Li ion аккумуляторы безопасность

На Токе заряженный портал

Безопасность литий-ионный аккумуляторов — На токе

• Статьи об электротранспорте
• Технологии
• Аккумуляторы
• Безопасность литий-ионный аккумуляторов

Безопасность литий-ионный аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы на сегодняшний день пользуются особой популярностью у юзеров, но мало кто из них знает, что данные элементы можно довольно легко испортить если обращаться с ними не надлежащим образом. Конечно, производители сделали всё возможное, чтобы таким источникам энергии было практически не возможно нанести вред, но есть некоторые нюансы, которые должен знать любой уважающий себя пользователь. В связи с этим, я хочу осветить в теме кое-какие вопросы безопасности касающиеся Li-ion аккумуляторов.

Содержание:

• Параметры безопасности литий-ионных батарей.
• Система защиты.
• Дешёвые и низкокачественные литий-ионные аккумуляторы из Китая.
• Роль сепаратора в Li-ion аккумуляторах.
• Что делать в случае перегрева литий-ионного электроаккумулятора.

Параметры безопасности литий-ионных батарей

Электронакопители в которых применяются литий-ионные элементы, нуждаются в обязательном наличии интегрированной системы защиты. Параметры безопасности Li-ion элементов и АКБ регламентируемые стандартом IEC 62133 должны соответствовать таким требованиям:

✅ Должна быть встроенная система переключения положительного коэффициента для защиты от недопустимо высокого тока.

✅ Должно быть устройство прерывания электроцепи при превышении показателя внутреннего давления элемента в 1000 кПа.

✅ Должен быть клапан, который будет сбрасывать излишки давления, когда оно превысит отметку в 3000 кПа.

✅ Должна быть возможность плавления сепаратора для замедления ионного потока при превышении определённого температурного порога.

Система защиты

Система безопасности отвечает за предохранение элементов от повышенного напряжения зарядки, как правило, это около 4,3 V. Помимо этого, предохранитель будет отсекать ток, если температура оболочки элемента приблизится к 90 градусам. В Li-ion батареях имеет место и защита от избыточного разряда, которая отключает питание при показателе напряжения элемента в 2,2 V.

Каждый компонент в аккумуляторной батарее нуждается в независимом контроле напряжения и чем больше этих самых компонентов, тем более сложная система защиты должна обслуживать данный источник питания. Продолжительное время последовательное подсоединение 4-х элементов в потребительских устройствах было максимальным, поэтому и системы защиты для подобной схемы сложностью не отличались.

Но такие современные девайсы как электромобили, требуют значений напряжения в несколько сотен Вольт. Соответственно, имеет место соединение весьма большого количества элементов, для которых в свою очередь требуется довольно сложная система защиты. Аппаратная система безопасности может защитить электронакопитель от стороннего воздействия — короткого замыкания либо неисправности ЗУ.

В том случае, если неприятности проявляются внутри элемента, к примеру, если произошло загрязнение микроскопическими частицами, то система безопасности здесь остаётся практически не при делах. Для нейтрализации внутренних дефектов создаются специальные усиленные и самовосстанавливающиеся сепараторы, которые уже сегодня можно обнаружить в батареях электрокаров. Однако у них имеется один минус — довольно высокая цена.

Как правило, Li-ion элемент разряжается до 3 V, предельным же нижним значением напряжения является показатель 2,5 V и при его дальнейшем понижении, будет срабатывать система безопасности — элемент отключится от общей цепи. Специалисты не советуют хранить литий-ионный источник энергии в таком состоянии, по той причине, что самостоятельный разряд батареи повлечёт за собой дальнейшее падение напряжения и система безопасности может перевести его в «спящий режим». Что в этом плохого? Тут вся проблем в том, что большинство ЗУ не могут заряжать «спящие» элементы.

К сожалению, некоторые дешёвые ЗУ, полагаются исключительно на схему защиты заряжаемого Li-ion электронакопителя и если она будет работать неадекватно, то может образоваться угроза перезарядки и даже выхода из строя АКБ. В связи с этим, крайне важно использовать зарядную аппаратуру с надлежащими алгоритмами зарядного процесса, только так вы сможете в максимальной степени обеспечить безопасность литий-ионной батарее при её зарядке.

Ещё одна неприятность, которая может поджидать Li-ion аккумулятор — воздействие на него статического электричества. Вся проблема в том, что когда такое происходит, может выключиться твёрдотельный переключатель и накопитель попросту лишится защиты. Кстати сказать, теплообразование и набухание необязательно должны являться сопроводителями короткого замыкания в АКБ — возгорание либо взрыв могут состояться и без наличия приведённых симптомов.

Дешёвые и низкокачественные литий-ионные аккумуляторы из Китая

Это настоящий бич! Конечно, смешные ценники привлекают массу народа, вот только что люди получают за такие деньги? Ведь реально, адекватное соответствие этого товара стандартам безопасности — сомнительно!

На приведённом ниже изображении показаны такие «изобретения», они взорвались в пассажирском самолёте перед взлётом:

Печальное событие, не правда ли? Но в то же время, предприимчивые производители литий-ионной продукции не любят применять слово «взрыв» — «тепловой пробой» — так-то лучше будет! Причина этому проста: «тепловой пробой» является более медленным и контролируемым процессом по сравнению с традиционным взрывом. Но, такие «пробои» тоже могут в значительной степени повредить аппаратуру.

Роль сепаратора в Li-ion аккумуляторах

Отдельно стоит поговорить о сепараторах АКБ, ведь они очень сильно влияют не безопасность элементов питания.

Итак, в Li-ion батареях предназначенных для широких масс, в качестве сепаратора используется полиолефин. Он демонстрирует превосходные механические свойства, достойную химическую стабильность, также данный материал отличается не высокой ценой.

Сепаратор для Li-ion электронакопителя должен быть проницаемым и иметь в своём распоряжении поры размером 30-100 нанометров. Этот показатель обеспечит достаточный объём жидкого электролита, и даст возможность перекрывать поры при перегреве батареи.

При повышенных температурах функционирование накопителя электроэнергии прекращается, так как из-за плавления сепаратора перекрываются поры. Сепаратор изготовленный из полиэтилена начинает плавиться при температуре 130 градусов — это останавливает транспортировку ионов, эффективно выключая АКБ. Если бы сепаратор не обладал таким свойством, то температура повышалась бы себе спокойно дальше, доходя до уровня теплового пробоя. Такие «закипания» могут привести к возгоранию или даже взрыву.

Свойства сепаратора помогают Li-ion АКБ проходить различные тесты безопасности, включающие в себя имитацию высоты, тепловое воздействие, вибрации, удары, внешнее КЗ, перезарядки и принудительный разряд.

Что делать в случае перегрева литий-ионного электроаккумулятора

Если вы заметили, что Li-ion подвергся перегреву, шипит, да ещё и вздутие имеет место, не медля уберите изделие подальше от легковоспламеняющихся материалов. Лучше всего будет извлечь «бомбочку» и транспортировать её на улицу.

При лёгком воспламенение Li-ion источника питания, к нему нужно применить стандартные противопожарные меры. Можно пустить в ход пенный огнетушитель, но в принципе, подойдёт любой другой, к примеру, наполненный углекислотой или порошком.

В случае возникновения пожара на борту самолёта, используются специальные инструкции, позволяющие экипажу применять любые доступные средства, в том числе и воду. Что касается последней, то тушить ею горящие литий-ионные электробатареи дозволяется, так как Li-ion содержат весьма скромный объём вступающего в бурную реакцию с водой металлического лития. Кроме того, вода способствует охлаждению области возгорания и не даёт пламени распространяться дальше.

Серьёзное же горение литий-иона, такое например, как в электрокаре, тушить при помощи воды неэффективно — там нужны совсем другие средства.

По ходу теплового пробоя, экстремальная температура дефектного компонента может распространиться на соседние — происходит цепная реакция так сказать. Таким образом, весь электронакопитель может быть уничтожен за считанные секунды. Чтобы повысить безопасность в АКБ, её элементы должны быть разделены специальными разделителями, препятствующими распространению опасной температуры.

При тепловом пробое, можно наблюдать интенсивное газообразование, в котором во главе угла стоит углекислый газ. Кроме того, имеет место выброс продуктов горения вследствие влияния высокой температуры. Улетучиваются этилен и пропилен, содержащиеся в составе электролита, а также органические растворители.

Следует отметить, что безопасность современных Li-ion накопителей энергии находится на довольно высоком уровне, поэтому тепловой пробой при адекватной эксплуатации явление довольно редкое. Но несмотря на такое положение дел, ситуации возгорания Li-ion электроаккумуляторов сразу становятся достоянием общественности, в отличие от случаев воспламенения других разновидностей батарей.

К неприятностям с электронакопителем может привести износ сепаратора, неосторожное обращение либо же критическое воздействие температуры или вибрации.

Заключение

Ну что же, настало время подвести итоги по теме.

⛔ Будьте осторожны при работе и тестировании литий-ионных аккумуляторных батарей.

⛔ Нельзя допускать КЗ, перезарядку, сдавливание, падение, проникновение внутрь посторонних предметов, использование обратной полярности, воздействия повышенной температуры на АКБ.

⛔ Не разбирайте аккумуляторную батарею.

⛔ Пользуйтесь только оригинальными Li-ion накопителями энергии и ЗУ.

⛔ Если проявляет себя перегрев, нужно немедленно прекратить эксплуатацию АКБ и/или ЗУ.

⛔ Вещество электролита является легковоспламеняемым, поэтому возгорание или взрыв батареи могут повлечь за собой травмы пользователя.

⛔ При тушении загоревшейся Li-ion АКБ нужно использовать огнетушители с такими наполнителями как пена, углекислота, порошкообразный графит. Воду желательно пускать в ход только для сдерживания распространения огня.

⛔ Если возникла крайне критическая ситуация и потушить огонь невозможно, дайте источнику энергии сгореть самостоятельно, контролируемо и безопасно.

Источник

Li-Ion аккумуляторы — правда и мифы.

2.5 В Li-Ion аккумулятор начинает очень быстро деградировать, и даже одна такая разрядка может существенно (до 10%!) уменьшить его емкость. К тому же при разряде до такого напряжение штатным зарядником зарядить его уже не получится — при падении напряжения ячейки аккумулятора ниже

3 В «умный» контроллер отключит ее как поврежденную, а если такие ячейки все — аккумулятор можно нести на помойку.
Но тут есть одно очень важное но, о котором все забывают: в телефонах, планшетах и других мобильных устройствах рабочий диапазон напряжений на аккумуляторе это 3.5-4.2 В. При опускании напряжения ниже 3.5 В индикатор показывает ноль процентов заряда и аппарат выключается, но до «критических» 2.5 В еще очень далеко. Это подтверждается тем что если подсоединить к такому «разряженному» аккумулятору светодиод то он может гореть еще долгое время (может кто-то помнит что раньше продавались телефоны с фонариками, которые включались кнопкой независимо от системы. Так вот там лампочка продолжала гореть и после разрядки и выключения телефона). То есть как видно при штатном использовании разрядки до 2.5 В не происходит, а значит разряжать акум до нуля процентов вполне можно.

Миф второй. При повреждении Li-Ion аккумуляторы взрываются.
Все мы помним «взрывной» Samsung Galaxy Note 7. Однако это скорее исключение из правил — да, литий очень активный металл, и взорвать его в воздухе нетрудно ( а в воде он и сам очень ярко горит). Однако в современных аккумуляторах используется не литий, а его ионы, которые куда менее активны. Так что чтобы произошел взрыв нужно сильно постараться — или повредить заряжающийся аккумулятор физически (устроить короткое замыкание), или заряжать очень высоким напряжением (тогда он сам повредится, однако скорее всего контроллер банально сгорит сам и не даст заряжать аккумулятор). Поэтому если у вас вдруг в руках оказался поврежденный или дымящийся аккумулятор — не стоит бросать его на стол и убегать из комнаты с криками «мы все умрем» — просто положите его в металлическую тару и вынесите на балкон (чтобы не дышать химией) — аккумулятор будет тлеть какое-то время и потом потухнет. Главное — не заливать водой, ионы конечно менее активные чем литий, но все же какое-то количество водорода при реакции с водой так же выделится (а он любит взрываться).

Миф третий. При достижении на Li-Ion аккумуляторе 300(500/700/1000/100500) циклов он становится небезопасен и его нужно срочно менять.
Миф, к счастью все меньше и меньше гуляющий по форумам и не имеющий под собой вообще никакого физического или химического объяснения. Да, во время эксплуатации электроды окисляются и коррозируют, что уменьшает емкость аккумулятора, но ничем кроме меньшего времени автономной работы и нестабильного поведения на 10-20% заряда это вам не грозит.

Миф четвертый. С Li-Ion аккумуляторами нельзя работать на морозе.
Это скорее рекомендация, чем запрет. Многие производители запрещают использовать телефоны при отрицательное температуре, да и многие сталкивались с быстрым разрядом и вообще отключением телефонов на холоде. Объяснение этому очень простое: электролит — это водосодержащий гель, а что происходит с водой при отрицательных температурах все знают (да, она замерзает если что), тем самым выводя некоторую область аккумулятора из работы. Это приводит к падениею напряжения, а контроллер начинает считать это разрядкой. Аккумулятору это не полезно, но и не смертельно (после нагрева емкость вернется), так что если вам позарез нужно пользоваться телефоном в мороз (именно пользоваться — достать из теплого кармана, посмотреть время и спрятать назад не считается) то лучше зарядите его на 100% и включите любой процесс, нагружающий процессор — так охлаждение будет происходить медленнее.

Миф пятый. Вздувшийся Li-Ion аккумулятор опасен, его нужно срочно выкинуть.
Это не совсем миф, скорее предосторожность — вздувшийся аккумулятор может банально лопнуть. С химической точки зрения все просто: при процессе интеркаляции происходит разложение электродов и электролита, в результате чего выделяется газ(так же он может выделяться и при перезарядке, но об этом чуть ниже). Но его выделяется крайне мало, и чтобы аккумулятор казался вздутым должно пройти несколько тсотен (если не тысяч) циклов перезарядки (если конечно он не бракованный). Проблем избавиться от газа нет — достаточно проткнуть клапан (в некоторых аккумуляторах он сам открывается при избыточном давлении) и стравить его (дышать им не рекомендую), после чего можно замазать дырку эпоксидной смолой. Конечно былую емкость это аккумулятору не вернет, но хотя бы теперь он точно не лопнет.

Миф шестой. Li-Ion аккумуляторам вреден перезаряд.
А вот это уже не миф, а суровая реальность — при перезарядке велик шанс что аккумулятор вздуется, лопнет и загорится — поверьте, мало удовольствия быть забрызганным кипящим электролитом. Поэтому во всех аккумуляторах стоят контроллеры, банально не дающие зарядить аккумулятор выше определенного напряжения. Но тут надо быть крайне осторожным в выборе аккумулятора — контроллеры китайских поделок зачастую могут сбоить, а фейерверк из телефона в 3 часа ночи думаю вас не обрадует. Разумеется, такая же проблема есть и в брендовых аккумуляторах, но во-первых там такое случается гораздо реже, а во-вторых вам по гарантии поменяют весь телефон. Обычно этот миф порождает следующий:

Миф седьмой. При достижении 100% нужно снимать телефон с зарядки.
Из шестого мифа это кажется разумным, но на деле нет смысла вставать посреди ночи и снимать устройство с зарядки: во-первых сбои контроллера крайне редки, а во-вторых даже при достижении 100% на индикаторе аккумулятор еще некоторое время дозаряжается до самого-самого максимума низкими токами, что добавляет еще 1-3% емкости. Так что на деле не стоит так сильно перестраховываться.

Миф восемь. Заряжать устройство можно только оригинальным зарядником.
Миф имеет место быть по причине некачественности китайских зарядников — при нормальном напряжении в 5 +- 5% вольт они могут выдавать и 6, и 7 — контроллер, конечно, какое-то время будет сглаживать такое напряжение, однако в будущем оно в лучшем случае приведет к сгоранию контроллера, в худшем — к взрыву и (или) выходу из строя материнской платы. Бывает и обратное — под нагрузкой китайский зарядник выдает 3-4 вольта: это приведет к тому что аккумулятор не сможет зарядиться полностью.

Как видно из целой кучи заблуждений далеко не все имеют под собой научное объяснение, и еще меньше реально ухудшают характеристики аккумуляторов. Но это не значит что после прочтения моей статьи нужно бежать сломя голову и покупать дешевые китайские аккумуляторы за пару баксов — все-же для долговечности лучше взять или оригинальные, или качественные копии оригинальных.

Источник