Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов

: Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям; Опубликовано 14.04.2016 18:45; Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторные батареи с использованием литий-ионных элементов требуют обязательной встроенной системы защиты. Регламентируемые стандартом IEC 62133, параметры безопасности литий-ионных элементов и аккумуляторов должны соответствовать следующим требованиям.

Наличие встроенной системы переключения положительного температурного коэффициента для защиты от чрезмерного тока.
Наличие устройства прерывания электрической цепи при превышении внутреннего давления элемента значения в 1000 кПа.
Наличие клапана для сброса излишнего давления при превышении значения в 3000 кПа.
Возможность плавления сепаратора для замедления ионного потока при превышении определенного порога температуры. (Смотрите также BU-306: Какую функцию выполняет в электрической батарее сепаратор).

Аккумуляторы EverExceed GEL

Marin GEL Range	Deep Cycle GEL Range	Solar GEL Range

10 - 12 лет / 800 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров	для глубоких циклических разрядов	для солнечных электростанций

Помимо инструкций, регулирующих внутреннее состояние элемента, система защиты также предохраняет элементы от чрезмерного напряжения зарядки (обычно около 4,30 В). Кроме того, предохранитель отсекает ток, если температура оболочки элемента приближается к 90°С. Присутствует и защита от чрезмерного разряда, отключающая питание при значении напряжения элемента в 2,20 В.

Каждому электрическому элементу в аккумуляторе необходим независимый контроль напряжения. Чем больше число элементов, тем более сложной становится система защиты. Долгое время последовательное подключение четырех элементов было максимальным в потребительских устройствах, и система защиты для такого соединения было довольно простой. Однако современные устройства, такие как гибридные и электромобили, требуют значений напряжения в несколько сот вольт, что подразумевает соединение очень большого количества элементов, соответственно и система защиты для такого аккумулятора будет очень сложна.

Тем не менее, аппаратная система защиты способна защитить аккумулятор от стороннего воздействия, такого как внешнее короткое замыкание или неисправность зарядного устройства. Если же дефект возникает внутри элемента, например, в случае загрязнения микроскопическими металлическими частицами, то система защиты здесь мало чем поможет. Для противодействия же таким внутренним дефектам разрабатываются специальные усиленные и самовосстанавливающиеся сепараторы, которые сегодня уже используются в аккумуляторах для электромобилей, хотя и имеют довольно большую стоимость.

Обычно литий-ионный элемент разряжается до 3,0 В. Предельным нижним значением напряжения является 2,5 В, при его дальнейшем понижении срабатывает система защиты и элемент отключается от общей цепи. Не рекомендуется хранить аккумулятор в таком состоянии, так как саморазряд приведет к дальнейшему падению напряжения и система защиты может перевести его в “спящий” режим. Большинство стандартных зарядных устройств не могут заряжать “спящие” элементы. (Смотрите BU-808a: Как пробудить “спящий” литий-ионный аккумулятор).

В активированном состоянии схема защиты имеет сопротивление порядка 50-100 кОм. Схема, как правило, состоит из двух коммутаторов, соединенных последовательно; один отвечает за высоковольтную отсечку, а второй - за низковольтную. Большие аккумуляторные системы нуждаются в более сложных системах по сравнению с одноэлементными аккумуляторами мобильных телефонов и планшетов, в которых гораздо более проще регулировать значения тока и напряжения.

Некоторые недорогие зарядные устройства могут полагаться исключительно на схему защиты заряжаемого аккумулятора, и в случаях сбоев этой схемы может возникнуть угроза перезарядки и даже выхода из строя аккумулятора. Использование зарядных устройств с надлежащими алгоритмами зарядки является очень важным аспектом обеспечения безопасности.

Еще одна проблема может возникать при воздействии на аккумулятор статического электричества. Риск состоит в том, что может выключиться твердотельный переключатель, и аккумулятор по сути останется без защиты. Стоит отметить, что теплообразование и разбухание не обязательно являются спутниками короткого замыкания в аккумуляторе, взрыв или возгорание могут произойти и без этих симптомов.

Аккумуляторы Victron Energy

AGM Deep Cycle	GEL Deep Cycle	Литиевые (LiFePO₄)

10 лет / 400 циклов	10 лет / 500 циклов	20 лет / 2200 циклов
универсальное применение	для циклических разрядов	для частых глубоких разрядов

На безопасности не стоит экономить. Низкие цены товаров из Азии делают их привлекательными, но соответствие такой продукции стандартам безопасности вызывает вопросы. (Смотрите BU-809a: Что необходимо знать о неоригинальных электрических батареях).

На рисунке 1 показано оборудование и аккумуляторы, взорвавшиеся в пассажирском самолете перед взлетом.

Взорвавшийся в грузовом отсеке пассажирского самолета литий-ионный аккумулятор

Рисунок 1: Взорвавшийся в грузовом отсеке пассажирского самолета литий-ионный аккумулятор. Транспортировка литий-ионных аккумуляторов воздушными судами строго регламентируется.

Производители литий-ионных аккумуляторов не любят использовать слово “взрыв”, предпочитая ему термин “тепловой пробой”. Утверждается, что это более медленные и контролируемые процесс в сравнении с полноценным взрывом, но тем не менее и он может нанести существенные повреждения.

Trojan Marine RV	AGM Deep Cycle	Trojan GEL Deep Cycle

10 - 12 лет / 700 циклов	10 - 12 лет / 600 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов
для речного и морского траспорта	для электромоторов, солнечных электростанций, высоких нагрузок

Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов

Рекомендации по работе с литий-ионными батареями