A เซลล์กระเป๋าลิเธียมโพลีเมอร์ทำให้การตรวจจับการเกิดก๊าซง่ายขึ้น เนื่องจากถุงที่ยืดหยุ่นสามารถขยายตัวได้อย่างเห็นได้ชัด แต่มีความเสี่ยงที่จะถูกเจาะ การดัดงอ แรงกดที่ขอบ และการรบกวนของตัวเครื่อง

A แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทรงกระบอกแข็ง-เช่น 18650 หรือ 21700 ให้การป้องกันทางกลที่ดีกว่า และอาจรวมถึงด้วยอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยระดับเซลล์- เช่น PTC และ CIDแต่การสะสมของแรงดันภายในจะมองเห็นได้น้อยลง และความล้มเหลวอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดการระบายก๊าซร้อนแบบทิศทาง-ได้
 

เมื่อตรวจสอบซัพพลายเออร์ ให้มุ่งเน้นไปที่สี่ด้าน:

• เซลล์ถุงอ่อนบวมทำให้เกิด
• หนีความร้อนสิ่งกระตุ้นและการแพร่กระจาย
• การออกแบบการป้องกัน BMS และ PCM
• หลักฐานการทดสอบสำหรับUN 38.3, UL 1642, UL 2054 และ IEC 62133-2

บทความนี้เน้นเฉพาะเรื่องความปลอดภัยเท่านั้น สำหรับความหนาแน่นของพลังงาน อัตรา C- การชาร์จ อายุการใช้งานของวงจร และการเลือกการใช้งาน โปรดดูคำแนะนำหลักของเราที่แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์กับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน

1. อะไรคือความแตกต่างด้านความปลอดภัยที่แท้จริงระหว่าง LiPo และ LiPo ทรงกระบอก-?

ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือเปลือกเซลล์ ไม่ใช่เคมีไฟฟ้าลิเธียม-พื้นฐาน

ทั้งสองรูปแบบสามารถสัมผัสได้การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์, การชุบลิเธียม, ตัวคั่นล้มเหลว,ลัดวงจรภายใน, การผลิตก๊าซ และหนีความร้อน. ความแตกต่างคือลักษณะที่ความล้มเหลวเหล่านี้เกิดขึ้น และวิธีที่เซลล์จัดการกับความเครียดทางกลและความดันภายใน

สำหรับการจัดซื้อจัดจ้าง คำถามที่เป็นประโยชน์ไม่ใช่ว่า "รูปแบบใดปลอดภัยกว่า" มันคือ:จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเซลล์นี้ถูกใช้ในทางที่ผิด และอะไรจะหยุดความล้มเหลวไม่ให้บานปลาย?

2. ทำไมแบตเตอรี่ LiPo ถึงบวม?

 

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์บวมเกิดจากก๊าซที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ภายในกระเป๋า

 

ทั่วไปสาเหตุเซลล์ถุงอ่อนบวมรวมการแยกชั้น SEI, การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์, แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จมากเกินไป,-การสัมผัสอุณหภูมิสูง, การคายประจุเกิน-, การปนเปื้อนของความชื้น และ-การเสื่อมสภาพในระยะยาว

 

ที่อุณหภูมิสูงหรือแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไป ส่วนประกอบอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์สามารถสลายตัวและสร้างก๊าซ เช่น CO₂, CO, CH₄, C₂H₄ และ H₂ เนื่องจากถุงถูกปิดผนึก ก๊าซนี้จึงเพิ่มความหนาของเซลล์

 

เส้นทางความล้มเหลวแบบง่ายคือ:

อุณหภูมิสูง / แรงดันไฟฟ้าเกิน → การย่อยสลาย SEI → การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ → การสร้างก๊าซ → การบวมของถุง

 

สำหรับการจัดซื้อ การบวมที่ผิดปกติควรกระตุ้นให้เกิดการตรวจสอบคุณภาพเซลล์ แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ อุณหภูมิในการเก็บรักษา การควบคุมความชื้นในการผลิต และการเสื่อมสภาพ- ไม่ใช่แค่การหุ้มที่แน่นหนาเท่านั้น

 

3. การชาร์จไฟมากเกินไปจะเพิ่มความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของ LiPo ได้อย่างไร?

เซลล์ลิเธียมจะต้องอยู่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ระบุไว้สำหรับคุณสมบัติทางเคมีและการออกแบบเซลล์ที่แน่นอน

แรงดันไฟฟ้าประจุบนของลิเธียม-ทั่วไปประกอบด้วย4.20 โวลต์, 4.35 โวลต์ และ 4.40 โวลต์แต่ค่าเหล่านี้ไม่สามารถใช้แทนกันได้ แรงดันไฟฟ้าเกินที่กำหนดจะเร่งความไม่เสถียรของแคโทดการผลิตก๊าซมากเกินไป, ออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์ และการสร้างความร้อนภายใน

"แบตเตอรี่ LiPo 3.7 V" ไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะอนุมัติเครื่องชาร์จหรือวงจรป้องกัน

4. การคายประจุที่ลึกเกิน-สามารถสร้างไฟฟ้าลัดวงจรภายในได้หรือไม่

การคายประจุมากเกินไป-อย่างรุนแรงสามารถสร้างความเสียหายที่จะเกิดขึ้นในภายหลังระหว่างการชาร์จ

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ลดลงต่ำกว่าค่าต่ำสุดที่ผู้ผลิตอนุญาต ทองแดงจากตัวสะสมกระแสแอโนดอาจละลายลงในอิเล็กโทรไลต์ ในระหว่างการชาร์จครั้งต่อๆ ไป คราบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสามารถก่อตัวและมีส่วนทำให้เกิดลัดวงจรภายใน.

นั่นทำให้การป้องกันแรงดันไฟฟ้าตกเป็นฟังก์ชันด้านความปลอดภัย ไม่ใช่แค่วงจร-คุณลักษณะอายุการใช้งาน

สำหรับชุดแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง ฝ่ายจัดซื้อควรยืนยันทั้งแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำของผู้ผลิตเซลล์และค่าตัดแรงดันไฟฟ้าตก PCM/BMS

5. แบตเตอรี่ LiPo ควรมีระยะห่างเท่าใด

ไม่ควรออกแบบกล่องหุ้มเซลล์-ให้มีความหนาตามที่กำหนดเพียงอย่างเดียว

สมมติฐานทางวิศวกรรม เช่นการเติบโตความหนา 8–10%ตลอดอายุการใช้งานหรือโดยประมาณระยะห่างแกน 10–15% z-อาจมีประโยชน์ในระหว่างการออกแบบในช่วงแรก แต่ไม่ควรถือเป็นข้อกำหนด LiPo สากล

ผู้จำหน่ายแบตเตอรี่ควรจัดเตรียม:

• ความหนาของเซลล์ที่กำหนด
• ความหนาของเซลล์สูงสุด
• ความอดทนมิติ
• ข้อมูลการสิ้นสุด-ของชีวิต-ที่เพิ่มขึ้น
• การบีบอัดที่แนะนำ
• จำเป็นต้องมีช่อง-ระยะห่างจากขอบ

มีการใช้การบีบอัดแบบควบคุม f ​​ค่าต่างๆ เช่น0.1–0.3 เมกะปาสคาลอาจปรากฏในการออกแบบแบตเตอรี่บางแบบ แต่ขีดจำกัดที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับการสร้างเซลล์และคำแนะนำของผู้ผลิต

อย่าแก้อาการบวมโดยเพียงแค่จับเซลล์ให้แน่นขึ้น ข้อจำกัดที่มากเกินไปสามารถถ่ายโอนความเครียดไปยังตัวแยก ปึกอิเล็กโทรด หรือซีลถุงได้

6. จริงๆ แล้วอะไรคือจุดเริ่มต้นของ Thermal Runaway?

หนีความร้อนเกิดขึ้นเมื่อ{0}}ปฏิกิริยาที่สร้างความร้อนภายในเซลล์เร็วกว่าเซลล์และห่อหุ้มสามารถกระจายความร้อนนั้นออกไปได้

ลำดับทางวิศวกรรมทั่วไปคือ:

สิ่งเหล่านี้เป็นช่วงอ้างอิง ไม่ใช่ขีดจำกัดการผ่าน/ไม่ผ่านสากล

 

 

ที่เกิดขึ้นจริงอุณหภูมิเริ่มต้นของความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ขึ้นอยู่กับเคมีของเซลล์ สถานะของประจุ การออกแบบตัวคั่น อิเล็กโทรไลต์ สภาวะการเสื่อมสภาพ และวิธีการใช้งานในทางที่ผิด สำหรับคุณสมบัติของซัพพลายเออร์ โปรดขอข้อมูลการทดสอบบนเซลล์ที่นำเสนออย่างถูกต้อง แทนที่จะอาศัยแผนภูมิอุณหภูมิทั่วไป

A เซลล์กระเป๋าลิเธียมโพลีเมอร์มีความเสี่ยงต่อวัตถุมีคม การโหลดของขอบ การโค้งงอ และการเสียรูปของตัวเครื่อง เนื่องจากการเคลือบด้านนอกให้การปกป้องโครงสร้างที่จำกัด

8. สามารถชาร์จต่ำกว่า 0 องศาเพิ่มความเสี่ยงจากไฟไหม้แบตเตอรี่ลิเธียม?

ใช่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซลล์ลิเธียมไอออน-ที่ใช้กราไฟท์ทั่วไป-

ที่อุณหภูมิต่ำ ลิเธียม-อิออนแทรกเข้าไปในขั้วบวกของกราไฟท์จะช้าลง หากกระแสไฟชาร์จยังคงสูงเกินไป ลิเธียมโลหะอาจสะสมบนพื้นผิวแอโนดแทน

นี้การชุบลิเธียมอาจทำให้เกิดการสูญเสียความจุ เพิ่มความต้านทาน การก่อตัวของเดนไดรต์ และในกรณีร้ายแรง ตัวแยกความเสียหายที่นำไปสู่ลัดวงจรภายใน.

สำหรับผลิตภัณฑ์ฤดูหนาว- โปรดสอบถามซัพพลายเออร์:

• อุณหภูมิการชาร์จขั้นต่ำ
• ขีดจำกัดปัจจุบัน-ประจุอุณหภูมิต่ำ-
• เกณฑ์การล็อคค่าธรรมเนียม BMS
• จำเป็นต้องอุ่นเครื่องหรือไม่
• ตำแหน่งที่มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิอยู่

แบตเตอรี่ที่ได้รับการจัดอันดับให้คายประจุที่ -20 องศาจะไม่ปลอดภัยโดยอัตโนมัติในการชาร์จที่ -20 องศา

9. คนเราล้มเหลวได้อย่างไรการแพร่กระจายความร้อนแบบ Runaway ของเซลล์ทริกเกอร์?

ในชุดเซลล์หลาย- การป้องกันความล้มเหลวครั้งแรกเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของปัญหาด้านความปลอดภัย

เป็นเซลล์ที่รุนแรงหนีความร้อนสามารถปล่อยความร้อนและก๊าซร้อนมากพอที่จะทำให้เซลล์ที่อยู่ติดกันมีอุณหภูมิวิกฤตของตัวเอง ที่อาจทำให้เกิดการต่อเนื่องกันการแพร่กระจายของความร้อนผ่านแพ็ค

การควบคุมการขยายพันธุ์อาจรวมถึง:

• ระยะห่างระหว่างเซลล์ทางกายภาพ
• อุปสรรคความร้อน
• ฉนวนไมกา
• แอร์เจล
• เครื่องกระจายความร้อน
• วัสดุโครงสร้างที่ทนไฟ-

เส้นทางระบายก๊าซที่มีการควบคุม

สถาปัตยกรรมที่ต้องการขึ้นอยู่กับพลังงานของแพ็คและจำนวนเซลล์

ในการจัดหา อย่าถามเพียงว่าซัพพลายเออร์ใช้ "ฉนวนกันความร้อน" หรือไม่ ถาม:

หากเซลล์หนึ่งทำงานล้มเหลว อะไรขัดขวางไม่ให้เซลล์ข้างเคียงมีอุณหภูมิถึงขั้นวิกฤต

คำถามดังกล่าวบังคับให้ซัพพลายเออร์ต้องอธิบายเส้นทางระบายความร้อนที่เกิดขึ้นจริง

10. เหตุใดทิศทางการระบายอากาศจึงมีความสำคัญในชุดแบตเตอรี่ทรงกระบอก

โดยปกติเซลล์ทรงกระบอกจะปล่อยแรงดันผ่านบริเวณช่องระบายอากาศที่กำหนดไว้

ในระหว่างความล้มเหลวขั้นรุนแรง ไม่ควรส่งก๊าซร้อนเข้าไปในเซลล์ที่อยู่ติดกัน ผนังพลาสติก ขั้วต่อ บัสบาร์ หรือ-พื้นผิวที่ผู้ใช้เข้าถึงได้

บรรจุภัณฑ์ที่สร้างจากเซลล์ทรงกระบอกที่แข็งแกร่งทางกลยังคงมีคุณภาพไม่ดีความเสี่ยงจากไฟไหม้แบตเตอรี่ลิเธียมควบคุมว่าเส้นทางระบายอากาศชี้ไปยังกลุ่มเซลล์ถัดไปโดยตรงหรือไม่

สำหรับบรรจุภัณฑ์ทรงกระบอกหลาย-เซลล์ ให้ตรวจสอบทิศทางการระบายอากาศโดยเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบกลไก- ไม่ใช่หลังจากที่ตู้แช่แข็งแล้ว

11. การออกแบบการป้องกัน PCM และ BMS: Pack ต้องการอะไร?

A PCM (โมดูลวงจรป้องกัน)ให้การป้องกันไฟฟ้าเบื้องต้นในขณะที่กสมาร์ทบีเอ็มเอสเพิ่มการตรวจสอบและการควบคุมระดับระบบ-

ลำดับชั้นการป้องกันอย่างง่ายคือ:
 

 

ระดับ 1 - การป้องกันฮาร์ดแวร์

 

แรงดันไฟเกิน แรงดันไฟตก กระแสไฟเกิน และการตัด-วงจรลัดวงจร

 

ระดับ 2 - M การตรวจสอบและการควบคุม

 

การตรวจจับอุณหภูมิ การวัดกระแส การปรับสมดุลของเซลล์ การวินิจฉัย และการสื่อสาร

 

การป้องกันรองระดับ 3 -

 

ฟิวส์, TCO, ฟิวส์เทอร์มอล หรืออุปกรณ์อิสระอื่นๆ ที่ล้มเหลว-หากจำเป็น

สำหรับการจัดซื้อจัดจ้างการออกแบบการป้องกัน BMS และ PCMควรพิจารณาจากจำนวนเซลล์ ระดับพลังงาน ความเสี่ยงในการใช้งาน และ-ข้อกำหนดของระบบ-ของโฮสต์ ไม่ใช่คำศัพท์เฉพาะของซัพพลายเออร์

12. เมื่อใดที่ PCM เพียงพอ

PCM เป็นเรื่องปกติใน 1S และชุดแบตเตอรี่จำนวน-เซลล์-ที่ค่อนข้างต่ำ

ค่าคุ้มครองที่เป็นตัวแทนอาจรวมถึง:

• ตัดการชาร์จเกินรอบ4.28 V ± 0.025 Vสำหรับเซลล์คลาส 4.2 V- แบบธรรมดา
• แรงดันไฟฟ้าตกตัดรอบ2.40–2.80 V
• การตอบสนองของวงจรสั้น-ในช่วงย่อย-มิลลิวินาทีรวมถึงการออกแบบด้านล่าง200 μs
• การตรวจสอบอุณหภูมิตาม NTC-ตาม- ซึ่งมักจะอยู่รอบๆ0 องศาถึง 45 องศาสำหรับเซลล์ทั่วไป

สิ่งเหล่านี้เป็นค่าการออกแบบที่เป็นตัวแทน ไม่ใช่ข้อกำหนดสากล

เมื่อเปรียบเทียบซัพพลายเออร์ PCM ให้ตรวจสอบ:

• ไอซีป้องกัน
• รุ่น MOSFET
• เกณฑ์ OVP/UVP
• จุดเดินทาง OCP
• การตอบสนองของวงจรสั้น-
• MOSFET RDS (เปิด)
• กระแสต่อเนื่อง
• การเพิ่มขึ้นของความร้อน PCB
• พฤติกรรมการฟื้นตัว

PCM ควรได้รับการประเมินจากข้อมูลระดับส่วนประกอบ- ไม่ใช่เพียงบล็อกไดอะแกรม

13. เมื่อใดที่แบตเตอรี่ต้องการ Smart BMS

A สมาร์ทบีเอ็มเอสจะมีประโยชน์มากขึ้นในชุดแบตเตอรี่ที่มีมูลค่าหลาย-หรือสูงกว่า- ซึ่งต้องตรวจสอบพฤติกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์

ฟังก์ชั่นหลักอาจรวมถึง:

สำหรับการจัดซื้อ ให้กำหนดกลยุทธ์การปรับสมดุล-ตำแหน่งของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เกณฑ์การแจ้งเตือน และโปรโตคอลการสื่อสารก่อนที่จะมอบรางวัลให้กับโครงการ

"รวม Smart BMS" ไม่ใช่ข้อกำหนดทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้

14. อุปกรณ์ CID และ PTC เพิ่มอะไรให้กับความปลอดภัยของเซลล์ทรงกระบอก

เซลล์ลิเธียมไอออนทรงกระบอก-บางเซลล์มีเซลล์ภายในด้วยCID และ PTCการป้องกัน

A CID (อุปกรณ์ขัดจังหวะปัจจุบัน)ตัดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าโดยอัตโนมัติเมื่อแรงดันภายในเกินเกณฑ์การออกแบบ ข้อมูลอ้างอิงทางวิศวกรรมอาจแสดงค่าโดยรอบ1.0–1.2 เมกะปาสคาลแต่ความดันในการเปิดใช้งานที่แน่นอนนั้น-เฉพาะเซลล์

A อุปกรณ์ PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก)เพิ่มความต้านทานเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ช่วยจำกัดกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติ

อุปกรณ์เหล่านี้เพิ่มชั้นการป้องกันอีกชั้นหนึ่ง แต่ไม่ควรถือว่ามาจากคำว่า "18650" หรือ "21700"

การจัดซื้อควรยืนยันสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ด้านความปลอดภัย-ที่แน่นอนกับผู้ผลิตเซลล์หรือเอกสารข้อมูล

เซลล์กระเป๋าส่วนใหญ่จะพึ่งพาภายนอกมากขึ้นการออกแบบการป้องกัน PCM/BMSแทน.

15. ข้อกำหนดทางกลใดที่อยู่ใน RFQ แบตเตอรี่ LiPo

 

สำหรับความปลอดภัยของเซลล์กระเป๋าลิเธียมโพลีเมอร์กล่องหุ้มโฮสต์เป็นส่วนหนึ่งของระบบความปลอดภัยของแบตเตอรี่

 

การออกแบบทางกลควร:

• ถอดปลายสกรูแหลมคม มุม PCB เสี้ยน และโครงแบบหล่อออก
• ป้องกันไม่ให้เซลล์เสียดสีหรือเคลื่อนที่ในระหว่างการตกหล่นและการสั่นสะเทือน
• หลีกเลี่ยงการบีบอัดที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นมากเกินไป
• จัดให้มีพื้นที่บวมที่กำหนดไว้
• ปกป้องรากแท็บจากการดัดงอซ้ำๆ
• เก็บแบตเตอรี่ให้ห่างจากแหล่งความร้อนที่สำคัญ

 

กระเป๋าไม่ควรใช้ตัวกระเป๋าเป็นตัวหยุดแบบกลไก

 

สำหรับโครงการแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง ข้อกำหนดเหล่านี้ควรปรากฏในภาพวาดหรือ RFQ แทนที่จะปล่อยให้เป็นการตัดสินใจในการประกอบ

สำหรับการจัดซื้อจัดจ้าง คำถามที่ถูกต้องคือ:

มาตรฐานใดที่ใช้กับเซลล์ บรรจุภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และตลาดเป้าหมายนี้

สรุปการทดสอบ UN 38.3

ใช้งานได้มาตรฐาน UL 1642, UL 2054, IEC 62133-2เอกสารประกอบ

วิธีการตรวจสอบย้อนกลับการผลิต

ข้อมูลนี้มีประโยชน์มากกว่าข้อความทั่วไปที่ว่าแบตเตอรี่ "ปลอดภัย" หรือ "ได้รับการรับรอง"

ความปลอดภัยของ LiPo กับ Li- ไอออน: การเปรียบเทียบการจัดซื้อจัดจ้าง

การตัดสินใจจัดหาที่ถูกต้องมาจากสถาปัตยกรรมความปลอดภัยที่สมบูรณ์ ได้แก่ คุณภาพเซลล์ การออกแบบกลไก ระบบอิเล็กทรอนิกส์ป้องกัน การควบคุมความร้อน และข้อมูลการตรวจสอบ