Меню

Параметры безопасности литий ионных батарей

На Токе заряженный портал

Безопасность литий-ионный аккумуляторов — На токе

  • Статьи об электротранспорте
  • Технологии
  • Аккумуляторы
  • Безопасность литий-ионный аккумуляторов

Безопасность литий-ионный аккумуляторов

Безопасность литий-ионный аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы на сегодняшний день пользуются особой популярностью у юзеров, но мало кто из них знает, что данные элементы можно довольно легко испортить если обращаться с ними не надлежащим образом. Конечно, производители сделали всё возможное, чтобы таким источникам энергии было практически не возможно нанести вред, но есть некоторые нюансы, которые должен знать любой уважающий себя пользователь. В связи с этим, я хочу осветить в теме кое-какие вопросы безопасности касающиеся Li-ion аккумуляторов.

Содержание:

  • Параметры безопасности литий-ионных батарей.
  • Система защиты.
  • Дешёвые и низкокачественные литий-ионные аккумуляторы из Китая.
  • Роль сепаратора в Li-ion аккумуляторах.
  • Что делать в случае перегрева литий-ионного электроаккумулятора.

Параметры безопасности литий-ионных батарей

soshine-14500-01-1.jpg

Электронакопители в которых применяются литий-ионные элементы, нуждаются в обязательном наличии интегрированной системы защиты. Параметры безопасности Li-ion элементов и АКБ регламентируемые стандартом IEC 62133 должны соответствовать таким требованиям:

✅ Должна быть встроенная система переключения положительного коэффициента для защиты от недопустимо высокого тока.

✅ Должно быть устройство прерывания электроцепи при превышении показателя внутреннего давления элемента в 1000 кПа.

✅ Должен быть клапан, который будет сбрасывать излишки давления, когда оно превысит отметку в 3000 кПа.

✅ Должна быть возможность плавления сепаратора для замедления ионного потока при превышении определённого температурного порога.

Система защиты

plata-balansirovki-66ma-4s-na-4-kanala-po-3-7v-dlja-sborki-litievyh-akkumuljatorov-14-8v-3.jpg

Система безопасности отвечает за предохранение элементов от повышенного напряжения зарядки, как правило, это около 4,3 V. Помимо этого, предохранитель будет отсекать ток, если температура оболочки элемента приблизится к 90 градусам. В Li-ion батареях имеет место и защита от избыточного разряда, которая отключает питание при показателе напряжения элемента в 2,2 V.

Каждый компонент в аккумуляторной батарее нуждается в независимом контроле напряжения и чем больше этих самых компонентов, тем более сложная система защиты должна обслуживать данный источник питания. Продолжительное время последовательное подсоединение 4-х элементов в потребительских устройствах было максимальным, поэтому и системы защиты для подобной схемы сложностью не отличались.

Но такие современные девайсы как электромобили, требуют значений напряжения в несколько сотен Вольт. Соответственно, имеет место соединение весьма большого количества элементов, для которых в свою очередь требуется довольно сложная система защиты. Аппаратная система безопасности может защитить электронакопитель от стороннего воздействия — короткого замыкания либо неисправности ЗУ.

В том случае, если неприятности проявляются внутри элемента, к примеру, если произошло загрязнение микроскопическими частицами, то система безопасности здесь остаётся практически не при делах. Для нейтрализации внутренних дефектов создаются специальные усиленные и самовосстанавливающиеся сепараторы, которые уже сегодня можно обнаружить в батареях электрокаров. Однако у них имеется один минус — довольно высокая цена.

Как правило, Li-ion элемент разряжается до 3 V, предельным же нижним значением напряжения является показатель 2,5 V и при его дальнейшем понижении, будет срабатывать система безопасности — элемент отключится от общей цепи. Специалисты не советуют хранить литий-ионный источник энергии в таком состоянии, по той причине, что самостоятельный разряд батареи повлечёт за собой дальнейшее падение напряжения и система безопасности может перевести его в «спящий режим». Что в этом плохого? Тут вся проблем в том, что большинство ЗУ не могут заряжать «спящие» элементы.

К сожалению, некоторые дешёвые ЗУ, полагаются исключительно на схему защиты заряжаемого Li-ion электронакопителя и если она будет работать неадекватно, то может образоваться угроза перезарядки и даже выхода из строя АКБ. В связи с этим, крайне важно использовать зарядную аппаратуру с надлежащими алгоритмами зарядного процесса, только так вы сможете в максимальной степени обеспечить безопасность литий-ионной батарее при её зарядке.

Ещё одна неприятность, которая может поджидать Li-ion аккумулятор — воздействие на него статического электричества. Вся проблема в том, что когда такое происходит, может выключиться твёрдотельный переключатель и накопитель попросту лишится защиты. Кстати сказать, теплообразование и набухание необязательно должны являться сопроводителями короткого замыкания в АКБ — возгорание либо взрыв могут состояться и без наличия приведённых симптомов.

Дешёвые и низкокачественные литий-ионные аккумуляторы из Китая

Это настоящий бич! Конечно, смешные ценники привлекают массу народа, вот только что люди получают за такие деньги? Ведь реально, адекватное соответствие этого товара стандартам безопасности — сомнительно!

На приведённом ниже изображении показаны такие «изобретения», они взорвались в пассажирском самолёте перед взлётом:

bu-304-b-001.jpg

Печальное событие, не правда ли? Но в то же время, предприимчивые производители литий-ионной продукции не любят применять слово «взрыв» — «тепловой пробой» — так-то лучше будет! Причина этому проста: «тепловой пробой» является более медленным и контролируемым процессом по сравнению с традиционным взрывом. Но, такие «пробои» тоже могут в значительной степени повредить аппаратуру.

Роль сепаратора в Li-ion аккумуляторах

bu-306-001.jpg

Отдельно стоит поговорить о сепараторах АКБ, ведь они очень сильно влияют не безопасность элементов питания.

Итак, в Li-ion батареях предназначенных для широких масс, в качестве сепаратора используется полиолефин. Он демонстрирует превосходные механические свойства, достойную химическую стабильность, также данный материал отличается не высокой ценой.

Сепаратор для Li-ion электронакопителя должен быть проницаемым и иметь в своём распоряжении поры размером 30-100 нанометров. Этот показатель обеспечит достаточный объём жидкого электролита, и даст возможность перекрывать поры при перегреве батареи.

При повышенных температурах функционирование накопителя электроэнергии прекращается, так как из-за плавления сепаратора перекрываются поры. Сепаратор изготовленный из полиэтилена начинает плавиться при температуре 130 градусов — это останавливает транспортировку ионов, эффективно выключая АКБ. Если бы сепаратор не обладал таким свойством, то температура повышалась бы себе спокойно дальше, доходя до уровня теплового пробоя. Такие «закипания» могут привести к возгоранию или даже взрыву.

Свойства сепаратора помогают Li-ion АКБ проходить различные тесты безопасности, включающие в себя имитацию высоты, тепловое воздействие, вибрации, удары, внешнее КЗ, перезарядки и принудительный разряд.

Что делать в случае перегрева литий-ионного электроаккумулятора

1452535011-1280x720-9m5.jpg

Если вы заметили, что Li-ion подвергся перегреву, шипит, да ещё и вздутие имеет место, не медля уберите изделие подальше от легковоспламеняющихся материалов. Лучше всего будет извлечь «бомбочку» и транспортировать её на улицу.

При лёгком воспламенение Li-ion источника питания, к нему нужно применить стандартные противопожарные меры. Можно пустить в ход пенный огнетушитель, но в принципе, подойдёт любой другой, к примеру, наполненный углекислотой или порошком.

В случае возникновения пожара на борту самолёта, используются специальные инструкции, позволяющие экипажу применять любые доступные средства, в том числе и воду. Что касается последней, то тушить ею горящие литий-ионные электробатареи дозволяется, так как Li-ion содержат весьма скромный объём вступающего в бурную реакцию с водой металлического лития. Кроме того, вода способствует охлаждению области возгорания и не даёт пламени распространяться дальше.

Серьёзное же горение литий-иона, такое например, как в электрокаре, тушить при помощи воды неэффективно — там нужны совсем другие средства.

По ходу теплового пробоя, экстремальная температура дефектного компонента может распространиться на соседние — происходит цепная реакция так сказать. Таким образом, весь электронакопитель может быть уничтожен за считанные секунды. Чтобы повысить безопасность в АКБ, её элементы должны быть разделены специальными разделителями, препятствующими распространению опасной температуры.

При тепловом пробое, можно наблюдать интенсивное газообразование, в котором во главе угла стоит углекислый газ. Кроме того, имеет место выброс продуктов горения вследствие влияния высокой температуры. Улетучиваются этилен и пропилен, содержащиеся в составе электролита, а также органические растворители.

Следует отметить, что безопасность современных Li-ion накопителей энергии находится на довольно высоком уровне, поэтому тепловой пробой при адекватной эксплуатации явление довольно редкое. Но несмотря на такое положение дел, ситуации возгорания Li-ion электроаккумуляторов сразу становятся достоянием общественности, в отличие от случаев воспламенения других разновидностей батарей.

К неприятностям с электронакопителем может привести износ сепаратора, неосторожное обращение либо же критическое воздействие температуры или вибрации.

Заключение

Ну что же, настало время подвести итоги по теме.

⛔ Будьте осторожны при работе и тестировании литий-ионных аккумуляторных батарей.

⛔ Нельзя допускать КЗ, перезарядку, сдавливание, падение, проникновение внутрь посторонних предметов, использование обратной полярности, воздействия повышенной температуры на АКБ.

⛔ Не разбирайте аккумуляторную батарею.

⛔ Пользуйтесь только оригинальными Li-ion накопителями энергии и ЗУ.

⛔ Если проявляет себя перегрев, нужно немедленно прекратить эксплуатацию АКБ и/или ЗУ.

⛔ Вещество электролита является легковоспламеняемым, поэтому возгорание или взрыв батареи могут повлечь за собой травмы пользователя.

Читайте также:  Club Nikon Аккумулятор Nikon Club Nikon

⛔ При тушении загоревшейся Li-ion АКБ нужно использовать огнетушители с такими наполнителями как пена, углекислота, порошкообразный графит. Воду желательно пускать в ход только для сдерживания распространения огня.

⛔ Если возникла крайне критическая ситуация и потушить огонь невозможно, дайте источнику энергии сгореть самостоятельно, контролируемо и безопасно.

Источник

Пожароопасность литиевых аккумуляторов

Пожароопасность литиевых аккумуляторов

Статья обновлена: 2020-12-17

Литиевые аккумуляторы применяются во многих привычных нам гаджетах, которыми мы пользуемся ежедневно: автономная электроника, смартфоны, электрические инструменты с работой от аккумулятора, электрические транспортные средства, устройства-погрузчики. Часто именно этот тип аккумулятора подходит для конструкции больше всего, потому что у Li-ion оптимальное сочетание рабочих характеристик. Они выигрывают у батарей со свинцовыми, NiMH и NiCd аккумуляторами по удельной энергоемкости и ресурсу эксплуатации.

Эта статья будет посвящена не преимуществам литиевых АКБ, а их существенному слабому месту — пожароопасности. Проблему риска возгорания невозможно недооценить, потому что оно подвергает опасности не только само устройство, внутри которого находится батарея, но и человека и вещи рядом.

Мы разберем вопрос пожароопасности литиевых аккумуляторов и выделим главное:

  • Есть ли разница между разными типами аккумуляторов с литием в контексте опасности возгорания? Насколько они подвержены рискам?
  • Причины возгорания аккумуляторов.
  • Техника безопасности. Какие меры нужно предпринять, чтобы обезопасить процесс эксплуатации?
  • Пошаговая инструкция, как поступать в экстренной ситуации пожара в АКБ.

Устройство li-ionаккумулятора фото

Есть ли разница между пожароопасностью аккумуляторов с разным типом устройства? Рассмотрим несколько самых распространенных:

  • Li-ion (литий-ионные, один из наиболее распространенных типов);
  • Li-pol (литий-полимерные);
  • LTO (литий-титанатные);
  • LiFePO4 (литий-железо-фосфатные).

Пожароопасность аккумуляторов Li-ion

Шире всего используются именно литий-ионные АКБ. Их особенностью является большая энергоемкость до 280 Вт*ч/кг. Зачастую такие аккумуляторы представляют собой цилиндрические ячейки, типоразмеры варьируются: 18650, 21700, 32650. В производстве они применяются для сборки аккумуляторных батарей к электрокарам, электровелосипедам и другому транспорту, а также к электроинструментам с автономным питанием.

Значения минимального напряжения: 2,5-2,75 Вольт; максимального — 4,2 -4,35 Вольт.

Различаются Li-ion аккумуляторы по используемым в них химическим элементам:

    ICR — это маркировка кобальта лития. Хотя у таких аккумуляторов сравнительно невысокие рабочие показатели, их преимущество заключается в демократичной цене. Обычно их емкость составляет 2000-2500 mA*h, токоотдача 1-2C.

Они нашли применение в изготовлении АКБ к ноутбукам. Среди всех Li-ion аккумуляторов ICR — самый небезопасный вид, так как они чувствительнее других к перезаряду, механическим ударам и перегреву. Строго рекомендуется использовать этот элемент только совместно с платой BMS и только в устройствах, рассчитанных на потребление больших токов (>2C).

Вид платы безопасности для li-ion аккумулятора фото

    IMR — обозначение для аккумуляторов с катодом из литий-марганца. Они выдерживают токи 4-10С, за счёт чего существенно расширяются их возможности в применении. По ёмкости они не отличаются от ICR она достигает 2500 mA*h. Но, будучи меньше подверженными перегреву в широком диапазоне рабочих токов, IMR безопаснее.

INR — аккумуляторы, в которых в роли материала катода выступает никелат лития. По степени подверженности нагреву под рабочими токами они аналогичны с IMR, так как тоже выдерживают до 4-10С. Но ёмкость у этой категории аккумуляторов выше: она может достигать 3500 mA*h.

  • NCR — маркировка, обозначающая, что катодом служат кобальт и никелат лития. Такие аккумуляторы рассчитаны на токи до 2С и обладают большой ёмкостью 3500 mA*h. На этом преимущества NCR не заканчиваются: эти устройства способны прожить более 500 рабочих циклов заряда и разряда. В процессе сборки АКБ с такими аккумуляторами необходимо учитывать, что для работы на токах, близких к верхнему допустимому пределу, понадобится обеспечить контроль температуры. Не все платы BMS дают такую возможность.
  • Почему может произойти возгорание в Li-ion АКБ?

    Причины возгорания аккумуляторов в основном кроются в двух возможных ситуациях: перегрев либо механическое повреждение. Причем если удар был сильным, аккумулятор может вспыхнуть моментально.

    Перегрев может произойти по таким причинам:

    • Тепловое воздействие извне;
    • Избыточный заряд;
    • Короткое замыкание сети;
    • Подвержение аккумулятора токам, которые превышают допустимый предел.

    Нагрев элемента до 80-90°C может запустить химическую реакцию с выделением тепла — и она ещё сильнее усугубит ситуацию. Если температура в аккумуляторе достигнет 180-200°C, самовозгорание неминуемо. Воспламенение приведет к дальнейшему росту температуры до 900°С.

    Чтобы такого не произошло, многие литий-ионные аккумуляторы оснащены защитным клапаном. Он сбрасывает из элемента избыток давления в случае, если перегрев только начался, а также в районе контакта “плюс” размыкает электрическую цепь. Эти меры, предусмотренные защитным клапаном, часто спасают в экстренных ситуациях от возгорания и взрыва.

    Защитный клапан против возгорания на аккумуляторе фото

    Есть также элементы с интегрированными в них платами защиты для контроля уровня напряжения. Они следят за тем, чтобы его значение не выходило за минимальный или максимальный рабочий предел, а также способны ограничивать поступающий ток. Визуально аккумуляторы с такой защитой длиннее других, а цена их выше. Аргументы в пользу защищенных аккумуляторов и против их использования вы сможете взвесить, прочитав эту статью.

    Причины пожароопасности Li-pol аккумуляторов

    По характеристикам Li-pol и Li-ion аккумуляторы очень похожи, но их энергоёмкость ещё выше. Такое сочетание параметров делает эту модификацию идеальной для применения в носимой электронике, мобильных гаджетах, RC моделях. Их рабочий диапазон напряжения лежит между 2,5 до 2,75 V для минимальных значений, от 4,2 до 4,35 V — для максимальных.

    Литий-полимерные аккумуляторы представлены в огромном спектре типоразмеров. Для них справедливы те же причины возможного пожара, что и для литий-ионных устройств, но на механическое воздействие они реагируют ещё чувствительнее. Эти агрегаты не оснащаются защитными клапанами и плохо переносят сильную тряску.

    Подверженность возгоранию аккумуляторов LTO

    АКБ с анодом из пентатитаната лития применяются в случаях, когда нужна большая токоотдача: к примеру, в автомобилях. Это категория аккумуляторов с рекордной долговечностью в эксплуатации, до 25 000 полных циклов заряда и разряда. LTO работают с величинами напряжения: минимальное 1,6 Вольт, максимальное 2,7 Вольт.

    Наконец, у этих аккумуляторов самая низкая энергоёмкость, до 110 Вт*ч/кг.

    LTO аккумулятор пожаробезопасного типа фото

    Как и следующий тип, LiFePO4, аккумуляторы из литий-титаната относятся к категории безопасных. Они выдерживают огромные токи как при заряде, так и при разряде, и практически не подвержены самовозгоранию при нештатных ситуациях.

    Насколько пожароопасны аккумуляторы LiFePO4

    Аккумуляторы этого типа зачастую применяются в резервных источниках питания и в разных видах электротранспорта, взамен свинцовых батарей. Энергоёмкость LiFePO4 ниже, чем у литий-ионных: до 190–250 Вт*ч/кг. Рабочее напряжение в минимальном значении 2,5V, в максимальном — 3,65V.

    Сам по себе аккумулятор LiFePO4 не подвержен самовозгоранию, у него завидно высокая химическая и термическая стабильность. Однако это не значит, что перегрев для устройства с такой батареей не страшен: если замкнет цепь, и неисправная АКБ сильно нагреется, то высокая температура может привести к возгоранию предметов, её окружающих.

    Техника безопасности для применения литиевых АКБ

    Первоочередной мерой безопасности станет выбор качественного продукта: ячеек или уже готовых АКБ при сборке. Известны случаи, когда некачественные батаери от сомнительных поставщиков загорались произвольно в процессе зарядки, несмотря на строгое соблюдение условий эксплуатации.

    Вид аккумулятора после пожара фото

    Подбирая товары от надёжных проверенных производителей, вы обезопасите себя от лишних рисков и будете точно знать, что продукция соответствет заявленным характеристикам. Это снизит вероятность возникновения нештатных ситуаций и возможности возгорания.

    Правила эксплуатации АКБ для безопасной работы

    Соблюдая несложные рекомендации из перечня ниже, вы сможете минимизировать любые риски, сопряженные с применением литиевых аккумуляторов.

    • Избегайте полного разряда аккумулятора до полного выключения и перезаряда — не оставляйте зарядное включенным на всю ночь.
    • Контролируйте температуру аккумуляторов, чтобы она не превышала 60°C.
    • Откажитесь от эксплуатации аккумуляторов с механическими повреждениями (удар, урон), даже если визуально следы повреждения незаметны.
    • Разряженным аккумулятор не оставляйте: он деградирует, повышается его внутреннее сопротивление, из-за чего происходит избыточный нагрев.
    • Обязательно устанавливайте плату BMS кроме тех случаев, когда её отсутствие предусмотрено устройством — например, в моно-колесах.
    • Не ставьте аккумуляторы на зарядку при отрицательной температуре среды.

    Что делать в экстренной ситуации

    Как мы уже выяснили в статье, возгоранию подвержены в основном аккумуляторы Li-ion или Li-pol АКБ. Если вдруг это случилось, помните: горение АКБ носит химический характер, поэтому порошковые или углекислотные огнетушители не помогут. Необходимо срочно залить воспламенившийся аккумулятор водой: это поможет снизить температуру и остановить ход химической реакции. Если воды под рукой не оказалось, правильным действием будет убрать подальше от устройства горючие предметы, отойти на безопасное расстояние и дать ему выгореть.

    Читайте также:  Аккумулятор energizer agm отзывы

    Тушение аккумулятора в электротранспорте фото

    Производители совершенствуют литиевые аккумуляторы с каждым годом, стараясь не только увеличить их ёмкость, но и проработать меры безопасности: встраивают защитные клапаны и платы. А простые правила эксплуатации делают их надёжным и вполне безопасным ресурсом хранения энергии, поэтому нет необходимости отказываться от их преимуществ.

    Источник

    

    Пожароопасность литиевых аккумуляторов

    Пожароопасность литиевых аккумуляторов

    Представить современную жизнь без литиевых аккумуляторов невозможно, они окружают нас везде — смартфоны, носимая электроника, аккумуляторные электроинструменты, электротранспорт, различные погрузчики, поломоечные машины и т.д. и т.п. Во многих сферах использование именно литиевых аккумуляторов является наилучшим решением, поскольку по таким параметрам как удельная энергоемкость и количество циклов заряда-разряда они являются лидерами, и ушли далеко вперед по сравнению со своими свинцовыми, NiCd и NiMH собратьями.

    Рассматривать все плюсы и минусы «лития» сегодня мы не будем, а сосредоточимся на одном весьма серьезном недостатке — пожароопасность. Действительно, одной из самых главных проблем Li-ion аккумуляторов является вероятность возгорания, ведь в таком случае может пострадать не только устройство, в котором находилась батарея, но и все его окружающие пространство.

    Мы постараемся разобраться во всех аспектах пожароопасности литиевых аккумуляторов и ответить на следующие вопросы:

    • типы химии литиевых аккумуляторов. Насколько подвержены возгоранию те или иные виды аккумуляторов?
    • из-за чего может загореться аккумулятор?
    • техника безопасности. Что необходимо для безопасной эксплуатации аккумуляторов?
    • что делать в случае возникновения экстренной ситуации?

    Пожароопасность различных типов литиевых аккумуляторов

    Многие слышали, что аккумуляторы могут загореться, но далеко не все задавались вопросом — а все ли аккумуляторы одинаково пожароопасны? Давайте разберемся.

    Существует несколько видов литиевых аккумуляторов:

    • Li-ion.
    • Li-pol.
    • LiFePO4.
    • LTO.

    Li-ion

    Начнем с одного из самых распространенных типов — Li-ion. Аккумуляторы данного типа обладают высокой энергоемкостью (до 280 Вт*ч/кг), наиболее часто встречаются в формате цилиндрических ячеек различных типоразмеров, самые популярные — 18650, 21700, 32650. Из таких элементов чаще всего собирают аккумуляторные батареи для электровелосипедов, электрокаров, аккумуляторного инструмента и т.д.

    Минимальное напряжение для Li-ion аккумулятора варьируется от 2,5 до 2,75V, максимальное — от 4,2 до 4,35V.

    В свою очередь Li-ion аккумуляторы имеют разные типы химии:

    Li-ion аккумулятор фото

    ICR — в аккумуляторах с такой маркировкой в качестве материала катода используется кобальт лития. Главным преимущество таких аккумуляторов является их стоимость. У них сравнительно небольшая емкость (2000-2500mA*h) и низкие показатели токоотдачи (1-2C).

    Используются они, например, в АКБ для ноутбуков. Это самый небезопасный тип Li-ion аккумуляторов, они наиболее чувствительны к перезаряду, перегреву, и механическим повреждениям. Категорически не рекомендуется использовать без платы BMS, а так же в устройствах потребляющих большие токи(>2C).

    IMR — в аккумуляторах с такой маркировкой в качестве материала катода используется литий-марганец. Этот тип Li-ion аккумуляторов способен выдерживать токи до 4-10C, что значительно расширяет область их применения. Емкость приблизительно такая же, как и у ICR — до 2500mA*h.

    Этот тип аккумуляторов более безопасен, в сравнении с ICR, поскольку гораздо меньше подвержен нагреву в диапазоне рабочих токов.

    INR — в аккумуляторах с такой маркировкой в качестве материала катода используется никелат лития. Этот тип Li-ion аккумуляторов способен выдерживать токи до 4-10C, но в отличии от IMR может иметь гораздо более высокую емкость — до 3500mA*h. Так же не значительно подвергнут нагреву, при соблюдении рабочих токов.

    NCR — в аккумуляторах с такой маркировкой в качестве материала катода используется

    никелат лития и кобальт. Этот тип Li-ion аккумуляторов способен выдерживать токи до 2C. Имеет высокую емкость — до 3500mA*h. Главным преимуществом является высокий срок службы — более 500 циклов заряда-разряда. При сборке АКБ из NCR элементов следует учесть, что, если работа батареи планируется на токах, близким к максимально допустимым, то рекомендуется позаботится о контроле температуры, такой возможностью обладают некоторые платы BMS.

    Причины возгорания Li-ion аккумуляторов

    Основные причины возгорания — это перегрев или механические повреждения.

    Если повреждение аккумулятора достаточно сильное, то возгорание может произойти моментально.

    Что касается перегрева, он может быть вызван несколькими факторами:

    • внешнее тепловое воздействие;
    • короткое замыкание;
    • перезаряд;
    • использование аккумулятора при токах, выше допустимых.

    Li-pol аккумулятор фото

    Если элемент нагревается до 80-90°C, может запустится химическая реакция, которая продолжит его нагревать, при достижении температуры 180-200°C происходит самовозгорание с дальнейшим повышением температуры вплоть до 900°С

    Стоит отметить, что, во многих Li-ion аккумуляторах установлен защитный клапан. Это устройство, которое сбрасывает избыточное давление из элемента в случае его перегрева, а так же размыкает электрическую цепь в районе его плюсового контакта. Благодаря защитному клапану во многих экстренных ситуациях удается избежать возгорания и взрыва.

    Так же существуют элементы со встроенными платами защиты, которые контролируют минимальное и максимальное напряжение, а так же ограничивают ток. Такие аккумуляторы имеют немного большую длину, и более высокую цену.

    Li-pol

    Li-pol аккумуляторы очень близки по своим характеристикам к Li-ion. Они широко используются в мобильных устройствах, носимой электронике, RC моделях и Т.Д. обладают еще большей энергоемкостью, чем Li-ion. Рабочий диапазон напряжения — минимальное от 2,5 до 2,75V, максимальное — от 4,2 до 4,35V. Ключевое отличие от Li-ion — это огромная разнообразность типоразмеров.

    Все причины возгорания Li-ion элементов справедливы и для Li-pol, но в сравнении с Li-ion такие аккумуляторы гораздо более чувствительны к механическим повреждениям, они «не любят» тряску, и не имеют защитных клапанов.

    LiFePO4

    LiFePO4 аккумулятор фото

    Данный тип аккумуляторов чаще всего используется в качестве замены свинцовых АКБ, в резервных источниках питания, а так же в различном электротранспорте. В сравнении с Li-ion имеет более низкую энергоемкость — до 190–250 Вт*ч/кг.

    Минимальное напряжение — 2,5V, максимальное — 3,65V.

    Это более безопасный тип литиевых аккумуляторов, они имеют очень высокую термическую и химическую стабильность, Т.Е. при перегреве LiFePO4 не самовозгорается. Но так же стоит понимать, что хоть LiFePO4 и не склонен химическому горению, неисправная АКБ, например, при коротком замыкании способна разогреться до высоких температур, что в свою очередь может спровоцировать возгорание окружающих батарею предметов.

    LTO

    Литий-титанатные аккумуляторы используются там, где требуется большая токоотдача, например, в автомобильных АКБ. Характеризуются высочайшей долговечностью — до 25000 циклов заряда-разряда. Имеют еще более низкую энергоемкость — до 110 Вт*ч/кг.

    Минимальное напряжение на элементе — 1,6V, максимальное — 2.7V.

    Так же, как и LiFePO4, литий-титанат считается довольно безопасным типом аккумуляторов, т.к. не подвержен самовозгоранию в случае возникновения нештатной ситуации, а так же способен выдерживать огромные токи заряда и разряда.

    Техника безопасности. Какие правила следует соблюдать, для безопасного использования литиевых аккумуляторов.

    В первую очередь, конечно же, стоит позаботиться о качестве продукта, который вы хотите использовать, будь то ячейки, или готовые аккумуляторные батареи. Стоит использовать товар только от надежных производителей, ведь заказывая аккумуляторы и АКБ у сомнительных поставщиков, есть риск получить не только несоответствие заявленным характеристикам, но и неприятности в виде пожара. Так, например, были случаи, когда особо некачественные аккумуляторы загорались сами по себе во время зарядки, даже если все условия эксплуатации были соблюдены.

    Для безопасной работы аккумуляторов необходимо соблюдать следующие условия:

    Не допускать перезаряда и переразряда аккумуляторов.

    Следить, что бы температура аккумуляторов не поднималась выше 60°C.

    Не использовать аккумуляторы, которые были подвергнуты механическим повреждениям, даже если на первый взгляд с ними ничего не произошло.

    Не оставлять аккумуляторы в разряженном состоянии, это может привести не только к их деградации, но и к повышению внутреннего сопротивления, что в свою очередь вызовет больший нагрев.

    У аккумуляторных батарей обязательно должна быть установлена плата BMS, исключением являются только те случаи, когда устройством предусмотрено отсутствие BMS в АКБ, например — моноколесо.

    Не заряжать аккумуляторы при отрицательной температуре.

    Соблюдение этих правил сведет к минимуму все риски, связанные с использованием литиевых аккумуляторов.

    Действия в экстренной ситуации

    В случае если произошло возгорание Li-ion или Li-pol АКБ следует помнить, что это химическое горение, т.е. порошковые и углекислотные огнетушители будут неэффективны, в такой ситуации необходимо как можно быстрее залить его водой, это снизит температуру, и остановит реакцию. В случае если воды не оказалось под рукой, то самым правильным решением будет убедиться в отсутствии горючих предметов рядом с аккумулятором, и дать ему выгореть, отойдя на безопасное расстояние.

    Читайте также:  Обзор Xiaomi Mi Power Bank 10000 Устройство для зарядки iPad и iPhone

    печально известный galaxy note 7. Последствия самовозгорания батареи.

    Стоит отметить, что литиевые аккумуляторы продолжают совершенствоваться, с каждым годом производители стараются делать их не только более емкими, но и более безопасными (защитные клапаны, встроенные платы защиты). В общем и целом, при соблюдении простых правил, литиевые аккумуляторы являются надежным и безопасным источником хранения энергии с массой преимуществ.

    Источник

    Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов

    Безопасность батарей на основе лития всегда привлекала много внимания. Любое устройство аккумулирования энергии может быть опасно — это было доказано еще в 1800-х, когда случались несчастные случаи с паровыми двигателями. В 1900-х, на заре автомобилестроения, хранение и использование легковоспламеняющегося бензина также несло в себе риск. Все электрические батареи могут быть опасными, и их производители должны выполнять требования по безопасности, а не просто предупреждать пользователей.

    Литий-ионная технология в целом безопасна, но количество произведенных аккумуляторов этой системы исчисляется миллионами, и следовательно невозможно, чтобы абсолютно все они работали без сбоев. В 2006 году всего лишь несколько случаев возгорания вынудили корпорацию Sony отозвать более чем 6 миллионов литий-ионных аккумуляторов. Изучение дефектных аккумуляторов показало, что к этому привел контакт частей аккумулятора с микроскопическими металлическими частицами, вследствие чего возникало короткое замыкание.

    Standard Range AGM Deep Cycle Range AGM Gellyte Range GEL
    свинцово-кислотные аккумуляторы аккумуляторы для газового котла гелевые аккумуляторы 12 вольт 100 ач и 200 ач
    10 — 12 лет / 600 циклов 10 — 12 лет / 700 циклов 10 — 12 лет / 750 циклов
    универсальная серия AGM для глубоких разрядов AGM универсальная серия GEL

    Производители аккумуляторов стараются свести к минимуму наличие таких частиц, но сложные технические процессы при сборке делают задачу ликвидации абсолютно всех посторонних веществ трудновыполнимой. Современные элементы с ультратонкими сепараторами размером 24 микрометра или меньше (1 мкм = 0,001 мм) более чувствительны к загрязнениям, чем ранние конструкции с более низкими показателями емкости. В то время как элемент типоразмера 18650 емкостью 1350 мАч выдерживает проникновения гвоздя, элемент с большей плотностью энергии и емкостью 3400 мАч при таком же тесте может воспламениться. (Смотрите также BU-306: Какую функцию выполняет в электрической батарее сепаратор) К слову, можно отметить, что тест на проникновение гвоздя реально существовал, но современные стандарты больше не предписывают производителям обязательно его проводить.

    Литий-ионные технологии, использующие оксиды металлов, постепенно приближаются к теоретическому пределу удельной энергоемкости. И вместо того, чтобы оптимизировать мощность, производители батарей вынуждены уделять все больше внимания совершенствованию производственных методов, которые призваны повысить безопасность и увеличить долговечность батарей. Но настоящей проблемой являются те редкие случаи, когда короткое замыкание возникает внутри самого электрического элемента. Внешние периферийные устройства защиты в данном случае являются просто неэффективными. Отозванные в 2006 году аккумуляторы Sony выполняли внутренние тесты безопасности, но все же это не спасло их от нескольких случаев возгорания.

    Существует два основных типа сбоев электрических батарей. Первый из них связан с ошибками проектирования самой батареи или отдельных ее компонентов. Именно такие дефекты при обнаружении приводят к массовым отзывам уже произведенных аккумуляторов. Более сложными случаями являются моменты, когда дефекты напрямую не связаны с конструкцией батареи. Чаще всего они проявляются вследствие неправильной эксплуатации, например, в случае зарядки при низкой температуре или при работе в условиях сильной вибрации.

    Давайте подробнее рассмотрим процессы, происходящие внутри электрического элемента. Слабое короткое замыкание внутри элемента приведет лишь к повышению саморазряда [BU-802b] и минимальному теплообразованию, так как участвующие в этом замыкании токи будут очень слабы. Но если достаточное количество микроскопических металлических частиц сформируют “мост” между электродами, то сила тока короткого замыкания может достичь опасного значения. Как небольшая струйка может привести к разрушению всей плотины, так и в электрическом элементе изначально небольшое короткое замыкание приводит к температурному повреждению изолирующего слоя, в результате чего сила короткого замыкания увеличивается. Температура очень быстро возрастает до 500°С, и в такой момент электрический элемент воспламеняется или даже взрывается. Этому явлению было дано название — тепловой пробой.

    Неравномерная пропитка сепаратора электролитом также может привести к сбою батареи. Плохая проводимость на более сухих участках увеличивает сопротивление, что приводит к нагреву участка, что в свою очередь ослабляет целостность сепаратора. Нагрев во всех случаях является врагом электрической батареи.

    Marin GEL Range Deep Cycle GEL Range Solar GEL Range
    аккумулятор для электромотора аккумуляторы глубокого разряда аккумуляторы для солнечных батарей
    10 — 12 лет / 800 циклов 10 — 12 лет / 800 циклов 10 — 12 лет / 800 циклов
    для электромоторов лодок и катеров для глубоких циклических разрядов для солнечных электростанций

    1. Что делать в случае перегрева батареи

    Если вы заметили, что литий-ионная батарея перегрета, издает шипящие звуки или вздулась, немедленно переместите устройство подальше от горючих материалов или поместите его на огнеупорную поверхность. Если возможно, то вообще лучше извлечь такой аккумулятор и вынести его на улицу.

    При небольшом возгорании литий-ионного аккумулятора к нему необходимо применить стандартные противопожарные действия. Это может быть использование пенного огнетушителя или любого другого, например, наполненного углекислым газом или порошкообразной массой. Если пожар возник на борту самолета, существуют специальные инструкции, которые позволяют экипажу использовать любые доступные средства, включая воду. Тушение водой литий-ионных аккумуляторов является безопасным, так как в них содержится очень малое количество вступающего в бурную реакцию с водой металлического лития. Вода также способствует охлаждению области возгорания и предотвращает распространение пламени. В научно-исследовательских центрах и на заводах по производству аккумуляторов вода также является основным средством тушения пожаров.

    Большое же возгорание литий-ионного аккумулятора, такое как, например, в электромобиле, тушить водой неэффективно. Возможно использование воды с добавлением медного порошка, но это крайне недешёвый метод.

    При обнаружении возгорания литий-металлического аккумулятора используйте только огнетушитель класса D, так как количество лития в таком аккумуляторе является значительным, и тушение водой только увеличит огонь.

    ВНИМАНИЕ: Не используйте огнетушитель класса D для тушения других типов пожаров, так как они рассчитаны на тушение металлов и металлсодержащих веществ.

    Во время теплового пробоя высокая температура неисправного элемента может распространиться на соседние элементы, приводя к цепной реакции. Весь аккумулятор, таким образом, может быть уничтожен в течение нескольких секунд. Для повышения безопасности в аккумуляторе должен присутствовать разделитель между элементами — для защиты от распространения повышенной температуры. На рисунке 1 показан ноутбук, который был поврежден в результате неисправности литий-ионного аккумулятора.

    Поврежденный перегревом литий-ионного аккумулятора ноутбук

    Рисунок 1: Поврежденный перегревом литий-ионного аккумулятора ноутбук. По утверждению хозяина, ноутбук сильно нагрелся, начал издавать шипящий звук и заполнил всю комнату едким дымом.

    Flooded 6V Flooded 8V Flooded 12V
    аккумуляторы для погрузчиков аккумуляторы для подъемников тяговые аккумуляторы 12 вольт
    10 — 12 лет / 600 циклов 10 — 12 лет / 600 циклов 10 — 12 лет / 600 циклов
    для тяжелых условий работы с электромотрами в составе лодок, погрузчиков, подъемников, поломоечных машин и т.д.

    При тепловом пробое аккумулятора происходит довольно сильное газообразование, главным образом, углекислого газа (CO2). Также происходит выброс продуктов горения вследствие воздействия высокой температуры. Испаряется этилен и пропилен, входящие в состава электролита, а также органические растворители.

    Стоит отметить, что безопасность современных литий-ионных аккумуляторов довольно высока, а случаи теплового пробоя очень редко возникают при правильной эксплуатации. Но в то же время эти редкие случаи возгорания аккумуляторов на основе лития у всех на слуху, иногда регистрируемые случаи выхода из строя никелевых и свинцовых аккумуляторов почему-то не вызывают такого же интереса. Причиной коллапса аккумулятора может быть износ сепаратора, небрежное обращение или чрезмерное воздействие температуры или вибрации.

    2. Рекомендации по работе с литий-ионными аккумуляторами

    Литий-ионные аккумуляторы содержат довольно мало металлического лития, и в случае возгорания могут быть потушены водой. Но для тушения литий-металлических батарей необходим только огнетушитель класса D.

    Следует помнить, что вода активно взаимодействует с литием, поэтому в случае недоступности огнетушителя класса D воду можно использовать только для предотвращения распространения огня.

    Для наиболее эффективного тушения возгорания литий-ионного аккумулятора следует использовать пенный, порошковый или огнетушитель с углекислым газом.

    Если отсутствует возможность потушить возгорание, то следует дать выгореть аккумулятору безопасным и контролируемым способом.

    Будьте осторожны, так как каждый электрический элемент аккумулятора может привести к цепной реакции и воздействовать на соседние элементы. Даже внешне полностью выгоревший аккумулятор может еще содержать небезопасные элементы.

    Источник