Ποια είναι μερικά κοινά πρότυπα ασφαλείας για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου-;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου- (LIB) είναι πολύπλοκα ηλεκτροχημικά και μηχανικά συστήματα, αντικείμενο δεκάδων διεθνών προτύπων ασφαλείας. Σε αυτές τις συχνές ερωτήσεις, θα συζητήσουμε βασικές περιβαλλοντικές πτυχές της ασφάλειας LIB, θα εξετάσουμε τα κοινά πρότυπα ασφαλείας για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου- και θα εξετάσουμε το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσουμε ένα προσαρμοσμένο εργαστήριο δοκιμών μπαταριών για να διασφαλίσουμε την ασφάλεια του προσωπικού δοκιμών.

Πολλά ζητήματα ασφάλειας LIB προέρχονται από την ευαισθησία των συσκευών στην τάση και τη θερμοκρασία. Οι μπαταρίες προδιαγράφονται για λειτουργία εντός εύρους θερμοκρασιών από -30 έως 55 βαθμούς.

Πάνω από 55 μοίρες (έως περίπου 80 μοίρες), οι μπαταρίες παρουσιάζουν καλύτερη ικανότητα ταχύτητας λόγω ταχύτερων ηλεκτροχημικών αντιδράσεων και ταχείας μετανάστευσης ιόντων στον ηλεκτρολύτη και τα ηλεκτρόδια. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι παρενέργειες γίνονται σοβαρές, οδηγώντας σε ταχεία αποσύνθεση της χωρητικότητας. Πάνω από τους 80 βαθμούς, οι μπαταρίες αρχίζουν να φθείρονται και οποιαδήποτε θερμοκρασία πάνω από 130 μοίρες μπορεί να προκαλέσει τήξη των εξαρτημάτων της μπαταρίας και πιθανή ανάφλεξη.

Η τάση και η θερμοκρασία λειτουργίας είναι δύο παράγοντες που επηρεάζουν την ασφάλεια της μπαταρίας λιθίου.

Η τάση και η θερμοκρασία λειτουργίας είναι δύο παράγοντες που επηρεάζουν την ασφάλεια της μπαταρίας λιθίου. Αυτό το παράδειγμα ισχύει για κελιά NCM.

Οι χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν κακή απόδοση της μπαταρίας και να καταστρέψουν την μπαταρία, αλλά γενικά δεν αποτελούν κίνδυνο για την ασφάλεια. Ωστόσο, η υπερφόρτιση (υπερβολική τάση) μπορεί να οδηγήσει σε αποσύνθεση καθόδου και οξείδωση ηλεκτρολυτών, μια ανησυχία για την ασφάλεια. Η υπερβολική-εκφόρτιση (υπερβολική τάση) μπορεί να προκαλέσει την αποσύνθεση της διεπαφής στερεού ηλεκτρολύτη (SEI) στην άνοδο και μπορεί να οδηγήσει σε οξείδωση του φύλλου χαλκού, προκαλώντας περαιτέρω ζημιά στην μπαταρία.

Εκτός από λειτουργικά και περιβαλλοντικά ζητήματα που σχετίζονται με την τάση και τη θερμοκρασία, η μηχανική βλάβη μπορεί επίσης να προκαλέσει προβλήματα ασφάλειας με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου- (LIB). Δεδομένων αυτών των ανησυχιών, τα πρότυπα ασφαλείας για τα LIB είναι επίσης εκτεταμένα.

Πέντε κοινά πρότυπα ασφαλείας για μπαταρίες ιόντων λιθίου- είναι:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

Το IEC 62133 είναι ένα πρότυπο δοκιμών ασφαλείας για μπαταρίες και μπαταρίες ιόντων λιθίου-, το οποίο περιγράφει τις απαιτήσεις ασφαλείας για τη δοκιμή δευτερευουσών μπαταριών και μπαταριών που περιέχουν αλκαλικούς ή μη{2}}όξινους ηλεκτρολύτες. Χρησιμοποιείται για τη δοκιμή LIB που χρησιμοποιούνται σε φορητά ηλεκτρονικά προϊόντα και άλλες εφαρμογές. Το IEC 62133 αντιμετωπίζει χημικούς και ηλεκτρικούς κινδύνους που μπορούν να απειλήσουν τους καταναλωτές και το περιβάλλον, καθώς και μηχανικά ζητήματα όπως κραδασμούς και κραδασμούς. Το UN/DOT 38.3 (γνωστό επίσης ως δοκιμές T1-T8 και UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) καλύπτει τις δοκιμές ασφάλειας μεταφοράς για όλα τα LIB, τις μπαταρίες μετάλλου λιθίου και τις μπαταρίες. Το πρότυπο δοκιμών περιλαμβάνει οκτώ δοκιμές (T1 – T8), καθεμία από τις οποίες επικεντρώνεται σε συγκεκριμένους κινδύνους μεταφοράς. Το UN/DOT 38.3 είναι ένα πρότυπο αυτο{19}}πιστοποίησης και δεν απαιτεί ανεξάρτητη δοκιμή τρίτων- Ωστόσο, η χρήση εργαστηρίων δοκιμών τρίτων είναι συνήθης για τη μείωση των κινδύνων δικαστικής διαμάχης σε περίπτωση συμβάντος.

Αρκετά κοινά πρότυπα συσκευασίας και ασφαλούς μεταφοράς για μπαταρίες λιθίου (Πίνακας 1) είναι τα εξής:

1. UN3090 Μπαταρίες λιθίου μετάλλου, που μεταφέρονται ως εξαρτήματα

2. UN3480, LIB, που μεταφέρονται ως εξαρτήματα

3. UN3091 Μεταλλικές μπαταρίες λιθίου που μεταφέρονται ή συσκευάζονται με εξοπλισμό

4. UN3481, LIB που μεταφέρονται ή συσκευάζονται με εξοπλισμό.

Πολλοί τύποι μπαταριών λιθίου θεωρούνται επικίνδυνα υλικά και απαιτούν ειδικό χειρισμό κατά τη μεταφορά. Το IEC 62619 καλύπτει τα πρότυπα ασφαλείας για δευτερεύουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου- και πακέτα μπαταριών, καθορίζοντας τις απαιτήσεις εφαρμογών ασφαλείας για LIB σε ηλεκτρονικές και άλλες βιομηχανικές εφαρμογές. Οι τυπικές απαιτήσεις δοκιμής IEC 62619 ισχύουν τόσο για σταθερές όσο και για ηλεκτροκίνητες εφαρμογές.

Οι σταθερές εφαρμογές περιλαμβάνουν τηλεπικοινωνίες, αδιάλειπτα τροφοδοτικά (UPS), συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, διακόπτες κοινής ωφέλειας, τροφοδοτικά έκτακτης ανάγκης και παρόμοιες εφαρμογές. Οι ηλεκτροκίνητες εφαρμογές περιλαμβάνουν περονοφόρα ανυψωτικά οχήματα, καρότσια γκολφ, αυτοματοποιημένα οχήματα καθοδήγησης (AGV), σιδηροδρομικά και θαλάσσια-εξαιρουμένων των οδικών οχημάτων.

Το UL 1642 είναι το πρότυπο UL για την ασφάλεια των μπαταριών-ιόντων λιθίου, το οποίο καθορίζει τις τυπικές απαιτήσεις για τις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου- που χρησιμοποιούνται ως πηγές ενέργειας σε ηλεκτρονικά προϊόντα.

Το UL 1642 καλύπτει:

1. Τεχνικός-αντικαταστάσιμες μπαταρίες ιόντων λιθίου-που περιέχουν 5,0 γραμμάρια (0,18 ουγγιές) ή λιγότερο μεταλλικό λίθιο. Οι μπαταρίες με περιεκτικότητα σε λίθιο άνω των 5,0 γραμμαρίων θα κριθούν ως προς τη συμμόρφωσή τους με τις απαιτήσεις (εάν υπάρχουν) και θα υποβληθούν σε πρόσθετες δοκιμές και επιθεωρήσεις για να καθοριστεί η καταλληλότητά τους για τη χρήση για την οποία προορίζονται.

2. Μπαταρίες λιθίου που μπορούν να αντικατασταθούν από τον χρήστη, με κάθε ηλεκτροχημική κυψέλη να μην περιέχει περισσότερα από 4,0 γραμμάρια (0,13 ουγγιές) μετάλλου λιθίου και όχι περισσότερο από 1,0 γραμμάριο (0,04 ουγγιές) μετάλλου λιθίου. Οι μπαταρίες που περιέχουν περισσότερα από 4,0 γραμμάρια ή περισσότερο από 1,0 γραμμάριο λιθίου απαιτούν περαιτέρω έλεγχο και δοκιμή για να διαπιστωθεί εάν η μπαταρία ή το στοιχείο είναι κατάλληλο για τη χρήση για την οποία προορίζεται.

Το UL1642 δεν καλύπτει τον κίνδυνο τοξικότητας από την κατάποση μπαταριών λιθίου ή τον κίνδυνο έκθεσης σε μέταλλο λιθίου λόγω βλάβης ή κοπής της μπαταρίας.

Το UL2580x είναι το πρότυπο ασφάλειας UL για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων, το οποίο αποτελείται από διάφορες δοκιμές, όπως:

Βραχυκύκλωμα μπαταρίας υψηλού-ρεύματος: Εκτελέστε ένα πλήρως φορτισμένο δείγμα. Βραχυκυκλώστε-το δείγμα χρησιμοποιώντας συνολική αντίσταση κυκλώματος μικρότερη ή ίση με 20 mΩ. Η ανάφλεξη με σπινθήρα ανιχνεύει την παρουσία εύφλεκτου αερίου στο δείγμα, χωρίς σημάδια έκρηξης ή πυρκαγιάς. Επιπλέον, οι ατμοί δεν διαφεύγουν προς τα έξω μέσω καθορισμένων αεραγωγών ή συστημάτων. Δεν υπάρχουν ενδείξεις ρήξης του περιβλήματος ή παρατηρήσιμη διαρροή ηλεκτρολύτη. Εάν το LIB παραμείνει σε λειτουργία μετά από δοκιμή βραχυκυκλώματος-, θα υποβληθεί σε κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή. Η δοκιμή βραχυκυκλώματος{10}}μπορεί να πραγματοποιηθεί σε υπο-εξαρτήματα, όχι σε ολόκληρη τη διάταξη αποθήκευσης ενέργειας (EESA).

Battery Crushing: Λειτουργεί σε ένα πλήρως φορτισμένο δείγμα και προσομοιώνει την επίδραση μιας σύγκρουσης οχήματος στην ακεραιότητα της EESA. Παρόμοια με τη δοκιμή βραχυκυκλώματος-, η ανάφλεξη με σπινθήρα ανιχνεύει την παρουσία εύφλεκτων συγκεντρώσεων αερίου μέσα στο δείγμα και δεν υπάρχει ένδειξη έκρηξης ή πυρκαγιάς. Δεν απελευθερώνονται τοξικά αέρια.

Θρυμματισμός κυψέλης μπαταρίας (Κάθετη): Λειτουργεί σε ένα πλήρως φορτισμένο δείγμα. Η δύναμη που εφαρμόζεται κατά τη δοκιμή σύνθλιψης πρέπει να περιορίζεται σε 1000 φορές το βάρος της μπαταρίας. Παρόμοια με τη δοκιμή σύνθλιψης, η ανάφλεξη με σπινθήρα ανιχνεύει την παρουσία εύφλεκτων συγκεντρώσεων αερίου μέσα στο δείγμα και δεν υπάρχει ένδειξη έκρηξης ή πυρκαγιάς. Δεν απελευθερώνονται τοξικά αέρια.

Θάλαμος δοκιμών LIB

Η πλήρης δοκιμή του LIB είναι εγγενώς μια επικίνδυνη δραστηριότητα. Απαέρωση, πυρκαγιά ή έκρηξη είναι δυνατή λόγω βαθιάς εκφόρτισης, βραχυκυκλωμάτων, υψηλών θερμοκρασιών και διαφόρων τύπων μηχανικής κατάχρησης.

Ειδικά σχεδιασμένοι θάλαμοι δοκιμής και αποθήκευσης LIB έχουν αναπτυχθεί για να μετριάσουν την πιθανότητα τραυματισμού του προσωπικού. Ένα παράδειγμα είναι μια βόλτα-σε πυρίμαχο δωμάτιο 90 λεπτών με εσωτερική και εξωτερική πυροπροστασία, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δοκιμαστικός θάλαμος ή αποθήκευση LIB (Εικόνα 2).

Τα χαρακτηριστικά που έχουν σχεδιαστεί για την προστασία των ανθρώπων και του περιβάλλοντος περιλαμβάνουν:

α) Μια επιφάνεια αποσυμπίεσης στην οροφή για εξισορρόπηση της εσωτερικής και της εξωτερικής πίεσης σε περίπτωση ατυχήματος.

β) Αερισμός υψηλής απόδοσης-για ταχεία εξαγωγή επικίνδυνων ή εκρηκτικών αερίων.

γ) Η ικανότητα έγχυσης αδρανούς αερίου για τον έλεγχο επικίνδυνων αντιδράσεων ή πυρκαγιών.

δ) Αισθητήρες πυρκαγιάς για προειδοποίηση ανάπτυξης πυρκαγιών και ολοκληρωμένα συστήματα πυρόσβεσης.

ε) Πρόσθετοι αισθητήρες αερίου για την αναγνώριση της απαέρωσης και τη θέση πρόσθετων αισθητήρων και ρελέ σήματος, όπως απαιτείται.

Συνοπτικά, η περιεκτικότητα σε μέταλλο λιθίου στις μπαταρίες ιόντων-λιθίου σημαίνει ότι αποτελούν πιθανό κίνδυνο για τους χρήστες συστημάτων που τροφοδοτούνται από μπαταρίες-. Οι κίνδυνοι ασφάλειας LIB περιλαμβάνουν υπερβολική-εκφόρτιση, βραχυκυκλώματα, υψηλές θερμοκρασίες και μηχανική κατάχρηση. Υπάρχουν δεκάδες διεθνή πρότυπα ασφάλειας και απαιτήσεις σχεδιασμού για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου-. Αυτό το άρθρο εισάγει πέντε κοινά πρότυπα ασφαλείας για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου-, καθώς και ορισμένες βασικές εκτιμήσεις κατά τον καθορισμό ενός θαλάμου δοκιμής LIB.