Ինչու՞ է ջերմային անկայունությունը հազվադեպ հանդիպող երևույթ սպառողական Li-ion մարտկոցներում

Սպառողական մարտկոցներում (օրինակ՝ լիթիում-իոնային մարտկոցներ հեռախոսներում, նոթբուքներում և այլ սարքերում) ջերմային փախուստի դեպքերը հանդիպում են հազվադեպ, հիմնականում շնորհիվ դրանց պահպանողական դիզայնի, երկրորդական անվտանգության մեխանիզմների, վերահսկվող օգտագործման սցենարների և խիստ արդյունաբերական վերահսկողության:

տեխնիկական նախագծում. կոնսերվատիվ ռազմավարությունը նվազեցնում է ռիսկը

• Փոքր տարողություն և ցածր էներգիայի խտություն

Տարողության սահմանափակումներ. սպառողական մարտկոցներն ունեն սովորաբար 1000 մԱ/ժ-ից մինչև 5000 մԱ/ժ տարողություն (օրինակ՝ հեռախոսի մարտկոցները, մոտավորապես 3000-5000 մԱ/ժ), որը զգալիորեն ցածր է քան ուժային մարտկոցներինը (օրինակ՝ էլեկտրական տրանսպորտի մարտկոցակազմերը, որոնք կարող են հասնել 50-100 կՎտ·ժ): Փոքր տարողության մարտկոցները ջերմային անկայունության դեպքում արձակում են սահմանափակ էներգիա, ինչը նվազեցնում է բռնկման կամ պայթյունի հավանականությունը՝ նույնիսկ անսարքության դեպքում:

Էներգիայի խտության հավասարակշռություն. անվտանգության և մարտկոցի կյանքի տևողության հավասարակշռություն հաստատելու համար սպառողական մարտկոցները հաճախ օգտագործում են գրաֆիտային անոդ և լիթիումի կոբալտի օքսիդ (LiCoO) / եռակի կաթոդ պարունակող հասուն համակարգ, իսկ չի ձգտում էլ էքստրեմալ էներգիայի խտությանը հասնելու՝ օգտագործելով սիլիցիումային անոդ և բարձր նիկելի կաթոդ (օրինակ՝ NCM811/NCA): LiCoO կաթոդներն ավելի բարձր քիմիական կայունություն են ցուցաբերում, քան բարձր նիկելի նյութերը, ինչը նվազեցնում է ջերմային անկայունության ռիսկը:

• Կառուցվածքային օպտիմալացում և ջերմության рассեանացման նախագծում

Կոմպակտ դասավորություն. Սպառողական էլեկտրոնիկայի սարքերն ունեն սահմանափակ ներքին տարածք, իսկ բատարեաները հաճախ խիտ կերպով ինտեգրված են մայրական տախտակի և սառեցման մոդուլի հետ: Արտադրողները օգտագործում են գրաֆենային ջերմահաղորդիչներ, հեղուկ սառեցման խողովակներ և ջերմախողովակներ՝ ջերմության հաղորդման արագացման և տեղային ավելցուկային տաքացումից խուսափելու համար: Օրինակ՝ խաղային հեռախոսները օգտագործում են բազմաշերտ ջերմադիսիպացիոն կառուցվածք՝ երկարատև բարձր ջերմաստիճաններից պաշտպանելու համար մարտկոցը:

Պայթուցիկ կառուցվածք՝ Բատարեայի կողպածը պատրաստված է կրակադիմացկային PC/ABS նյութից, որը կարող է դանդաղեցնել կրակի տարածումը, նույնիսկ եթե այն այրվի ներսում. որոշ սարքեր բատարեայի շուրջը լցված են աերոգելով կամ ֆազային փոփոխության նյութով՝ ջերմությունը կլանելու և թթվածինը մեկուսացնելու համար:

• Անվտանգության փական և մեմբրանային տեխնոլոգիա

Անվտանգության փական. Երբ մարտկոցի ներքին ճնշումը չափազանց բարձր է (օրինակ՝ ջերմային արտահոսքի վաղ փուլերում), անվտանգության փականը կպայթի և գազ կարտանետի՝ պայթյունը կանխելու համար։

Սեպարատոր՝ կերամիկական ծածկույթով. Սովորական պոլիէթիլենային (PE) սեպարատորի մակերևույթին կիրառվում է կերամիկական շերտ՝ բարձրացնելու դիմադրությունը բարձր ջերմաստիճաններին: Նույնիսկ տեղական կարճ միացման դեպքում սեպարատորը չի կրճատվի արագ, ինչը կանխում է դրական և բացասական էլեկտրոդների հպվելը և, հետևաբար, ջերմային փախուստի շղթայական ռեակցիան:

2. Անվտանգության մեխանիզմ՝ բազմակի պաշտպանության պարենավոր նախագիծ

• Բատարեային կառավարման համակարգի (BMS) կատարելագործում

Վերալիցքավորում/վերալիցքաթափում կանխարգելում. Երբ բատարեային լարումը մոտենում է 4,35 Վ-ին (վերալիցքավորման շեմ), BMS-ն անջատում է լիցքավորման շղթան. երբ լարումը ցածր է 2,5 Վ-ից, լիցքաթափումը արգելվում է՝ բատարեայի վնասվածքները կանխելու համար:

Ջերմաստիճանի հսկում. ներդրված ջերմաստիճանի սենսորը իրական ժամանակում հսկում է բատարեայի ջերմաստիճանը: Երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 45°C-ը, միացվում է սառեցում (օրինակ՝ լիցքավորման հզորության իջեցում) կամ ալարմ: Երբ ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է (օրինակ՝ գերազանցում է 60°C-ը), սնուցումը անմիջապես անջատվում է:

Ընթացիկ սահմանափակում. Երբ լիցքաթափման հոսանքը շատ մեծ է (օրինակ՝ կարճ միացում), BMS-ը կաշխատի ֆյուզի մեխանիզմը կամ կսահմանափակի ելքային հզորությունը՝ հոսանքի չափից ավել բեռնվածության պատճառով գերտաքացումից խուսափելու համար:

• Զգույշ արագ լիցքավորման ռազմավարություն

Սպառողական մարտկոցների արագ լիցքավորման ժամանակ սովորաբար օգտագործվում է հատվածներով լիցքավորում (օրինակ՝ սկզբում հաստատուն հոսանք, ապա հաստատուն լարում) և մարտկոցի լիցքը 80%-ի հասնելուց հետո անցնում է կաթիլ լիցքավորման՝ ջերմության կուտակման նվազեցման նպատակով:

Լիցքավորման հզորության սահմանափակում. Օրինակ՝ հեռախոսների արագ լիցքավորման հզորությունը սովորաբար 20-100Վտ սահմաններում է, որը զգալիորեն ցածր է էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների 150կՎտ-ից բարձր արագ լիցքավորման համեմատ, ինչը նվազեցնում է ջերմային անկայունության ռիսկը:

• Նյութերի բռնկման դիմադրության ամրապնդում

Էլեկտրոլիտին ավելացվում են կրակադիմադրություն ապահովող ավելացուկներ (օրինակ՝ ֆոսֆատներ), որոնք ճնշում են այրման ռեակցիան

Դրական էլեկտրոդի նյութի մակերեսը պատված է անջատ շերտով, ինչպիսին ալյումինի օքսիդն է (Al₂O₃), որպեսզի նվազեցվեն էլեկտրոլիտի հետ կողային ռեակցիաները և ջերմության արտադրումը:

3. Օգտագործման սցենար՝ վերահսկվող միջավայր և ստանդարտացված գործողություն

• Խնայողաբար օգտագործման միջավայր

Սպառողական էլեկտրոնային սարքերը, որպես կանոն, օգտագործվում են սենյակային ջերմաստիճանում (0-40°C) և հազվադեպ են ենթարկվում չափազանց բարձր ջերմաստիճանների (օրինակ՝ ավտոմեքենայի ներսում՝ ուղիղ արևի ճառագայթների տակ) կամ ցածր ջերմաստիճանների: Ծայրահեղ դեպքում էլեկտրական շարժիչները պետք է հարմարվեն -30°C-ից մինչև 60°C ջերմաստիճանային տիրույթին, ինչը մեծացնում է ջերմային անվտանգության ռիսկը:

• Լիցքավորման վարքագծի ստանդարտներ

Օգտագործողները, որպես կանոն, օգտագործում են սկզբնական լիցքավորիչը (համապատասխան ելքային հզորությամբ), որպեսզի խուսափեն չափից ավելի լիցքավորումից կամ չափից ավելի լարումից:

Խուսափեք երկարատև լիցքավորումից գիշերը՝ Շատ սարքեր (օրինակ՝ բջջային հեռախոսներ) լիցքավորվելուց հետո ավտոմատ կերպով կանգ են առնում լիցքավորումը, ինչը նվազեցնում է բատարեայի լիարժեք լիցքավորված վիճակում մնալու ժամանակը (լիարժեք լիցքավորված բատարեան ունի բարձր քիմիական ակտիվություն և մի փոքր ավելի բարձր ջերմային անկայունության ռիսկ):

• Լրիվ ֆիզիկական պաշտպանություն

Սարքի կողպածը նախագծված է անկման դեմ պաշտպանությամբ (օրինակ՝ հաստացված հեռախոսի շրջանակներ և ամրացված անկյուններ), որպեսզի նվազեցվի մեխանիկական վնասվածքների պատճառով բատարեայի կարճ միացման ռիսկը:

Կանխել մետաղական օտար առարկաների կողմից մատակարարի պոկոտումը. սովորաբար օգտատերերը չեն դնում բանիլի հետ անմիջական շփման մեջ բանիլների նման մետաղական առարկաներ, ինչը նվազեցնում է կարճ միացման հավանականությունը:

4. Արդյունաբերական վերահսկողություն՝ խիստ ստանդարտներ և պատասխանատվություն

• Միջազգային անվտանգության սերտիֆիկացում

UL 1642՝ Ստուգում է մատակարարի անվտանգությունը չափազանց ծայրահեղ պայմաններում, ինչպիսիք են ավելցուկային լիցքավորումը, կարճ միացումը, սեղմումը և պոկոտումը.

IEC 62133՝ Սահմանում է մատակարարների աշխատանքային պահանջները բարձր ջերմաստիճանների, ցածր ջերմաստիճանների, թրթռոցի և այլ միջավայրերում.

GB 31241՝ Չինաստանի պարտադիր ստանդարտ, որը սահմանում է մատակարարի ջերմային անկայունությունից հետո բռնկման տարածման ժամանակը (պետք է լինի ≤30 վայրկյան):

Սպառողական մատակարարները պետք է անցնեն UL, IEC, GB և այլ ստանդարտ սերտիֆիկացիաներ, օրինակ.

• Վերադարձման և պատասխանատվության համակարգ

Եթե որևէ ապրանքանիշի մարտկոցները հաճախ ենթարկվում են ջերմային փախուստի, ապա արտադրողը պարտավոր է սկսել վերադարձ (ինչպես տեղի էր ունեցել Samsung Galaxy Note 7-ի դեպքում) և կրել իրավական պատասխանատվություն: Սա ստիպում է ընկերություններին խիստ վերահսկել որակը՝ ապահովելով անվտանգության նորմերի համապատասխանություն հումքի ձեռքբերումից մինչև արտադրություն ընկած յուրաքանչյուր գործընթացում:

5. Հզորության մարտկոցների համեմատում. Ինչո՞ւ ավելի բարձր է ջերմային փախուստի ռիսկը

• Մեծ տարողություն և բարձր էներգետիկ խտություն

Հզորության մարտկոցակազմերը կազմված են հազարավոր միավորներից, որոնք միացված են հաջորդական կամ զուգահեռ կապով: Յուրաքանչյուր միավորի էներգիան ավելի մեծ ավերիչ ուժ է տալիս ջերմային փախուստի դեպքում: Օրինակ՝ Tesla Model 3-ի մարտկոցակազմի տարողությունը մոտ 75 կՎտ·ժ է, և ջերմային փախուստի ընթացքում արձակված էներգիան համարժեք է 15 կգ ՏՆԹ-ի:

• Բարդ օգտագործման միջավայր

Էլեկտրական մեքենաները պետք է բախվեն բազմաթիվ մարտահրավերների, ինչպիսիք են բարձր եւ ցածր ջերմաստիճանը, ցնցումները եւ բախումները: Բջիջների համահունչությունը դժվար է ապահովել, եւ տեղական ծերացումը կամ վնասվածքը կարող է հանգեցնել շղթայական ռեակցիայի:

• Արագ լիցքավորում և բարձր հզորության պահանջներ

ՈՒժային մարտկոցը պետք է աջակցի 150 կՎտ-ից ավելի արագ լիցքավորմանը: Բարձր հոսանքով լիցքավորումն ու լիցքի վերականգնումը մարտկոցի ներսում կարող են առաջացնել ջերմաստիճանի անհամաչափություն, ինչը մեծացնում է ջերմային անկառավարելիության ռիսկը:

6. եզրակացության մեջ

Ջերմային անկառավարելիությունը սպառողական մարտկոցներում հանդիպում է հազվադեպ, ինչը պայմանավորված է պահպանողական տեխնիկական նախագծով, լրացուցիչ անվտանգության մեխանիզմներով, կառավարելի օգտագործման սցենարներով և խիստ արդյունաբերական վերահսկողությամբ: