Захисні механізми та безпека літій-іонних акумуляторів

Акумуляторні блоки, що використовують літій-іонні акумулятори, потребують обов'язкового захисного кола для забезпечення безпеки за (майже) будь-яких обставин. Відповідно до стандарту IEC 62133, безпека літій-іонних елементів або блоків починається з включення деяких або всіх наступних запобіжних заходів.

BMS для літієвих АКБ

Захищає батареї від перезаряду, глибокого розряду, перегріву та надвисокого струму

Victron VE.Bus BMS V2 – система управління літієвими акумуляторами LiFePO4 Smart

Розумна система керування батареями LiFePO4 Smart від Victron

Купити

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart акумуляторів Victron

 Компактна система керування батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), що забезпечує базовий захист акумуляторів від глибокого розряду, надмірного заряду та перегріву.

Купити

Smart BMS CL 12/100 – інтелектуальний захист LiFePO4 батарей у 12В системах від Victron Energy

Поєднує обмеження струму з генератора, Bluetooth-моніторинг, аварійні виходи та модульну взаємодію з іншими пристроями Victron – все в одному пристрої!

Купити

Подивитися більше

PTC та CID добре працюють у менших 2- або 3-елементних батареях з послідовною та паралельною конфігурацією, проте ці запобіжні пристрої часто не використовуються у великих багатоелементних батареях, таких як ті, що використовуються для електроінструментів, оскільки відключення може відбуватися в каскадному форматі. Хоча деякі елементи можуть передчасно вийти з ладу, струм навантаження викликає надлишковий струм на решті елементів. Таке перевантаження може призвести до теплового виходу з ладу до того, як спрацюють інші запобіжні пристрої.

Зовнішні захисні схеми

Окрім внутрішніх захисних механізмів елементів, зовнішня електронна схема захисту запобігає перевищенню напруги 4,30 В на будь-якому елементі під час заряджання. Крім того, запобіжник відключає струм, якщо температура поверхні будь-якого елемента наближається до 90°C (194°F). Щоб запобігти надмірному розряду акумулятора, схема керування відключає шлях струму приблизно на 2,20 В/елемент.

Кожна комірка в ланцюзі потребує незалежного контролю напруги. Чим більша кількість комірок, тим складнішою стає схема захисту. Чотири комірки послідовно були практичною межею для споживчих застосувань. Сьогодні готові мікросхеми також вміщують 5–7, 7–10 та 13 комірок послідовно. Для спеціалізованих застосувань, таких як гібридні або електричні транспортні засоби, що забезпечують напругу в кілька сотень вольт, створюються спеціальні схеми захисту. Контроль двох або більше комірок, з'єднаних паралельно, для отримання більшого струму є менш критичним, ніж контроль напруги в конфігурації ланцюжка.

Обмеження захисту

Захисні схеми можуть захистити лише від зовнішніх пошкоджень, таких як коротке замикання або несправний зарядний пристрій. Однак, якщо всередині елемента виникає дефект, наприклад, забруднення мікроскопічними металевими частинками, зовнішня захисна схема має незначний ефект і не може зупинити реакцію. Для елементів, що використовуються в електричних силових агрегатах, розробляються посилені та самовідновлювальні сепаратори, але це робить акумулятори великими та дорогими.

Робоча напруга та режим сну

Літій-іонний акумулятор зазвичай розряджається до 3,0 В/елемент. Найнижче дозволене значення «низької напруги» відключення живлення становить 2,5 В/елемент. Не рекомендується тримати акумулятор на цьому рівні, оскільки саморозряд може призвести до зниження напруги відключення елемента , що призведе до переходу акумулятора в режим сну. Більшість зарядних пристроїв ігнорують літій-іонні акумулятори, які перейшли в режим сну, і зарядка більше неможлива. У положенні «УВІМК.» внутрішня схема захисту має опір 50–100 мОм, а на блоках живлення — менше. Схема зазвичай складається з двох перемикачів, з’єднаних послідовно; один відповідає за високий рівень відсікання, а інший — за низький. Більші блоки живлення потребують ретельнішого проектування, ніж менші батареї, а одноелементні блоки для мобільних телефонів і планшетів мають обмеження напруги та струму на додаток до деякого внутрішнього захисту елементів.

Ринкові ризики та стандарти

Деякі недорогі споживчі зарядні пристрої можуть покладатися виключно на захисну схему акумулятора для завершення заряджання. Надмірність має першорядне значення для безпеки, і покупець може не підозрювати, що недорогі споживчі зарядні пристрої не мають належно функціонуючих алгоритмів заряджання. Це може бути автомобільний зарядний пристрій для мобільного телефону або електронної сигарети.

Ще одне занепокоєння виникає, якщо статична електрика зруйнувала захисний ланцюг акумулятора. Замкнений твердотільний вимикач постійно перебуває в положенні «УВІМК.», і користувач про це не знає. Акумулятор з несправним захисним ланцюгом функціонує нормально, але не забезпечує захисту. Напруга на елементі може піднятися вище безпечного рівня та перезарядити акумулятор. Нагрівання та випинання є ранніми ознаками несправності, але деякі акумулятори вибухають без попередження.

Низькі ціни роблять товари з Азії привабливими, але стандарти безпеки можуть не бути рівними стандартам брендових товарів. Розумний покупець витрачає трохи більше грошей і купує продукцію відомих брендів. 

Рисунок 1: Літій-іонний акумулятор вибухнув у вантажному відсіку пасажирського літака. Інцидент спричинений незадекларованими батареями, що регулюються стандартом ООН 38.3.

Виробники літій-іонних акумуляторів не згадують слово «вибух», а говорять про «випуск газу за допомогою полум’я» або «швидкий демонтаж». Хоча це вважається повільнішим і більш контрольованим процесом, ніж вибух, випуск газу за допомогою полум’я або швидкий демонтаж, тим не менш, можуть бути сильними та завдати травм тим, хто знаходиться поблизу.

Акумулятори LiFePO4

Надійні літій-залізо-фосфатні акумулятори для сонячних та резервних систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Аг)

Компактний акумулятор із вбудованим BMS для безпечної роботи у сонячних та резервних системах.

Купити

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Сучасна літій-залізо-фосфатна батарея (LiFePO4) з вбудованим BMS і захистом від перевантаження

Купити

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

 Високоякісне джерело енергії з довгим терміном служби, високою безпекою та сумісністю з екосистемою Victron Energy

Купити

Подивитися більше

🔋 Прості рекомендації щодо використання літій-іонних акумуляторів

⚠️Будьте обережні під час поводження з літій-іонними акумуляторами та їх тестування.

🚫Не допускайте короткого замикання, перезаряджання, розчавлювання, падіння, пошкодження, проникнення сторонніх предметів, використання зворотної полярності, впливу високих температур та розбирання акумуляторів та елементів.

✅Використовуйте лише літій-іонні елементи з призначеною захисною схемою та схваленим зарядним пристроєм.

🌡️Припиніть використання акумулятора та/або зарядного пристрою, якщо температура акумулятора підвищується більш ніж на 10ºC (18ºF) під час звичайного заряджання.

🔥Електроліт є легкозаймистим, і розрив батареї може спричинити фізичні травми.

🧯Для гасіння пожежі, спричиненої літій-іонним акумулятором, використовуйте пінний вогнегасник, CO₂, сухий хімічний засіб, порошкоподібний графіт, мідний порошок або соду (карбонат натрію). Лийте воду лише для запобігання поширенню вогню.

⏳Якщо пожежу літій-іонного акумулятора неможливо загасити, дайте йому згоріти самостійно контрольованим та безпечним способом.