качества элементов, защиты со стороны системы управления батареей (BMS), системы зарядки, корпуса, тепловых условий, качества монтажа и режима эксплуатации.

Покупатель должен рассматривать следующие аспекты как основные столпы безопасности литиевых аккумуляторов:

1. Качество элементов и выбор химического состава.

2. Защита и калибровка системы управления батареей (BMS).

3. Совместимость зарядного устройства и профиля заряда.

4. Тепловой контроль на месте установки.

5. Механическая защита от ударов, вибрации, воды и пыли.

6. Правильное подключение, предохранители и заземление.

7. Отслеживаемость производителя, испытания и документация.

8. Дисциплина эксплуатации, включая ограничения по температуре и управление уровнем заряда (state-of-charge).

Если один из этих столпов ослаблен, поведение системы становится менее предсказуемым. Если ослаблено несколько столпов, система может выйти из строя в условиях, которые она должна была бы нормально выдерживать. следовательно, безопасная литиевая батарея — это результат полной цепочки поставок, полного проекта аккумуляторного блока и полного плана эксплуатации.

__________________________________________________________________________________________________

Что может привести к потере безопасности литиевой батареи?

Инциденты, связанные с безопасностью литиевых аккумуляторов, обычно вызваны небольшим числом повторяющихся коренных причин. Каждая из этих причин имеет типичный механизм возникновения и типичный подход к предотвращению.

Перезарядка. Применение напряжения выше утверждённого предела для данной химической системы может спровоцировать нежелательные химические реакции внутри элемента. В результате возможны нагрев элемента, выделение газа, необратимая потеря ёмкости и в тяжёлых случаях — внутреннее короткое замыкание.

Глубокий разряд. Снижение напряжения элемента ниже утверждённого нижнего предела может повредить структуру электродов. Сильно разряженный элемент может не восстановиться, при последующей зарядке может образоваться внутреннее короткое замыкание или элемент просто выйдет из строя.

Внешнее короткое замыкание. Короткое замыкание между клеммами аккумулятора может вызвать чрезвычайно высокий ток, нагрев, электрическую дугу и, возможно, пожар. Даже соединение с низким сопротивлением при высоком токе быстро приводит к нагреву.

Внутреннее короткое замыкание. Механические повреждения, производственные дефекты, рост литиевых дендритов или отказ сепаратора могут вызвать внутренние короткие замыкания в элементе. Внутреннее короткое замыкание преобразует накопленную энергию в тепло непосредственно внутри элемента.

Чрезмерный ток. Постоянный или пиковый ток выше номинального предела аккумулятора может привести к перегреву элементов, повреждению сварных соединений и перегрузке BMS. Накопление тепла — типичный путь к термическому разгону.

Высокая температура. Повышенная температура окружающей среды, заблокированная вентиляция, воздействие солнечных лучей или тепло от параллельно установленного оборудования могут перевести элемент в химически менее устойчивый режим. Тепло также ускоряет практически все остальные механизмы старения.

Зарядка при низких температурах. Зарядка литиевых элементов при температуре ниже допустимой для данной химии может вызвать осаждение лития на аноде. Осаждение лития — это не только проблема потери ёмкости; это также проблема безопасности, поскольку осаждённый литий может вызывать внутренние короткие замыкания.

Механическое повреждение. Падение, прокол, сильная вибрация или сжатие могут деформировать элемент и повредить внутренние разделители. Повреждённый элемент может по-прежнему казаться работоспособным, но способен выйти из строя без предупреждения при нагрузке.

Низкое качество производства. Неравномерное нанесение электродного покрытия, загрязнение электролита, слабые сварные соединения или недостаточная герметичность могут вызвать скрытые дефекты, проявляющиеся лишь спустя месяцы эксплуатации.

Неправильная установка. Слишком тонкие провода, отсутствие предохранителей, неправильное заземление, заблокированная вентиляция или нестабильное крепление — всё это повышает риск. Даже аккумулятор высокого качества может стать небезопасным при некорректной установке.

Отсутствие документации или возможности отслеживания. Покупатель, не имеющий возможности проследить происхождение элементов, версию прошивки BMS, данные о партии или сертификаты испытаний, берёт на себя дополнительные риски цепочки поставок.

Эти основные причины объясняют, почему безопасность необходимо оценивать как систему, а не как отдельно заявленную функцию.

__________________________________________________________________________________________________

Что такое тепловый разгон и могут ли литиевые Аккумуляторы загореться?

Тепловая неконтролируемый процесс описывает a состояние внутри a клетка в который тепло поколение превышает the клетка ’с способность к рассеиваться тепло .Один раз a элемент пересекает этот порог, внутренняя температура быстро повышается. Химический состав ускоряет собственное разложение, выделяя ещё тепло и ,в некоторые химиком rIES ,fi горючие газ .The результат может be вентиляция ,fi - Да. ,или взрыв в зависимости включено the клетка состояние , оболочку и окружающую среду.

Термический неконтролируемый процесс — это не нормальный режим работы. Это аварийное состояние требующее инициирующего события, например сильной перезарядки, внутреннего короткого замыкания, механического повреждения или внешнего fi нагрева. Большинство хорошо спроектированных литиевых аккумуляторы никогда не попадают в это состояние с лет нормальной эксплуатации поскольку системы защиты предотвращают возникновение инициирующих событий.

Литиевый аккумулятор может загореться fi при определённых условиях отказа, но это отличается от утверждения о том, что литиевые аккумуляторы фф являются по своей природе небезопасными при нормальной эксплуатации. Целью проектирования систем безопасности является поддержание элементов вне условий, которые приводят к ад к термальному выходу из-под контроля, не утверждая, что выход из-под контроля невозможен при любом неправильном обращении. Защита многоуровневая: выбор элементов, система управления батареей (BMS), корпус, монтаж и эксплуатационная практика — каждый из этих факторов снижает вероятность возникновения отказа. состояние лица.

__________________________________________________________________________________________________

Как система управления батареей (BMS) повышает безопасность литиевой батареи?

Система управления батареей (BMS) — это электронный управляющий уровень внутри литиевой батареи. Она контролирует напряжение элементов, ток, температуру и иногда уровень заряда (SOC). При превышении показаний установленных пределов BMS отключает батарею или ограничивает её работу. работу батареи.

Распространённые функции BMS включают:

Защита от перезарядки: прекращение зарядки при превышении напряжения элемента верхнего предела.

Защита от переразряда: прекращение разрядки при падении напряжения элемента ниже нижнего предела.

Защита от перегрузки по току: ограничивает или отключает ток при аномальном потреблении.

Защита от короткого замыкания: обнаруживает чрезвычайно высокий ток и быстро отключает аккумулятор.

Мониторинг температуры: приостанавливает работу при температуре за пределами допустимого диапазона.

Балансировка ячеек: выравнивает напряжения элементов, чтобы слабые элементы не выводили блок за предельные значения.

Связь и сигнализация: сообщает о состоянии заряда, аварийных сигналах и неисправностях инвертору, дисплею или системе мониторинга.

СУБ снижает риски, но не устраняет все риски. У СУБ есть собственные ограничения по току, время реакции и надёжность.

плохо спроектированная СУБ может не сработать, не сброситься или сама стать источником отказов. Наличие СУБ — необходимое, но недостаточное условие для обеспечения безопасности. Её необходимо сочетать с правильной прокладкой проводки, правильными настройками зарядного устройства, правильной установкой и аккумуляторным блоком, собранным из качественных элементов.

__________________________________________________________________________________________________

Являются ли аккумуляторы LiFePO4 безопаснее других литий-ионных аккумуляторов?

LiFePO4, ili litij-železo-fosfat, široko schitaetsja otnositel’no ustojčivym litij-ionnym akkumuljatornym materialom dlja stacionarnyh i podvizhnyh sistem nakoplenija ènergii. Himija katoda LiFePO4 obladajet bol’šej termičeskoj ustojčivost’ju, čem sloistye oksidnye materialy, kotorye často ispol’zujutsja v priborah s vysokoj plotnost’ju ènergii dlja potrebitel’skih tovarov. Pri ispytanijah na peregruzku èlementy LiFePO4 menee sklonny k termičeskomu probou, čem nekotorye drugie himičeskie sistemy pri odinakovom urovne aktivirujushhej ènergetičeskoj nagruzki.

Poètomu LiFePO4 široko primenjaetsja v oblastjah, gde prioritetny termičeskaja ustojčivost’ i dolgij cikl sluzhby, a ne maksimal’no kompaktnaja plotnost’ ènergii. Bytovye sistemy nakoplenija ènergii, avtonomnye solnečnye sistemy, akkumuljatornye banki dlja dorozhnyh i morskih transportnyh sredstv, a takzhe mnogie kommerčeskie sistemy nakoplenija ènergii ispol’zujut LiFePO4 imenno potomu, čto oni bolee ustojčivy k otkazam i predostavljajut men’šij risk katastrofičeskogo termičeskogo probou.

Однако химический состав LiFePO4 не гарантирует полной безопасности. При чрезмерных нагрузках элементы всё ещё могут выделять газ, дым или способствовать возникновению пожара. Химический состав — лишь один компонент системы безопасности, а не её замена. Качество элементов, конструкция системы управления батареей (BMS), поведение зарядного устройства, корпус, монтаж и практика эксплуатации остаются критически важными. Выбор LiFePO4 из-за его повышенной безопасности оправдан; однако предполагать, что применение LiFePO4 устраняет необходимость в остальных компонентах системы безопасности, — ошибочно.

Для более подробного рассмотрения химии LiFePO4 см. [ Что такое литий-железо-фосфатный аккумулятор ?].

__________________________________________________________________________________________________

Как можно You Make Lithium Batter y Use Safer?

Соблюдение ряда практических правил позволяет свести к минимуму большую часть предотвратимых рисков при использовании литиевых аккумуляторов.

Используйте совместимое зарядное устройство. Подбирайте зарядное устройство с учётом химического состава батареи, её напряжения и утверждённого профиля заряда. Применение зарядного устройства для свинцово-кислых аккумуляторов для литиевой батареи или установка несоответствующего напряжения могут привести к многократному перезаряду или недозаряду.

Соблюдайте указанные значения напряжения и тока. Соблюдайте номинальный ток непрерывного разряда аккумулятора, пиковый ток разряда и максимальный ток заряда. Превышение этих значений может не привести к немедленному отказу, но сокращает срок службы и повышает нагрузку.

Соблюдайте допустимые пределы температуры. Не заряжайте аккумулятор при температурах ниже нижнего предела, установленного для данной химии. Избегайте эксплуатации или зарядки при экстремально высоких температурах. Если условия регулярно выходят за пределы допустимых значений, установите систему подогрева, охлаждения или теплоизоляции.

Избегайте использования повреждённых аккумуляторов. Падение, прокол, вздутие, утечка или необычный запах — признаки того, что аккумулятор небезопасен. Немедленно прекратите его использование. и следуйте инструкциям производителя по технике безопасности. Самодельный ремонт повреждённого литиевого аккумулятора опасен и недопустим.

Используйте правильную коммутацию и защиту. Подбирайте сечение кабеля в соответствии с током, используйте предохранители или автоматические выключатели, рассчитанные на параметры системы, и строго соблюдайте правила монтажа, указанные в руководстве по эксплуатации аккумулятора. Ослабленные соединения и кабели недостаточного сечения вызывают перегрев задолго до возникновения функционального отказа.

Не обходите систему управления батареями (BMS). Система управления батареей (BMS) существует потому, что отдельные элементы и сборки могут выйти из строя. Её удаление или обход может подвергнуть аккумулятор воздействию условий, для которых он изначально не проектировался и не рассчитан. Если BMS срабатывает многократно, правильным действием является диагностика системы, а не отключение защиты.

Соблюдайте режим зарядки и уровень заряда при хранении (SOC). Некоторые типы литиевых электрохимических систем допускают хранение в полностью заряженном состоянии; другие предпочитают частичный заряд. Следуйте инструкциям производителя аккумулятора, особенно при сезонном хранении, и храните его в прохладном, сухом месте.

Условия, повреждающие аккумулятор и создающие со временем угрозу безопасности, см. в разделе «Что повреждает литиевый аккумулятор?» ].

__________________________________________________________________________________________________

Риски безопасности литиевых аккумуляторов и меры защиты

В приведённой ниже таблице перечислены наиболее распространённые риски безопасности, соответствующие им типичные механизмы возникновения, а также типичные меры защиты или предотвращения. Используйте её как справочное пособие, но не в качестве замены руководству производителя.

Покупатель, ориентированный на безопасность, должен иметь возможность указать документально подтверждённую защиту для каждой строки выше перед утверждением системы литиевых аккумуляторов.

__________________________________________________________________________________________________

На что должны обращать внимание покупатели перед покупкой литиевого аккумулятора?

Безопасностно-ориентированная закупочная проверка охватывает аккумулятор, систему и поставщика. Следующий список представляет собой практическую отправную точку. .

Аккумулятор со стороны.

1. Выбор химического состава. Подтвердите, что химический состав соответствует приоритетам применения. LiFePO4 широко применяется в стационарных и мобильных системах накопления энергии, однако в отдельных случаях могут быть уместны и другие химические составы.

2. Качество элементов и возможность отслеживания. Уточните, поступают ли элементы от идентифицируемых производителей с документированными записями по партиям.

3. Спецификации системы управления батареей (BMS). Проверьте пределы перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току, короткого замыкания и температуры. Подтвердите поведение BMS при обмене данными и сбросе.

4. Непрерывный и пиковый ток. Сопоставьте непрерывные и пиковые значения тока батареи с характеристиками инвертора и наибольшей ожидаемой нагрузки.

5. Диапазон рабочих температур. Сверьте пределы температур зарядки и разрядки с условиями планируемого места установки.

6. Защита при зарядке при низких температурах. Убедитесь, что зарядка блокируется или ограничивается при температурах ниже установленного порога для данной химической системы.

7. Корпус и механическая защита. Проверьте корпус, точки крепления, устойчивость к вибрации и любую степень защиты от проникновения, актуальную для применения.