Tans vind die meeste veiligheidsongelukke van litium-ioonbatterye plaas as gevolg van die mislukking van die beskermingskring, wat veroorsaak dat die battery termiese weghol en brand en ontploffing tot gevolg het. Daarom, om die veilige gebruik van litiumbattery te besef, is die ontwerp van die beskermingskring veral belangrik, en allerhande faktore wat die mislukking van litiumbattery veroorsaak, moet in ag geneem word. Benewens die produksieproses, word mislukkings basies veroorsaak deur veranderinge in die eksterne uiterste toestande, soos oorlading, oorontlading en hoë temperatuur. As hierdie parameters intyds gemonitor word en ooreenstemmende beskermende maatreëls getref sal word wanneer hulle verander, kan die voorkoms van termiese weghol voorkom word. Die veiligheidsontwerp van litiumbatterye sluit verskeie aspekte in: seleksie, strukturele ontwerp en funksionele veiligheidsontwerp van BMS.

Sel seleksie

Daar is baie faktore wat selveiligheid beïnvloed waarin die keuse van selmateriaal die grondslag is. As gevolg van verskillende chemiese eienskappe, verskil die veiligheid in verskillende katodemateriale van litiumbatterye. Litium-ysterfosfaat is byvoorbeeld olivienvormig, wat relatief stabiel is en nie maklik om ineen te stort nie. Litiumkobaltaat en litium-ternêr is egter gelaagde struktuur wat maklik is om ineen te stort. Seleksie van skeier is ook baie belangrik, aangesien sy werkverrigting direk verband hou met die veiligheid van die sel. Daarom sal nie net opsporingsverslae, maar ook die vervaardiger se produksieproses, materiale en hul parameters in ag geneem word by die seleksie van sel.

Struktuur ontwerp

Die struktuurontwerp van die battery neem hoofsaaklik die vereistes van isolasie en hitte-afvoer in ag.

• Isolasievereistes behels oor die algemeen die volgende aspekte: Isolasie tussen positiewe en negatiewe elektrode; Isolasie tussen sel en omhulsel; Isolasie tussen die paaloortjies en omhulsel; PCB elektriese spasiëring en kruipafstand, interne bedrading ontwerp, aarding ontwerp, ens.
• Hitteafvoer is hoofsaaklik vir sommige groot energiebergings- of trekkragbatterye. As gevolg van die hoë energie van hierdie batterye, is die hitte wat gegenereer word tydens laai en ontlaai groot. As die hitte nie betyds verdryf kan word nie, sal die hitte ophoop en ongelukke tot gevolg hê. Daarom moet die keuse en ontwerp van omhulselmateriaal (Dit moet sekere meganiese sterkte en stofdigte en waterdigte vereistes hê), die keuse van verkoelingstelsel en ander interne termiese isolasie, hitte-afvoer en brandblusstelsel moet almal in ag geneem word.

Vir die keuse en toepassing van die batteryverkoelingstelsel, verwys asseblief na die vorige uitgawe.

Funksionele veiligheidsontwerp

Die fisiese en chemiese eienskappe bepaal dat die materiaal nie die laai- en ontladingsspanning kan beperk nie. Sodra die laai- en ontlaaispanning die gegradeerde reeks oorskry, sal dit onomkeerbare skade aan die litiumbattery veroorsaak. Daarom is dit nodig om die beskermingskring by te voeg om die spanning en stroom van die interne sel in 'n normale toestand te hou wanneer die litiumbattery werk. Vir BMS van batterye word die volgende funksies vereis:

• Beskerming van laai oor spanning: oorlading is een van die hoofredes vir termiese weghol. Na oorlading sal die katodemateriaal ineenstort as gevolg van oormatige litiumioonvrystelling, en die negatiewe elektrode sal ook litiumpresipitasie hê, wat lei tot die afname in termiese stabiliteit en die toename van newe-reaksies, wat potensiële risiko van termiese weghol inhou. Daarom is dit veral belangrik om die stroom betyds af te sny nadat die laai die boonste limietspanning van die sel bereik het. Dit vereis dat die BMS die funksie moet hê om oor spanningbeskerming te laai, sodat die spanning van die sel altyd binne werkperk gehou word. Dit sal beter wees dat die beskermingsspanning nie 'n reekswaarde is nie en baie verskil, aangesien dit kan veroorsaak dat die battery nie die stroom betyds afsny wanneer dit ten volle gelaai is nie, wat 'n oorlading tot gevolg het. Die beskermingsspanning van die BMS is gewoonlik ontwerp om dieselfde of effens laer te wees as die boonste spanning van die sel.
• Laai oor stroombeskerming: Om 'n battery te laai met stroom meer as die laai- of ontladingslimiet kan hitte-akkumulasie veroorsaak. Wanneer hitte genoeg ophoop om die diafragma te smelt, kan dit 'n interne kortsluiting veroorsaak. Daarom is tydige laai oor stroombeskerming ook noodsaaklik. Ons moet daarop let dat oorstroombeskerming nie hoër kan wees as die selstroomtoleransie in die ontwerp nie.
• Ontlading onder spanningbeskerming: Te groot of te klein spanning sal batterywerkverrigting beskadig. Deurlopende ontlading onder spanning sal veroorsaak dat die koper presipiteer en die negatiewe elektrode ineenstort, so oor die algemeen sal die battery ontlading hê onder spanningbeskermingsfunksie.
• Ontladings-oorstroombeskerming: Die meeste van die PCB laai en ontlaai deur dieselfde koppelvlak, in hierdie geval is die laai- en ontladingsbeskermingsstroom konsekwent. Maar sommige batterye, veral batterye vir elektriese gereedskap, vinnig laai en ander tipes batterye moet groot stroom ontlading of laai gebruik, die stroom is inkonsekwent op hierdie tydstip, so dit is die beste om te laai en te ontlaai in twee lus beheer.
• Kortsluitingbeskerming: Batterykortsluiting is ook een van die mees algemene foute. Sommige botsings, misbruik, druk, naaldwerk, water binnedring, ens., is maklik om kortsluiting te veroorsaak. 'n Kortsluiting sal onmiddellik 'n groot ontladingsstroom genereer, wat lei tot 'n skerp styging in batterytemperatuur. Terselfdertyd vind 'n reeks elektrochemiese reaksies gewoonlik in die sel plaas na eksterne kortsluiting, wat lei tot 'n reeks eksotermiese reaksies. Kortsluitingbeskerming is ook 'n soort oorstroombeskerming. Maar die kortsluitingstroom sal oneindig wees, en die hitte en skade is ook oneindig, so die beskerming moet baie sensitief wees en kan outomaties geaktiveer word. Algemene kortsluitingbeskermingsmaatreëls sluit in kontaktors, lont, mos, ens.
• Oortemperatuurbeskerming: Die battery is sensitief vir die omgewingstemperatuur. Te hoë of te lae temperatuur sal sy werkverrigting beïnvloed. Daarom is dit belangrik om die battery binne die limiettemperatuur te laat werk. Die BMS moet 'n temperatuurbeskermingsfunksie hê om die battery te stop wanneer die temperatuur te hoog of te laag is. Dit kan selfs onderverdeel word in ladingstemperatuurbeskerming en ontladingstemperatuurbeskerming, ens.
• Balanseringsfunksie: Vir notaboek- en ander multi-reeksbatterye is daar teenstrydigheid tussen selle as gevolg van die verskille in die produksieproses. Byvoorbeeld, sommige selle se interne weerstand is groter as ander. Hierdie inkonsekwentheid sal geleidelik vererger onder die invloed van eksterne omgewing. Daarom is dit nodig om 'n balansbestuursfunksie te hê om die balans van die sel te implementeer. Daar is oor die algemeen twee soorte ewewig:

1.Passive balansering: Gebruik hardeware, soos spanningsvergelyker, en gebruik dan weerstandhitteafvoer om die oortollige krag van hoëkapasiteitbattery vry te stel. Maar die energieverbruik is groot, die gelykmakingspoed is stadig en die doeltreffendheid is laag.

2.Aktiewe balansering: gebruik kapasitors om krag van die selle met hoër spanning te stoor en stel dit vry na die sel met 'n laer spanning. Wanneer die drukverskil tussen aangrensende selle egter klein is, is die gelykmakingstyd lank, en kan die gelykmakingsspanningsdrempel meer buigsaam gestel word.

Standaard validering

Uiteindelik, as u wil hê dat u batterye die internasionale of plaaslike mark suksesvol betree, moet hulle ook aan verwante standaarde voldoen om die veiligheid van litium-ioonbatterye te verseker. Van selle tot batterye en gasheerprodukte moet aan ooreenstemmende toetsstandaarde voldoen. Hierdie artikel sal fokus op die binnelandse batterybeskermingsvereistes vir elektroniese IT-produkte.

GB 31241-2022

Hierdie standaard is vir batterye van draagbare elektroniese toestelle. Dit oorweeg hoofsaaklik term 5.2 veilige werkparameters, 10.1 tot 10.5 veiligheidsvereistes vir PCM, 11.1 tot 11.5 veiligheidsvereistes op stelselbeskermingskring (wanneer die battery self sonder beskerming is), 12.1 en 12.2 vereistes vir konsekwentheid, en Bylaag A (vir dokumente) .

u Term 5.2 vereis van sel en battery parameters moet ooreenstem, wat verstaan ​​kan word as die werk parameters van battery moet nie die reeks van selle oorskry nie. Moet batterybeskermingsparameters egter verseker word dat batterywerkparameters nie die reeks selle oorskry nie? Daar is verskillende begrippe, maar vanuit die perspektief van battery-ontwerpveiligheid is die antwoord ja. Byvoorbeeld, die maksimum laaistroom van 'n sel (of selblok) is 3000mA, die maksimum werkstroom van die battery moet nie 3000mA oorskry nie, en die beskermingsstroom van die battery moet ook verseker dat die stroom in die laaiproses nie oorskry nie 3000mA. Slegs op hierdie manier kan ons gevare effektief beskerm en vermy. Vir die ontwerp van beskermingsparameters, verwys asseblief na Bylaag A. Dit neem die parameterontwerp van sel – battery – gasheer in gebruik in ag, wat relatief omvattend is.

u Vir batterye met 'n beskermingskring, word 'n 10.1~10.5 batterybeskermingskring-veiligheidstoets vereis. Hierdie hoofstuk ondersoek hoofsaaklik laai oor spanning beskerming, laai oor stroom beskerming, ontlading onder spanning beskerming, ontlading oor stroom beskerming en kortsluiting beskerming. Dit word in die bogenoemde genoemFunksionele Veiligheidsontwerpen die basiese vereistes. GB 31241 vereis dat 500 keer gekontroleer word.

u Indien die battery sonder beskermingskring deur sy laaier of eindtoestel beskerm word, moet die veiligheidstoets van 11.1~11.5 stelselbeskermingkring met die eksterne beskermingstoestel uitgevoer word. Spanning, stroom en temperatuurbeheer van lading en ontlading word hoofsaaklik ondersoek. Dit is opmerklik dat, in vergelyking met batterye met beskermingskringe, batterye sonder beskermingskringe slegs op die beskerming van toerusting in werklike gebruik kan staatmaak. Die risiko is hoër, dus sal die normale werking en enkelfouttoestande afsonderlik getoets word. Dit dwing die eindtoestel om dubbele beskerming te hê; anders kan dit nie die toets in Hoofstuk 11 slaag nie.

u Ten slotte, as daar verskeie reeksselle in 'n battery is, moet jy die verskynsel van ongebalanseerde laai in ag neem. 'n Voldoeningstoets van hoofstuk 12 word vereis. Die balans- en differensiële drukbeskermingsfunksies van PCB word hoofsaaklik hier ondersoek. Hierdie funksie word nie vir enkelselbatterye benodig nie.

GB 4943.1-2022

Hierdie standaard is vir AV-produkte. Met die toenemende gebruik van battery-aangedrewe elektroniese produkte, gee die nuwe weergawe van GB 4943.1-2022 spesifieke vereistes vir batterye in Bylaag M, wat toerusting met batterye en hul beskermingskringe evalueer. Gebaseer op die evaluering van die batterybeskermingskring, is bykomende veiligheidsvereistes vir toerusting wat sekondêre litiumbatterye bevat ook bygevoeg.

u Die sekondêre litiumbatterybeskermingskring ondersoek hoofsaaklik oorlading, oorontlading, omgekeerde laai, laaiveiligheidsbeskerming (temperatuur), kortsluitingbeskerming, ens. Daar moet kennis geneem word dat hierdie toetse almal 'n enkele fout in die beskermingskring vereis. Hierdie vereiste word nie in die batterystandaard GB 31241 genoem nie. So in die ontwerp van batterybeskermingsfunksie moet ons die standaardvereistes van battery en gasheer kombineer. As die battery net een beskerming en geen oortollige komponente het nie, of die battery geen beskermingskring het nie en die beskermingskring slegs deur die gasheer verskaf word, moet die gasheer vir hierdie deel van die toets ingesluit word.

Gevolgtrekking

Ten slotte, om 'n veilige battery te ontwerp, bykomend tot die keuse van die materiaal self, is die daaropvolgende strukturele ontwerp en funksionele veiligheidsontwerp ewe belangrik. Alhoewel verskillende standaarde verskillende vereistes vir produkte het, as die veiligheid van batteryontwerp ten volle oorweeg kan word om aan die vereistes van verskillende markte te voldoen, kan die aanlooptyd aansienlik verminder word en die produk kan na die mark versnel word. Benewens die kombinasie van die wette, regulasies en standaarde van verskillende lande en streke, is dit ook nodig om produkte te ontwerp wat gebaseer is op die werklike gebruik van batterye in terminale produkte.