Gaur egun, litio-ioizko baterien segurtasun-istripu gehienak babes-zirkuituaren hutsegiteagatik gertatzen dira, eta horrek bateriaren ihes termikoa eragiten du eta sua eta leherketa eragiten du. Hori dela eta, litiozko bateriaren erabilera seguruaz jabetzeko, babes-zirkuituaren diseinua bereziki garrantzitsua da, eta litiozko bateriaren porrota eragiten duten faktore guztiak kontuan hartu behar dira. Ekoizpen-prozesuaz gain, hutsegiteak, funtsean, kanpoko muturreko baldintzen aldaketek eragiten dituzte, hala nola gehiegizko kargak, gehiegizko deskargak eta tenperatura altuek. Parametro hauek denbora errealean kontrolatzen badira eta aldatzen direnean dagozkien babes-neurriak hartuko badira, ihes termikorik gertatzea saihestu daiteke. Litiozko bateriaren segurtasun diseinuak hainbat alderdi barne hartzen ditu: zelulen hautaketa, egiturazko diseinua eta BMSren segurtasun funtzionalaren diseinua.

Gelaxka hautatzea

Zelula segurtasunean eragiten duten faktore asko daude, zeinetan zelula-materialaren aukeraketa oinarria den. Propietate kimiko desberdinen ondorioz, segurtasuna aldatu egiten da litiozko bateriaren katodo material desberdinetan. Adibidez, litio burdin fosfatoa olibino itxurakoa da, nahiko egonkorra eta ez da erraza tolesten. Litio kobaltatoa eta litio ternarioa, ordea, geruzadun egiturak dira, erraz tolesten direnak. Bereizleak hautatzea ere oso garrantzitsua da, bere errendimendua zelularen segurtasunarekin zuzenean lotuta baitago. Beraz, zelula hautatzerakoan, detekzio txostenak ez ezik, fabrikatzailearen ekoizpen prozesua, materialak eta haien parametroak ere kontuan hartuko dira.

Egituraren diseinua

Bateriaren egitura-diseinuak isolamenduaren eta beroaren xahupenaren baldintzak hartzen ditu batez ere.

• Isolamendu-eskakizunek, oro har, alderdi hauek hartzen dituzte barne: Elektrodo positibo eta negatiboen arteko isolamendua; Zelula eta itxituraren arteko isolamendua; Zutoin fitxen eta itxituraren arteko isolamendua; PCB tarte elektrikoa eta creepage distantzia, barne kableatu diseinua, lurrerako diseinua, etab.
• Beroa xahutzea energia biltegiratzeko edo trakziorako bateria handi batzuetarako da batez ere. Pila hauen energia handia dela eta, kargatzean eta deskargatzean sortzen den beroa izugarria da. Beroa ezin bada garaiz xahutu, beroa pilatu egingo da eta istripuak eragingo ditu. Hori dela eta, itxiturako materialen aukeraketa eta diseinua (erresistentzia mekaniko jakin batzuk eta hautsaren aurkako eta iragazgaitzezko eskakizunak izan behar ditu), hozte-sistemaren eta barne-isolamendu termikoen aukeraketa, beroa xahutzeko eta sua itzaltzeko sistemak kontuan hartu behar dira.

Bateriaren hozte-sistema aukeratzeko eta aplikatzeko, ikusi aurreko alea.

Segurtasun funtzionalaren diseinua

Propietate fisiko eta kimikoek zehazten dute materialak ezin duela mugatu karga- eta deskarga-tentsioa. Kargatzeko eta deskargatzeko tentsioak maila nominala gainditzen duenean, litiozko bateriari kalte itzulezina eragingo dio. Hori dela eta, beharrezkoa da babes-zirkuitua gehitzea barne-zelularen tentsioa eta korrontea egoera normal batean mantentzeko litiozko bateria lanean ari denean. Baterien BMSrako, funtzio hauek behar dira:

• Tentsioaren gaineko babesa kargatzea: gainkarga da ihes termikoaren arrazoi nagusietako bat. Gehiegizko kargaren ondoren, katodoaren materiala erori egingo da litio ioiaren gehiegizko askapenaren ondorioz, eta elektrodo negatiboak litio prezipitazioa ere gertatuko da, eta horrek egonkortasun termikoaren gutxitzea eta alboko erreakzioak areagotzea dakar, ihes termikoen arrisku potentziala dutenak. Hori dela eta, bereziki garrantzitsua da korrontea denboran moztea kargak zelularen goiko mugako tentsiora iritsi ondoren. Honek BMS-k tentsioaren gainetik kargatzeko funtzioa izatea eskatzen du, zelularen tentsioa beti funtzionamendu-mugaren barruan egon dadin. Hobe litzateke babes-tentsioa ez izatea barruti-balioa eta asko aldatzea, izan ere, guztiz kargatuta dagoenean bateriak korrontea ez etetea eragin dezake eta, ondorioz, gainkarga bat eragin dezake. BMSaren babes-tentsioa zelularen goiko tentsioa baino berdina edo apur bat txikiagoa izateko diseinatuta dago.
• Korrontearen gaineko babesa kargatzea: karga edo deskarga muga baino korronte handiagoa duen bateria bat kargatzeak bero metaketa eragin dezake. Beroa diafragma urtzeko nahikoa pilatzen denean, barne zirkuitu laburra sor dezake. Hori dela eta, ezinbestekoa da korrontearen babesaren gainetik kargatzea. Kontuan izan behar dugu korrontearen gaineko babesa ezin dela izan diseinuan zelula-korrontearen tolerantzia baino handiagoa.
• Deskarga tentsioko babesa: tentsio handiegiak edo txikiegiak bateriaren errendimendua kaltetuko du. Tentsiopean etengabeko deskargak kobrea hauspeatuko du eta elektrodo negatiboa kolapsatu egingo du, beraz, oro har, bateriak tentsioaren babeserako funtzioa izango du.
• Deskarga korrontearen gaineko babesa: PCB gehienek interfaze beraren bidez kargatzen eta deskargatzen dute, kasu honetan karga eta deskarga babesteko korrontea koherentea da. Baina bateria batzuek, batez ere tresna elektrikoetarako bateriak, karga azkarrak eta beste bateria mota batzuek korronte deskarga edo karga handia erabili behar dute, une honetan korrontea ez da koherentea, beraz, hobe da bi begizta kontroletan kargatzea eta deskargatzea.
• Zirkuitu laburren babesa: bateriaren zirkuitu laburra ere akats ohikoenetako bat da. Talka batzuk, erabilera okerra, estutu, orratzak, ura sartzea, etab., erraz eragiten dute zirkuitulaburra. Zirkuitu labur batek deskarga-korronte handia sortuko du berehala, eta ondorioz bateriaren tenperatura nabarmen igoko da. Aldi berean, erreakzio elektrokimiko batzuk gertatzen dira normalean zelulan kanpoko zirkuitu laburren ondoren, eta horrek erreakzio exotermiko batzuk eragiten ditu. Zirkuitu laburren babesa gehiegizko korrontearen babes moduko bat da. Baina zirkuitu laburren korrontea infinitua izango da, eta beroa eta kaltea ere infinituak dira, beraz, babesa oso sentikorra izan behar da eta automatikoki abiarazi daiteke. Zirkuitu laburreko babes-neurri arruntak honako hauek dira: kontaktoreak, fusibleak, mos, etab.
• Tenperaturaren gaineko babesa: bateria giro-tenperaturarekiko sentikorra da. Tenperatura altuegiak edo baxuegiak bere errendimenduan eragina izango du. Horregatik, garrantzitsua da bateria muga-tenperaturaren barruan funtzionatzea. BMSak tenperatura babesteko funtzio bat izan behar du bateria gelditzeko tenperatura altuegia edo baxuegia denean. Are gehiago, karga-tenperaturaren babesa eta deskarga-tenperatura babesa, etab.
• Orekatze funtzioa: koaderno eta beste serie anitzeko piletarako, zelulen artean koherentziarik ez dago produkzio-prozesuan dauden desberdintasunengatik. Adibidez, zelula batzuen barne-erresistentzia beste batzuk baino handiagoa da. Inkoherentzia hori pixkanaka okerrera egingo da kanpoko ingurunearen eraginez. Hori dela eta, beharrezkoa da oreka kudeatzeko funtzio bat edukitzea zelularen oreka ezartzeko. Orokorrean, bi oreka mota daude:

1.Orekatze pasiboa: Erabili hardwarea, hala nola tentsio-konparatzailea, eta, ondoren, erabili erresistentzia beroaren xahupena gaitasun handiko bateriaren gehiegizko potentzia askatzeko. Baina energia-kontsumoa handia da, berdinketa abiadura motela eta eraginkortasuna baxua da.

2.Orekatze aktiboa: erabili kondentsadoreak tentsio handiagoko zelulen potentzia gordetzeko eta tentsio baxuagoko zelulara askatzen du. Hala ere, ondoko zelulen arteko presio-aldea txikia denean, berdinketa-denbora luzea da eta berdinketa-tentsioaren atalasea malguagoa izan daiteke.

Balioztatze estandarra

Azkenik, zure bateriak nazioarteko edo barneko merkatuan arrakastaz sartu nahi badituzu, erlazionatutako estandarrak ere bete behar dituzte litio-ioizko bateriaren segurtasuna bermatzeko. Gelaxketatik hasi eta piletara eta ostalari-produktuetara dagozkion proba-arauak bete behar dituzte. Artikulu hau informatika-produktu elektronikoen etxeko bateria babesteko eskakizunei buruz arituko da.

GB 31241-2022

Estandar hau gailu elektroniko eramangarrien baterietarako da. Batez ere, 5.2 lan-parametro seguruak, 10.1 eta 10.5 PCMrako segurtasun-baldintzak, 11.1-11.5 sistema babesteko zirkuituan (bateria bera babesik gabe dagoenean), 12.1 eta 12.2 baldintzak koherentziarako eta A eranskina (dokumentuetarako) kontuan hartzen ditu. .

u 5.2 terminoak zelula eta bateriaren parametroak parekatu behar dira, hau da, bateriaren funtzionamendu-parametroek zelulen barrutia gainditu behar ez dutela uler daiteke. Hala ere, bateriaren babes-parametroek ziurtatu behar al dute bateriaren funtzionamendu-parametroek zelulen barrutia gainditzen ez dutela? Ulermen desberdinak daude, baina bateriaren diseinuaren segurtasunaren ikuspegitik, erantzuna baiezkoa da. Esate baterako, zelula baten (edo zelula-blokearen) gehienezko karga-korrontea 3000 mA da, bateriaren gehienezko lan-korrontea ez da 3000 mA gainditu behar eta bateriaren babes-korronteak ere ziurtatu behar du karga-prozesuko korronteak ez duela gainditu behar. 3000mA. Horrela bakarrik babestu eta ekidin ditzakegu arriskuak eraginkortasunez. Babes-parametroak diseinatzeko, begiratu A eranskina. Erabiltzen ari den zelula - bateria - ostalariaren parametroen diseinua hartzen du kontuan, nahiko zabala dena.

u Babes-zirkuitua duten baterien kasuan, 10,1~10,5 bateriaren babes-zirkuituaren segurtasun-proba behar da. Kapitulu honek batez ere tentsio-babesa kargatzea, korronte-babesa kargatzea, tentsio-babesa deskargatzea, korronte-babesa deskargatzea eta zirkuitulaburra babestea ikertzen du. Hauek goian aipatzen diraSegurtasun Funtzionaleko Diseinuaeta oinarrizko baldintzak. GB 31241 500 aldiz egiaztatu behar da.

u Babes-zirkuiturik gabeko bateria bere kargagailuak edo amaierako gailuak babesten badu, 11.1~11.5 sistemaren babes-zirkuituaren segurtasun-proba kanpoko babes-gailuarekin egingo da. Karga eta deskargaren tentsioa, korrontea eta tenperatura kontrolatzen dira batez ere. Aipatzekoa da, babes-zirkuituak dituzten pilekin alderatuta, babes-zirkuiturik gabeko bateriak benetako erabileran dauden ekipoen babesean soilik fidatu daitezkeela. Arriskua handiagoa da, beraz, funtzionamendu normala eta akats bakarreko baldintzak bereizita probatuko dira. Horrek amaierako gailua babes bikoitza izatera behartzen du; bestela, ezin izango du 11. kapituluko proba gainditu.

u Azkenik, bateria batean hainbat serie zelula badaude, karga desorekatuaren fenomenoa kontuan hartu behar duzu. 12. kapituluko adostasun-proba bat egin behar da. PCBren oreka eta presio diferentziala babesteko funtzioak ikertzen dira batez ere hemen. Funtzio hau ez da beharrezkoa zelula bakarreko baterientzat.

GB 4943.1-2022

Estandar hau AV produktuetarako da. Bateriez elikatzen diren produktu elektronikoen erabilera gero eta handiagoa dela eta, GB 4943.1-2022 bertsio berriak M eranskinean bateriei buruzko eskakizun zehatzak ematen ditu, bateriak dituzten ekipoak eta haien babes-zirkuituak ebaluatuz. Baterien babes-zirkuituaren ebaluazioan oinarrituta, bigarren mailako litiozko bateriak dituzten ekipoen segurtasun-baldintza gehigarriak ere gehitu dira.

u Bigarren mailako litiozko bateriaren babes-zirkuituak gehiegizko karga, gehiegizko deskarga, alderantzizko karga, kargatzeko segurtasun-babesa (tenperatura), zirkuitu laburren babesa, etab. ikertzen ditu batez ere. Kontuan izan behar da proba hauek babes-zirkuituan akats bakarra behar dutela. Baldintza hau ez da GB 31241 bateria estandarrean aipatzen. Beraz, bateria babesteko funtzioaren diseinuan, bateriaren eta ostalariaren eskakizun estandarrak konbinatu behar ditugu. Bateriak babes bakarra badu eta osagai erredundanterik ez badu, edo bateriak ez badu babes-zirkuiturik eta babes-zirkuitua ostalariak bakarrik ematen badu, ostalaria probaren zati honetan sartu beharko litzateke.

Ondorioa

Ondorioz, bateria seguru bat diseinatzeko, materiala bera aukeratzeaz gain, ondorengo egitura-diseinua eta segurtasun funtzionalaren diseinua ere garrantzitsuak dira. Estandar ezberdinek produktuetarako baldintza desberdinak dituzten arren, bateriaren diseinuaren segurtasuna merkatu desberdinetako eskakizunak betetzeko guztiz kontuan hartu badaiteke, denbora asko murriztu daiteke eta produktua merkaturatzeko azkartu daiteke. Herrialde eta eskualde ezberdinetako legeak, arauak eta estandarrak konbinatzeaz gain, produktu terminaletan pilen benetako erabileran oinarritutako produktuak diseinatzea ere beharrezkoa da.