Nuntempe, la plej multaj el la sekurecaj akcidentoj de litio-jonaj kuirilaroj okazas pro malsukceso de la protekta cirkvito, kiu kaŭzas la termikan forkuriĝon de la kuirilaro kaj rezultigas fajron kaj eksplodon. Tial, por realigi la sekuran uzadon de litia kuirilaro, la dezajno de protekta cirkvito estas precipe grava, kaj ĉiaj faktoroj kaŭzantaj la malsukceson de litia baterio devas esti konsiderataj. Krom produktadprocezo, malsukcesoj estas esence kaŭzitaj de ŝanĝoj en la eksteraj ekstremaj kondiĉoj, kiel tro-ŝarĝo, tro-malŝarĝo kaj alta temperaturo. Se ĉi tiuj parametroj estas monitoritaj en reala tempo kaj respondaj protektaj mezuroj estos prenitaj kiam ili ŝanĝiĝas, la okazo de termika forkuro povas esti evitita. La sekureca dezajno de litia baterio inkluzivas plurajn aspektojn: ĉela elekto, struktura dezajno kaj funkcia sekureca dezajno de BMS.

Elekto de ĉeloj

Estas multaj faktoroj influantaj ĉelsekurecon en kiuj la elekto de ĉela materialo estas la fundamento. Pro malsamaj kemiaj propraĵoj, la sekureco varias en malsamaj katodaj materialoj de litia baterio. Ekzemple, litia ferfosfato estas olivinforma, kiu estas relative stabila kaj ne facile kolapsi. Litio kobaltato kaj litio ternario, aliflanke, estas tavoligita strukturo kiu estas facile kolapsi. Apartiga elekto ankaŭ estas tre grava, ĉar ĝia agado rekte rilatas al la sekureco de la ĉelo. Tial en la elekto de ĉelo, ne nur detektaj raportoj, sed ankaŭ la produktadprocezo de fabrikanto, materialoj kaj iliaj parametroj devas esti konsiderataj.

Dezajno de strukturo

La strukturo-dezajno de la baterio ĉefe konsideras la postulojn de izolado kaj varmo disipado.

• Izolaĵopostuloj ĝenerale implikas la sekvajn aspektojn: Izolaĵo inter pozitiva kaj negativa elektrodo; Izolaĵo inter ĉelo kaj enfermaĵo; Izolaĵo inter la polusaj klapetoj kaj ĉemetaĵo; Elektra interspacigo de PCB kaj rampa distanco, interna karata dezajno, surgrunda dezajno, ktp.
• Varmo disipado estas ĉefe por kelkaj grandaj energistokado aŭ tiradaj baterioj. Pro la alta energio de ĉi tiuj kuirilaroj, la varmo generita dum ŝarĝo kaj malŝarĝo estas grandega. Se la varmo ne povas esti disipita en tempo, la varmo akumuliĝos kaj rezultigas akcidentojn. Tial, la elekto kaj dezajno de enfermaĵoj (Ĝi devus havi certan mekanikan forton kaj polvorezista kaj akvorezista postuloj), la elekto de malvarmigo sistemo kaj aliaj interna termika izolado, varmo disipado kaj fajroestingo sistemo devus ĉiuj esti konsiderata.

Por la elekto kaj aplikado de la bateria malvarmiga sistemo, bonvolu raporti al la antaŭa eldono.

Funkcia sekureca dezajno

La fizikaj kaj kemiaj propraĵoj determinas, ke la materialo ne povas limigi la ŝargan kaj malŝarĝan tension. Post kiam la ŝarĝa kaj malŝarĝa tensio superas la taksitan gamon, ĝi kaŭzos neinversigeblan damaĝon al la litia baterio. Tial necesas aldoni la protektan cirkviton por konservi la tension kaj fluon de la interna ĉelo en normala stato kiam la litia kuirilaro funkcias. Por BMS de baterioj, la sekvaj funkcioj estas postulataj:

• Ŝargado de supertensia protekto: troŝarĝo estas unu el la ĉefaj kialoj de termika forkuro. Post troŝarĝo, la katoda materialo kolapsos pro troa liberigo de litia jono, kaj la negativa elektrodo ankaŭ havos litian precipitaĵon, kio kondukas al malpliigo de termika stabileco kaj pliiĝo de flankaj reagoj, kiuj havas eblan riskon de termika forkuro. Tial, estas aparte grave fortranĉi la fluon ĝustatempe post kiam la ŝarĝo atingas la supran limtensio de la ĉelo. Ĉi tio postulas, ke la BMS havu la funkcion de ŝargi supertensia protekto, tiel ke la tensio de la ĉelo ĉiam estas konservita ene de laborlimo. Estus pli bone, ke la protekta tensio ne estas intervalvaloro kaj varias vaste, ĉar ĝi povas kaŭzi, ke la baterio malsukcesas fortranĉi la fluon ĝustatempe kiam ĝi estas plene ŝargita, rezultigante troŝarĝon. La protektotensio de la BMS estas kutime dizajnita por esti la sama aŭ iomete pli malalta ol la supra tensio de la ĉelo.
• Ŝargado de superkurenta protekto: Ŝarĝi kuirilaron kun kurento pli ol la limo de ŝargo aŭ malŝarĝo povas kaŭzi varmecan amasiĝon. Kiam varmo akumuliĝas sufiĉe por fandi la diafragmon, ĝi povas kaŭzi internan mallongan cirkviton. Tial ĝustatempa ŝarĝo super aktuala protekto ankaŭ estas esenca. Ni devas atenti, ke supernuna protekto ne povas esti pli alta ol la ĉela nuna toleremo en la dezajno.
• Malŝarĝo sub tensio-protekto: Tro granda aŭ tro malgranda tensio damaĝos baterian rendimenton. Kontinua malŝarĝo sub tensio kaŭzos la kupron precipiti kaj la negativa elektrodo kolapsi, do ĝenerale la baterio havos malŝarĝon sub tensio protekto funkcio.
• Malŝarĝo super aktuala protekto: Plejparto de la PCB ŝargo kaj malŝarĝo tra la sama interfaco, en ĉi tiu kazo la ŝargo kaj malŝarĝa protekto kurento estas konsekvenca. Sed iuj kuirilaroj, precipe kuirilaroj por elektraj iloj, rapida ŝarĝo kaj aliaj specoj de kuirilaroj bezonas uzi grandan kurentan malŝarĝon aŭ ŝarĝon, la fluo estas nekonsekvenca en ĉi tiu momento, do plej bone estas ŝargi kaj malŝarĝi en du buklo kontrolo.
• Protekto de mallonga cirkvito: Kurtcirkvito de kuirilaro ankaŭ estas unu el la plej oftaj misfunkciadoj. Iu kolizio, misuzo, premo, pikado, akva eniro, ktp., estas facile indukti kurtcirkviton. Kurtcirkvito tuj generos grandan malŝarĝan kurenton, rezultigante akran pliiĝon de bateria temperaturo. En la sama tempo, serio de elektrokemiaj reakcioj kutime okazas en la ĉelo post ekstera kurta cirkvito, kiu kondukas al serio de eksotermaj reagoj. Protekto de mallonga cirkvito ankaŭ estas speco de kontraŭkurenta protekto. Sed la kurta cirkvito fluo estos senfina, kaj la varmo kaj damaĝo ankaŭ estas senfinaj, do la protekto devas esti tre sentema kaj povas esti aŭtomate ekigita. Oftaj kurtcirkvitaj protektaj mezuroj inkluzivas kontaktilojn, fuzeon, mos, ktp.
• Supertemperatura protekto: La baterio estas sentema al la ĉirkaŭa temperaturo. Tro alta aŭ tro malalta temperaturo influos ĝian rendimenton. Tial, gravas konservi la kuirilaron funkcianta ene de la limtemperaturo. La BMS devus havi temperaturprotektan funkcion por haltigi la kuirilaron kiam la temperaturo estas tro alta aŭ tro malalta. Ĝi eĉ povas esti subdividita en ŝargan temperaturprotekton kaj malŝarĝan temperaturon, ktp.
• Ekvilibra funkcio: Por kajeroj kaj aliaj mult-seriaj kuirilaroj, ekzistas malkongruo inter ĉeloj pro la diferencoj en la produktada procezo. Ekzemple, iuj ĉeloj interna rezisto estas pli granda ol aliaj. Ĉi tiu nekonsekvenco iom post iom plimalboniĝos sub la influo de ekstera medio. Tial, necesas havi ekvilibran administran funkcion por efektivigi la ekvilibron de la ĉelo. Estas ĝenerale du specoj de ekvilibro:

1.Pasiva ekvilibro: Uzu aparataron, kiel tensio-komparilon, kaj poste uzu rezistan varmodissipadon por liberigi la troan potencon de alt-kapacita baterio. Sed la energikonsumo estas granda, la egaliga rapido estas malrapida, kaj la efikeco estas malalta.

2.Aktiva ekvilibro: uzu kondensiloj por stoki potencon de la ĉeloj kun pli alta tensio kaj liberigas ĝin al la ĉelo kun pli malalta tensio. Tamen, kiam la premdiferenco inter apudaj ĉeloj estas malgranda, la egaliga tempo estas longa, kaj la egaliga tensiosojlo povas esti agordita pli flekseble.

Norma validigo

Fine, se vi volas, ke viaj kuirilaroj sukcese eniru internacian aŭ enlandan merkaton, ili ankaŭ devas plenumi rilatajn normojn por certigi la sekurecon de litio-jona baterio. De ĉeloj ĝis kuirilaroj kaj gastigaj produktoj devus renkonti respondajn testnormojn. Ĉi tiu artikolo fokusiĝos al la hejmaj baterioprotektaj postuloj por elektronikaj IT-produktoj.

GB 31241-2022

Ĉi tiu normo estas por baterioj de porteblaj elektronikaj aparatoj. Ĝi ĉefe konsideras terminojn 5.2 sekurajn laborajn parametrojn, 10.1 ĝis 10.5 sekurecajn postulojn por PCM, 11.1 ĝis 11.5 sekurecajn postulojn pri sistemo-protekta cirkvito (kiam la baterio mem estas sen protekto), 12.1 kaj 12.2 postulojn por konsistenco, kaj Apendicon A (por dokumentoj) .

u Termino 5.2 postulas de ĉelo kaj baterio parametroj devus esti egalitaj, kiu povas esti komprenita kiel la laborparametroj de baterio ne devus superi la gamon de ĉeloj. Tamen, ĉu la parametroj de protekto de kuirilaro devas esti certigitaj, ke la parametroj de funkciado de kuirilaro ne superas la gamon de ĉeloj? Estas malsamaj komprenoj, sed el la perspektivo de bateria dezajnosekureco, la respondo estas jes. Ekzemple, la maksimuma ŝarga kurento de ĉelo (aŭ ĉela bloko) estas 3000mA, la maksimuma laborfluo de la baterio ne superu 3000mA, kaj la protekta kurento de la baterio ankaŭ devas certigi, ke la kurento en la ŝarga procezo ne superu. 3000mA. Nur tiel ni povas efike protekti kaj eviti danĝerojn. Por la dezajno de protektaj parametroj, bonvolu raporti al Apendico A. Ĝi konsideras la parametran dezajnon de ĉelo - baterio - gastiganto uzata, kiu estas relative ampleksa.

u Por kuirilaroj kun protekta cirkvito, necesas 10.1~10.5-baterio-protekta cirkvito-sekureca provo. Ĉi tiu ĉapitro ĉefe esploras ŝargadon kontraŭ tensio-protekto, ŝargado super-kurenta protekto, malŝarĝado sub tensio-protekto, malŝarĝado super-kurenta protekto kaj kurta cirkvito-protekto. Ĉi tiuj estas menciitaj en la supreFunkcia Sekureca Dezajnokaj la bazaj postuloj. GB 31241 postulas kontroli 500 fojojn.

u Se la kuirilaro sen protekta cirkvito estas protektita per sia ŝargilo aŭ fina aparato, la sekureca provo de 11.1~11.5-sistema protekta cirkvito devas esti farita per la ekstera protekta aparato. Tensio, kurento kaj temperaturkontrolo de ŝargo kaj malŝarĝo estas ĉefe esploritaj. Indas noti, ke kompare kun kuirilaroj kun protektaj cirkvitoj, kuirilaroj sen protektaj cirkvitoj povas nur fidi je la protekto de ekipaĵoj en efektiva uzo. La risko estas pli alta, do la normala funkciado kaj ununuraj misfunkciaj kondiĉoj estos provitaj aparte. Ĉi tio devigas la finan aparaton havi duoblan protekton; alie ĝi ne povas trapasi la teston en Ĉapitro 11.

u Fine, se estas pluraj serioĉeloj en kuirilaro, vi devas konsideri la fenomenon de malekvilibra ŝarĝo. Konforma testo de ĉapitro 12 estas postulata. La ekvilibro kaj diferenciga premprotektaj funkcioj de PCB estas ĉefe esploritaj ĉi tie. Ĉi tiu funkcio ne estas bezonata por unuĉelaj kuirilaroj.

GB 4943.1-2022

Ĉi tiu normo estas por AV-produktoj. Kun la kreskanta uzo de elektronikaj produktoj funkciigitaj per baterioj, la nova versio de GB 4943.1-2022 donas specifajn postulojn por baterioj en Apendico M, taksante ekipaĵojn kun baterioj kaj iliajn protektajn cirkvitojn. Surbaze de la taksado de la bateria protektocirkvito, kromaj sekurecaj postuloj por ekipaĵoj enhavantaj malĉefajn litiajn bateriojn ankaŭ estis aldonitaj.

u La sekundara litia baterio-protekta cirkvito ĉefe esploras tro-ŝarĝon, tro-malŝarĝon, inversan ŝargon, ŝargan sekurecan protekton (temperaturo), mallongan cirkviton protekton, ktp. Oni devas rimarki, ke ĉi tiuj provoj ĉiuj postulas ununuran misfunkciadon en la protekta cirkvito. Ĉi tiu postulo ne estas menciita en la baterio normo GB 31241. Do en la dezajno de baterio-protekta funkcio, ni devas kombini la normajn postulojn de baterio kaj gastiganto. Se la baterio havas nur unu protekton kaj neniujn redundajn komponantojn, aŭ la baterio havas neniun protektan cirkviton kaj la protekta cirkvito estas provizita nur de la gastiganto, la gastiganto estu inkluzivita por ĉi tiu parto de la testo.

Konkludo

Konklude, por desegni sekuran kuirilaron, krom la elekto de la materialo mem, la posta struktura dezajno kaj funkcia sekureca dezajno estas same gravaj. Kvankam malsamaj normoj havas malsamajn postulojn por produktoj, se la sekureco de bateria dezajno povas esti plene konsiderata por plenumi la postulojn de malsamaj merkatoj, la plumbotempo povas esti multe reduktita kaj la produkto povas esti akcelita al merkato. Krom kombini la leĝojn, regularojn kaj normojn de malsamaj landoj kaj regionoj, ankaŭ necesas desegni produktojn bazitajn sur la efektiva uzo de baterioj en finaj produktoj.