Зачем нужны защитные схемы?

Стандарты безопасности

Аккумуляторы могут выделять высокую энергию, а требования безопасности к никелевым и литиевым аккумуляторам и элементам для портативного применения гармонизированы согласно стандарту IEC 62133. Стандарт вступил в силу в 2012 году для уменьшения глобального риска при транспортировке, хранении и эксплуатации аккумуляторов.

Самым простым предохранительным устройством в аккумуляторе является предохранитель, который размыкается при высоком токе. Некоторые предохранители размыкаются постоянно и делают аккумулятор непригодным для использования; другие – более щадящие и сбрасываются в ноль. На рисунке 1 показана верхняя часть элемента 18650 для литий-ионного аккумулятора со встроенными функциями безопасности.

Сопротивление положительного температурного коэффициента (PTC) (синий) низкое во время нормальной работы и увеличивается, когда температура поднимается выше критического уровня, уменьшая протекание тока. PTC является обратимым и возвращается к высокой проводимости, когда температура нормализуется.

CID – это устройство прерывания цепи, которое постоянно размыкает электрическую цепь при чрезмерном давлении, высокой температуре или высоком напряжении. На рисунке 1 CID работает под давлением: когда внутреннее давление возрастает примерно до 1000 кПа, надрезанный верхний диск (оранжевый) ломается, отделяется от металлической фольги (коричневой) и прерывает поток тока, позволяя газу выходить.

Последним предохранительным устройством является вентиляционное отверстие, которое выпускает газ во время аномалии и может быть повторно закрыто. Однако давление в разрушающемся элементе может быть настолько большим, что газы не могут выходить должным образом, и происходит взрыв пламенем. В некоторых случаях верхняя часть элемента вылетает, как пуля из дробовика. Подобно ядерному расплавлению, которое невозможно остановить после начала; разрушающийся литий-ионный аккумулятор следует оставить догорать в безопасном месте с вентиляцией.

Рисунок 1: Типичный предохранительный механизм крышки элемента питания 18650

Защитные механизмы

PTC (синий) увеличивает сопротивление путем нагрева, уменьшая электрический ток. Этот эффект является обратимым. CID состоит из верхнего диска (оранжевый), который ломается под давлением и навсегда перекрывает поток тока.

Защитные устройства имеют остаточное сопротивление, которое вызывает незначительное снижение общей производительности из-за резистивного падения напряжения. Не все элементы имеют встроенную защиту, и ответственность за безопасность при ее отсутствии несет система управления батареями (BMS).

BMS для литиевых АКБ

Защищает батареи от перезаряда, глубокого разряда, перегрева и сверхвысокого тока

Victron VE.Bus BMS V2 – система управления литиевыми аккумуляторами LiFePO4 Smart

Умная система управления батареями LiFePO4 Smart от Victron

Купить

SmallBMS – BMS для LiFePO4 Smart аккумуляторов Victron

 Компактная система управления батареями Victron Lithium Smart (LiFePO4), обеспечивающая базовую защиту аккумуляторов от глубокого разряда, чрезмерного заряда и перегрева.

Купить

Smart BMS CL 12/100 – интеллектуальная защита LiFePO4 батарей в 12В системах от Victron Energy

Совмещает ограничение тока от генератора, Bluetooth-мониторинг, аварийные выходы и модульное взаимодействие с другими устройствами Victron – всё в одном устройстве!

Купить

Посмотреть больше

Дальнейшие уровни защиты могут включать твердотельные переключатели в цепи, подключенной к аккумуляторной батарее, для измерения тока и напряжения и отключения цепи, если значения слишком высоки. Схемы защиты для литий-ионных аккумуляторов являются обязательными.

Искробезопасные батареи

Безопасность чрезвычайно важна при использовании электронных устройств во взрывоопасных зонах. Искробезопасность (ИБ) обеспечивает безопасную работу в зонах, где электрическая искра может воспламенить горючий газ или пыль. К опасным зонам относятся нефтеперерабатывающие заводы, химические заводы, зерновые элеваторы и текстильные фабрики.

Все электронные устройства, которые попадают в опасную зону, должны быть искробезопасными. Это включает рации двусторонней связи, мобильные телефоны, ноутбуки, камеры, фонарики, детекторы газа, испытательные устройства и медицинские инструменты, даже если они питаются от первичных элементов типа AA и AAA. Искробезопасные устройства и батареи содержат защитные схемы, предотвращающие чрезмерные токи, которые могут привести к высокому нагреву, искрам и взрыву. Уровни опасности делятся на эти четыре категории.

Основными классификациями искробезопасности являются разделение (division) и зона (zone). Разделение обычно используется в Северной Америке; понятие «зона» возникло в Европе, но сейчас используется во всем мире. Эти две классификации имеют много общего, но существуют различия в восприятии риска.