Millised on liitium{0}}ioonakude levinumad ohutusstandardid?

Liitium{0}}ioonakud (LIB) on keerulised elektrokeemilised ja mehaanilised süsteemid, mille kohta kehtivad kümned rahvusvahelised ohutusstandardid. Selles KKK-s käsitleme LIB ohutuse peamisi keskkonnaaspekte, vaatame üle liitium-ioonakude ühised ohutusstandardid ja kaalume testimispersonali ohutuse tagamiseks kohandatud akude testimislabori kasutamist.

Paljud LIB ohutusprobleemid tulenevad seadmete tundlikkusest pinge ja temperatuuri suhtes. Patareid on ette nähtud töötamiseks temperatuurivahemikus -30 kuni 55 kraadi.

Üle 55 kraadi (kuni umbes 80 kraadini) on akudel parem kiirus tänu kiirematele elektrokeemilistele reaktsioonidele ja kiirele ioonide migratsioonile elektrolüüdis ja elektroodides. Nendel tingimustel muutuvad kõrvalreaktsioonid raskeks, mis viib kiire võimsuse vähenemiseni. Üle 80 kraadi hakkavad akud riknema ja mis tahes temperatuur üle 130 kraadi võib põhjustada aku komponentide sulamist ja potentsiaalselt süttimist.

Tööpinge ja temperatuur on kaks liitiumaku ohutust mõjutavat tegurit.

Tööpinge ja temperatuur on kaks liitiumaku ohutust mõjutavat tegurit. See näide kehtib NCM-rakkude kohta.

Madal temperatuur võib põhjustada aku halva töövõime ja akut kahjustada, kuid üldiselt ei kujuta see endast ohtu. Ülelaadimine (liigne pinge) võib aga põhjustada katoodi lagunemist ja elektrolüütide oksüdeerumist, mis on ohutusprobleem. Üle -tühjenemine (liigne pinge) võib põhjustada anoodi tahke elektrolüüdi liidese (SEI) lagunemise ja vaskfooliumi oksüdeerumise, mis kahjustab akut veelgi.

Lisaks pinge ja temperatuuriga seotud töö- ja keskkonnaprobleemidele võivad liitium-ioonakude (LIB-de) ohutusprobleemid põhjustada ka mehaanilised kahjustused. Arvestades neid probleeme, on ka LIB-de ohutusstandardid ulatuslikud.

Liitium{0}}ioonakude viis levinumat ohutusstandardit on järgmised:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 on liitium-ioonakude ja akude ohutustestimise standard, mis kirjeldab ohutusnõudeid sekundaarakude ja leelis- või mitte{2}}happelisi elektrolüüte sisaldavate akude testimiseks. Seda kasutatakse kaasaskantavates elektroonikatoodetes ja muudes rakendustes kasutatavate LIB-de testimiseks. IEC 62133 käsitleb keemilisi ja elektrilisi ohte, mis võivad ohustada tarbijaid ja keskkonda, ning mehaanilisi probleeme, nagu vibratsioon ja löök. UN/DOT 38.3 (tuntud ka kui T1-T8 testid ja UN ST/SG/AC.10/11/Rev{12}}) hõlmab kõigi LIB-de, liitiummetallist akude ja akude transpordiohutuse testimist. Testimisstandard sisaldab kaheksat testi (T1 – T8), millest igaüks keskendub konkreetsetele transpordiohtudele. UN/DOT 38.3 on enesesertifitseerimise standard ja see ei nõua sõltumatut kolmanda osapoole testimist; kolmandate osapoolte testimislaborite kasutamine on aga tavaline, et vähendada intsidendi korral kohtuvaidlusi.

Mitmed tavalised liitiumakude pakendamis- ja ohutu transpordistandardid (tabel 1) on järgmised:

1. UN3090 liitiummetallist akud, transporditakse komponentidena

2. UN3480, LIB-d, transporditakse komponentidena

3. UN3091 liitiummetallpatareid, mida transporditakse seadmetes või koos pakituna

4. UN3481, LIB-id, mida transporditakse seadmetes või koos pakituna.

Mitut tüüpi liitiumakusid peetakse ohtlikeks materjalideks ja vajavad transportimisel erilist käsitsemist. Standard IEC 62619 hõlmab sekundaarsete liitium-ioonakude ja akupakettide ohutusstandardeid, määratledes ohutusnõuded LIB-dele elektroonilistes ja muudes tööstuslikes rakendustes. Standardi IEC 62619 testimisnõuded kehtivad nii statsionaarsete kui ka toitega rakenduste kohta.

Statsionaarsed rakendused hõlmavad telekommunikatsiooni, katkematuid toiteallikaid (UPS), energiasalvestussüsteeme, elektrilüliteid, avariitoiteallikaid ja sarnaseid rakendusi. Mootorrakenduste hulka kuuluvad kahveltõstukid, golfikärud, automatiseeritud juhitavad sõidukid (AGV), raudtee- ja meresõidukid,{1}}v.a maanteesõidukid.

UL 1642 on liitium-ioonakude ohutuse UL-standard, mis määrab standardnõuded primaarsetele ja sekundaarsetele liitium-ioonakudele, mida kasutatakse elektroonikatoodete toiteallikana.

UL 1642 hõlmab:

1. Tehniku-vahetatavad liitium--ioonakud, mis sisaldavad 5,0 grammi (0,18 untsi) või vähem metallilist liitiumi. Akusid, mille liitiumisisaldus ületab 5,0 grammi, hinnatakse nende vastavuse alusel nõuetele (kui see on kohaldatav) ning neid testitakse ja kontrollitakse täiendavalt, et teha kindlaks nende sobivus ettenähtud kasutusotstarbeks.

2. Kasutaja -vahetatavad liitiumakud, kus iga elektrokeemiline element ei sisalda rohkem kui 4,0 grammi (0,13 untsi) liitiummetalli ja mitte rohkem kui 1,0 grammi (0,04 untsi) liitiummetalli. Akud, mis sisaldavad rohkem kui 4,0 grammi või üle 1,0 grammi liitiumi, vajavad täiendavat kontrolli ja testimist, et teha kindlaks, kas aku või element sobib ettenähtud kasutamiseks.

UL1642 ei kata liitiumakude allaneelamisel tekkivat mürgisuse ohtu ega liitiummetalliga kokkupuutumise ohtu aku kahjustuse või lõikamise tõttu.

UL2580x on elektrisõidukite akude UL-i ohutusstandard, mis koosneb mitmest testist, sealhulgas:

Kõrge{0}}voolu aku lühis: töötage täielikult laetud näidisega. Lülitage näidis, kasutades vooluahela kogutakistust, mis on väiksem või võrdne 20 mΩ. Sädesüüte tuvastab tuleohtliku gaasi olemasolu proovis, ilma plahvatuse või tulekahju tunnusteta. Lisaks ei pääse aurud selleks ettenähtud ventilatsiooniavade või süsteemide kaudu väljapoole. Korpuse purunemise või elektrolüüdi lekke märke ei ole. Kui LIB jääb pärast lühise{8}}katset tööle, läbib see laadimis- ja tühjendustsüklid vastavalt tootja spetsifikatsioonidele. Lühise{10}}testimist saab läbi viia alamkomponentide, mitte kogu energiasalvestise (EESA) puhul.

Aku purustamine: töötab täielikult laetud näidisel ja simuleerib sõiduki kokkupõrke mõju EESA terviklikkusele. Sarnaselt lühise-katsele tuvastab sädesüüte proovis süttivate gaaside kontsentratsiooni ning plahvatuse või tulekahju märke pole. Mürgised gaasid ei eraldu.

Akuelementide purustamine (vertikaalne): töötab täielikult laetud prooviga. Muljumiskatsel rakendatav jõud peab olema piiratud 1000-kordse aku massiga. Sarnaselt muljumiskatsega tuvastab sädesüttimine tuleohtlike gaaside kontsentratsiooni proovis ning plahvatus või tulekahju ei viita. Mürgised gaasid ei eraldu.

LIB katsekamber

LIB täielik testimine on oma olemuselt ohtlik tegevus. Degaseerimine, tulekahju või plahvatus on võimalik süvalahenduse, lühiste, kõrgete temperatuuride ja erinevat tüüpi mehaanilise väärkasutuse tõttu.

Spetsiaalselt disainitud LIB-testi- ja hoiukambrid on välja töötatud selleks, et vähendada personali vigastuste ohtu. Üks näide on jalutuskäik-90-minutilises tulekindlas sisemise ja välise tulekaitsega ruumis, mida saab kasutada katsekambri või hoiuruumina LIB (joonis 2).

Inimeste ja keskkonna kaitsmiseks loodud funktsioonid hõlmavad järgmist:

a) Katusel rõhku vähendav pind, mis tasakaalustab sise- ja välisrõhku õnnetuse korral.

b) Suure{0}}jõudlusega ventilatsioon ohtlike või plahvatusohtlike gaaside kiireks eemaldamiseks.

c) Võime süstida inertgaasi, et aidata ohjata ohtlikke reaktsioone või tulekahjusid.

d) Tuleandurid tulekahjude ja integreeritud tulekustutussüsteemide hoiatamiseks.

e) Täiendavad gaasiandurid degaseerimise tuvastamiseks ning vajadusel täiendavate andurite ja signaalireleede asukohad.

Kokkuvõttes tähendab liitium{0}}ioonakude liitiummetallisisaldus potentsiaalset ohtu akutoitega süsteemide kasutajatele. LIB-ohutusohud hõlmavad üle-tühjenemist, lühiseid, kõrgeid temperatuure ja mehaanilist väärkasutust. Liitium-ioonakudele on kehtestatud kümneid rahvusvahelisi ohutusstandardeid ja konstruktsiooninõudeid. See artikkel tutvustab liitium-ioonakude viit ühist ohutusstandardit ning mõningaid põhilisi kaalutlusi LIB-testikambri määramisel.