Am Moment sinn déi meescht Sécherheetsaccidenter vu Lithium-Ion-Batterien wéinst dem Versoen vum Schutzkreeslaf, wat d'Batterie thermesch Flucht verursaacht an zu Feier an Explosioun resultéiert. Dofir, fir déi sécher Notzung vun der Lithium Batterie ze realiséieren, ass den Design vum Schutzschaltung besonnesch wichteg, an all Zorte vu Faktoren, déi den Ausfall vun der Lithium Batterie verursaachen, sollten berücksichtegt ginn. Zousätzlech zum Produktiounsprozess ginn d'Feeler grondsätzlech duerch Verännerungen an den externen extremen Bedéngungen verursaacht, sou wéi Iwwerladung, Iwwerentladung an Héichtemperatur. Wann dës Parameteren an Echtzäit iwwerwaacht ginn an entspriechend Schutzmoossnamen geholl ginn wann se änneren, kann d'Optriede vun der thermescher Flucht vermeit ginn. D'Sécherheet Design vun Lithium Batterie ëmfaasst verschidden Aspekter: Zell Auswiel, strukturell Design a funktionell Sécherheet Design vun BMS.

Zell Auswiel

Et gi vill Faktoren déi d'Zellsécherheet beaflossen, an där d'Wiel vum Zellmaterial d'Fundament ass. Wéinst verschiddene chemeschen Eegeschafte variéiert d'Sécherheet a verschiddene Kathodematerialien vun der Lithiumbatterie. Zum Beispill ass Lithium Eisenphosphat olivinfërmeg, wat relativ stabil ass an net einfach ze kollapsen. Lithiumkobaltat a Lithium-Ternär sinn awer Schichtenstrukturen déi einfach zesummeklappen. Separator Auswiel ass och ganz wichteg, well seng Leeschtung ass direkt mat der Sécherheet vun der Zell Zesummenhang. Dofir, an der Selektioun vun der Zell, sollen net nëmmen Detektiounsberichter berücksichtegt ginn, awer och de Produktiounsprozess vum Hiersteller, Materialien an hir Parameteren.

Struktur Design

D'Struktur Design vun der Batterie betruecht haaptsächlech d'Ufuerderunge vun Isolatioun an Hëtzt dissipation.

• Isolatioun Ufuerderunge enthalen allgemeng déi folgend Aspekter: Isolatioun tëscht positiven an negativen Elektroden; Isolatioun tëscht Zell an Uschloss; Isolatioun tëscht de Pole Tabs an Uschloss; PCB elektresch Abstand a Creepage Distanz, intern wiring Design, Buedem Design, etc.
• Wärmevergëftung ass haaptsächlech fir e puer grouss Energielagerung oder Traktiounsbatterien. Wéinst der héijer Energie vun dëse Batterien ass d'Hëtzt, déi beim Laden an Entladung generéiert gëtt enorm. Wann d'Hëtzt net an der Zäit ofgeléist ka ginn, accumuléiert d'Hëtzt a féiert zu Accidenter. Dofir, soll d'Auswiel an Design vun Gebai Material (Et soll bestëmmte mechanesch Kraaft a staubdicht a waasserdicht Ufuerderunge hunn), d'Auswiel vun kille System an aner intern thermesch Isolatioun, Hëtzt dissipation an Feierläscher System soll all Rechnung gedroe ginn.

Fir d'Auswiel an d'Uwendung vum Batteriekühlsystem, kuckt w.e.g. op déi viregt Emissioun.

Funktionell Sécherheet Design

Déi physesch a chemesch Eegeschafte bestëmmen datt d'Material d'Lade- an d'Entladungsspannung net limitéiere kann. Wann d'Laden an d'Entladungsspannung de bewäertte Beräich iwwerschreift, wäert et irreversibele Schued un der Lithium Batterie verursaachen. Dofir ass et néideg de Schutzschaltung ze addéieren fir d'Spannung an de Stroum vun der interner Zell an engem normalen Zoustand z'erhalen wann d'Lithiumbatterie funktionnéiert. Fir BMS vu Batterien sinn déi folgend Funktiounen erfuerderlech:

• Laden iwwer Spannungsschutz: Iwwerladung ass ee vun den Haaptgrënn fir thermesch Flucht. No der Iwwerlaaschtung wäert d'Kathodematerial duerch exzessiv Lithium-Ion-Verëffentlechung zesummeklappen, an d'negativ Elektrode wäert och Lithium-Nidderschlag optrieden, wat zu der Ofsenkung vun der thermescher Stabilitéit an der Erhéijung vun de Säitreaktiounen féiert, déi potenziell Risiko fir thermesch Laf hunn. Dofir ass et besonnesch wichteg fir de Stroum an der Zäit ofzeschneiden nodeems d'Laden déi iewescht Limitspannung vun der Zell erreecht. Dëst erfuerdert datt de BMS d'Funktioun huet fir iwwer Spannungsschutz ze laden, sou datt d'Spannung vun der Zell ëmmer bannent der Aarbechtsgrenz gehale gëtt. Et wier besser datt d'Schutzspannung kee Rangewäert ass a vill variéiert, well et kann d'Batterie verursaache fir de Stroum an der Zäit ze schneiden wann se voll gelueden ass, wat zu enger Iwwerlaaschtung resultéiert. D'Schutzspannung vum BMS ass normalerweis entwéckelt fir d'selwecht oder liicht méi niddereg ze sinn wéi déi iewescht Spannung vun der Zell.
• Laden iwwer Stroumschutz: Laden vun enger Batterie mat Stroum méi wéi d'Lade- oder Entladungslimit kann Hëtztakkumulatioun verursaachen. Wann d'Hëtzt genuch accumuléiert fir d'Diaphragma ze schmëlzen, kann et eng intern Kuerzschluss verursaachen. Dofir ass d'rechtzäiteg Laden iwwer de Stroumschutz och essentiell. Mir sollten oppassen datt de Stroumschutz net méi héich ass wéi d'Zellstroumtoleranz am Design.
• Entladung ënner Spannungsschutz: Ze grouss oder ze kleng Spannung wäert d'Batterieleistung beschiedegen. Kontinuéierlech Entladung ënner Spannung verursaacht de Kupfer ausfällt an d'negativ Elektrode kollapst, sou datt allgemeng d'Batterie Entladung ënner Spannungsschutzfunktioun huet.
• Offlossquantitéit iwwer aktuell Schutz: Déi meescht vun der PCB charge an Offlossquantitéit duerch déi selwecht Interface, an dësem Fall de charge an Offlossquantitéit Schutz aktuell ass konsequent. Awer e puer Batterien, besonnesch Batterien fir elektresch Tools, Schnellladung an aner Aarte vu Batterien musse grouss Stroumentladung oder Laden benotzen, de Stroum ass zu dëser Zäit inkonsistent, also ass et am beschten fir an zwee Loop Kontroll ze laden an ze entlaaschten.
• Kuerzschlussschutz: Batterie Kuerzschluss ass och ee vun den heefegste Feeler. E puer Kollisioun, Mëssbrauch, Quetschen, Nadelen, Waasseringress, asw., sinn einfach Kuerzschluss ze induzéieren. E Kuerzschluss generéiert direkt e groussen Entladungsstroum, wat zu enger schaarfer Erhéijung vun der Batterietemperatur resultéiert. Zur selwechter Zäit fënnt normalerweis eng Rei vun elektrochemesche Reaktiounen an der Zell no externe Kuerzschluss statt, wat zu enger Rei vun exothermesche Reaktiounen féiert. Kuerzschlussschutz ass och eng Aart vun Iwwerstroumschutz. Awer de Kuerzschlussstroum wäert onendlech sinn, an d'Hëtzt an d'Schued ass och onendlech, sou datt de Schutz ganz empfindlech muss sinn a kann automatesch ausgeléist ginn. Gemeinsam Kuerzschlussschutzmoossnamen enthalen Kontaktoren, Fuse, Mos, etc.
• Iwwertemperaturschutz: D'Batterie ass empfindlech op d'Ëmfeldstemperatur. Ze héich oder ze niddreg Temperatur beaflosst seng Leeschtung. Dofir ass et wichteg datt d'Batterie bannent der Limittemperatur funktionnéiert. De BMS soll eng Temperaturschutzfunktioun hunn fir d'Batterie ze stoppen wann d'Temperatur ze héich oder ze niddreg ass. Et kann souguer ënnerdeelt ginn an Ladetemperaturschutz an Entladungstemperaturschutz, asw.
• Balancefunktioun: Fir Notizbuch an aner Multi-Serie Batterien gëtt et Inkonsistenz tëscht Zellen wéinst den Differenzen am Produktiounsprozess. Zum Beispill, e puer Zellen intern Resistenz ass méi grouss wéi anerer. Dës Inkonsistenz wäert graduell verschlechtert ginn ënner dem Afloss vum externen Ëmfeld. Dofir ass et néideg eng Balancemanagement Funktioun ze hunn fir d'Gläichgewiicht vun der Zell ëmzesetzen. Et ginn allgemeng zwou Aarte vu Gläichgewiicht:

1.Passive Balance: Benotzt Hardware, wéi Spannungsvergläicher, a benotzt dann d'Wärmevergëftung fir d'iwwerschësseg Kraaft vun der Batterie mat héijer Kapazitéit ze befreien. Awer den Energieverbrauch ass grouss, d'Ausgläichgeschwindegkeet ass lues, an d'Effizienz ass niddereg.

2.Aktiv Balancéierung: benotzt Kondensatoren fir d'Kraaft vun den Zellen mat méi héijer Spannung ze späicheren an et an d'Zelle mat enger méi niddereger Spannung ze befreien. Wéi och ëmmer, wann den Drockdifferenz tëscht benachbaren Zellen kleng ass, ass d'Ausgläichzäit laang, an d'Ausgläichspannungsschwelle kann méi flexibel agestallt ginn.

Standard Validatioun

Endlech, wann Dir wëllt datt Är Batterien erfollegräich op den internationale oder den Inlandsmaart kommen, mussen se och verbonne Standarden erfëllen fir d'Sécherheet vun der Lithium-Ion Batterie ze garantéieren. Vun Zellen op Batterien an Hostprodukter sollten entspriechend Testnormen erfëllen. Dësen Artikel konzentréiert sech op d'Hausbatterieschutzfuerderunge fir elektronesch IT Produkter.

GB 31241-2022

Dëse Standard ass fir Batterien vu portablen elektroneschen Apparater. Et betruecht haaptsächlech Begrëff 5.2 sécher Aarbechtsparameter, 10.1 bis 10.5 Sécherheet Ufuerderunge fir PCM, 11.1 bis 11.5 Sécherheet Ufuerderunge op System Schutz Circuit (wann d'Batterie selwer ouni Schutz ass), 12.1 an 12.2 Ufuerderunge fir Konsequenz, an Appendix A (fir Dokumenter) .

u Begrëff 5.2 erfuerdert vun Zell- a Batterieparameter solle passend sinn, wat ka verstane ginn datt d'Aarbechtsparameter vun der Batterie net d'Gamme vun den Zellen iwwerschreiden. Wéi och ëmmer, musse Batterieschutzparameter gesuergt ginn datt d'Batterieaarbechtsparameter net d'Gamme vun den Zellen iwwerschreiden? Et gi verschidde Verständnis, awer aus der Perspektiv vun der Batterie Design Sécherheet ass d'Äntwert jo. Zum Beispill ass de maximale Ladestroum vun enger Zell (oder Zellblock) 3000mA, de maximalen Aarbechtsstroum vun der Batterie däerf net méi wéi 3000mA sinn, an de Schutzstroum vun der Batterie soll och suergen datt de Stroum am Ladeprozess net däerf iwwerschreiden. 3000 mA. Nëmmen esou kënne mir effektiv Gefore schützen an vermeiden. Fir den Design vu Schutzparameter, kuckt w.e.g. an den Appendix A. Et betruecht de Parameter Design vun Zell - Batterie - Host am Gebrauch, wat relativ ëmfaassend ass.

u Fir Batterien mat engem Schutzschaltung ass en 10,1 ~ 10,5 Batterieschutzkreessécherheetstest erfuerderlech. Dëst Kapitel ënnersicht haaptsächlech Laden iwwer Spannungsschutz, Laden iwwer Stroumschutz, Entladung ënner Spannungsschutz, Entladung iwwer Stroumschutz a Kuerzschlussschutz. Dës sinn an der uewen ernimmtFunktionell Sécherheet Designan d'Basis Ufuerderunge. GB 31241 erfuerdert iwwerpréift fir 500 Mol.

u. Spannung, Stroum an Temperatur Kontroll vun Ladung an Offlossquantitéit sinn haaptsächlech ënnersicht. Et ass derwäert ze bemierken datt, am Verglach mat Batterien mat Schutzkreesser, Batterien ouni Schutzkreesser nëmmen op de Schutz vun Ausrüstung am aktuellen Gebrauch vertrauen. De Risiko ass méi héich, sou datt déi normal Operatioun an eenzel Feelerbedéngungen getrennt getest ginn. Dëst zwéngt d'Enn Apparat duebel Schutz ze hunn; soss kann et den Test am Kapitel 11 net duerchgoen.

u Schlussendlech, wann et e puer Serienzellen an enger Batterie sinn, musst Dir de Phänomen vun onbalancéierten Laden berücksichtegen. E Konformitéitstest vum Kapitel 12 ass erfuerderlech. D'Gläichgewiicht an d'Differenzdruckschutzfunktioune vu PCB ginn haaptsächlech hei ënnersicht. Dës Funktioun ass net fir eenzel Zell Batterien erfuerderlech.

GB 4943.1-2022

Dëse Standard ass fir AV Produkter. Mat der Erhéijung vun der Notzung vu Batterie-ugedriwwenen elektronesche Produkter gëtt déi nei Versioun vum GB 4943.1-2022 spezifesch Ufuerderunge fir Batterien am Appendix M, evaluéiert Ausrüstung mat Batterien an hire Schutzkreesser. Baséierend op der Evaluatioun vun der Batterie Schutz Circuit, zousätzlech Sécherheet Ufuerderunge fir Ausrüstung mat Secondaire Lithium Batterien goufen och dobäi.

u De Secondaire Lithium Batterie Schutz Circuit ënnersicht haaptsächlech iwwer-Lade, iwwer-Entladung, ëmgedréint Opluedstatiounen, Opluedstatiounen Sécherheet Schutz (Temperatur), kuerz Circuit Schutz, etc. Dës Ufuerderung gëtt net am Batteriestandard GB 31241 ernimmt. Also am Design vun der Batterieschutzfunktioun musse mir d'Standardfuerderunge vun der Batterie an dem Host kombinéieren. Wann d'Batterie nëmmen ee Schutz huet a keng iwwerflësseg Komponenten, oder d'Batterie kee Schutzschaltung huet an de Schutzschaltung nëmmen vum Host geliwwert gëtt, sollt de Host fir dësen Deel vum Test abegraff sinn.

Conclusioun

Als Schlussfolgerung, fir eng sécher Batterie ze designen, zousätzlech zu der Wiel vum Material selwer, sinn déi spéider strukturell Design a funktionell Sécherheetsdesign gläich wichteg. Och wa verschidde Standarden ënnerschiddlech Ufuerderunge fir Produkter hunn, wann d'Sécherheet vum Batteriedesign voll ugesi ka ginn fir d'Ufuerderunge vu verschiddene Mäert z'erreechen, kann d'Leadzäit staark reduzéiert ginn an d'Produkt kann op de Maart beschleunegt ginn. Zousätzlech fir d'Gesetzer, Reglementer a Standarde vu verschiddene Länner a Regiounen ze kombinéieren, ass et och néideg Produkter ze designen op Basis vun der aktueller Notzung vu Batterien an Terminalprodukter.