Лекция
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в портативной электронике, электромобилях и системах хранения энергии. Несмотря на их эффективность, они подвержены рискам — перегрев, короткое замыкание, перезаряд, механические повреждения.
писок основных опасных воздействий на литий-ионные аккумуляторы, которые могут привести к сбоям, возгоранию или взрыву :
Механические повреждения: проколы, удары, деформации корпуса могут вызвать внутренние короткие замыкания.
Вибрации и падения: особенно опасны для аккумуляторов без жесткой оболочки.
Разгерметизация: нарушение целостности корпуса приводит к утечке электролита и контакту с воздухом.
Перегрев: при температуре выше 60–70 °C начинается деградация электролита и риск термического разгона.
Переохлаждение: при температуре ниже −20 °C литий может осаждаться на аноде, вызывая короткое замыкание.
Резкие перепады температуры: приводят к микротрещинам и нарушению герметичности.
Перезаряд: заряд выше номинального напряжения вызывает перегрев и газообразование.
Глубокий разряд: напряжение ниже допустимого уровня приводит к деградации ячеек.
Короткое замыкание: мгновенный ток высокой мощности может вызвать взрыв.
Импульсные перегрузки: резкие скачки тока при включении мощных нагрузок.
Контакт с водой или воздухом: особенно опасен для лития — возможна реакция с выделением тепла и газа.
Коррозия контактов: при длительном воздействии влаги или агрессивных сред.
Хранение при высокой влажности
Использование несертифицированных зарядных устройств
Отсутствие защитных схем (CID, PCM, BMS)
Чтобы предотвратить аварийные ситуации, в конструкцию элементов и батарейных блоков внедряются различные средства защиты.
CID (Current Interrupt Device) — это механический предохранитель, встроенный в верхнюю часть цилиндрического элемента.
Принцип работы: при повышении внутреннего давления (из-за перегрева или газообразования) металлическая мембрана изгибается и разрывает электрическую цепь.
Преимущество: мгновенное отключение при критических условиях.
При размыкании цепи УУВ существует вероятность возникновения дуги. Ситуация очень похожа на дугу, возникающую при размыкании контакторов под нагрузкой.В результате ячейка может сгореть или взорваться.
PTC (Positive Temperature Coefficient) — компонент, сопротивление которого увеличивается при нагреве.
PTC в литиевых аккумуляторах – это самовосстанавливающийся защитный элемент, который использует термистор с положительным температурным коэффициентом (Positive Temperature Coefficient) для предотвращения перегрева и перегрузки. При нормальных температурах он имеет низкое сопротивление, но при перегреве его сопротивление резко возрастает, ограничивая ток и защищая аккумулятор. После охлаждения термистор снова приобретает низкое сопротивление, восстанавливая свою работоспособность.
Функция: ограничивает ток при перегреве, предотвращая короткое замыкание.
Применение: часто используется в параллельной цепи с элементом.
PCM (Protection Circuit Module) — электронная плата, контролирующая параметры аккумулятора.
Функции: защита от перезаряда, переразряда, перегрузки по току.
Состав: MOSFET, датчики напряжения и тока, микроконтроллер.
BMS (Battery Management System) — интеллектуальная система, управляющая всей батареей.
Функции: балансировка ячеек, мониторинг температуры, диагностика состояния.
Применение: электромобили, промышленные ESS, медицинское оборудование.
Термопредохранитель — одноразовый компонент, разрывающий цепь при достижении критической температуры.
Принцип: плавление или механическое разрушение при перегреве.
Роль: защита от пожара и разрушения корпуса.
Диоды и транзисторы — элементы, контролирующие направление тока.
Функции: предотвращение обратного тока, защита от неправильного подключения.
Применение: в цепях зарядки, балансировки, коммутации.
| Название | Назначение |
Повторное использование
|
Тип Принцип работы, Защищает от
|
Применение |
|---|---|---|---|---|
| CID (Current Interrupt Device) | Защита от избыточного давления |
нет
|
Механическое. Механически разрывает цепь при превышении давления внутри элемента. Давление, перегрев |
Литий-ионные аккумуляторы |
| PTC (Positive Temperature Coefficient) | Защита от перегрева и короткого замыкания |
да |
Пассивное. Увеличивает сопротивление при повышении температуры, ограничивая ток. Перегрев, КЗ | Встроен в элементы или внешние цепи |
| PCM (Protection Circuit Module) | Электронная защита от перезаряда, переразряда, перегрузки |
да
|
Электронное. Использует MOSFET, датчики тока и температуры для управления. Перезаряд, ток | Цифровые устройства, литий-ионные батареи |
| BMS (Battery Management System) | Комплексное управление и защита |
да
|
Интеллектуальное. Мониторинг напряжения, тока, температуры, балансировка ячеек. Все параметры | Электромобили, ESS, промышленные батареи |
| Термопредохранители | Защита от перегрева |
нет
|
Механическое. Разрывают цепь при достижении критической температуры. Перегрев | Встроены в аккумуляторные блоки |
| Плавкие предохранители | Защита от короткого замыкания, превышения токка | нет | Физическое |
В цепях, где возможны короткие замыкания или большой ток нагрузки (например, силовые цепи ноутбуков, электросамокатов).В таких случаях ставят миниатюрные плавкие предохранители (SMD fuse) или polyfuse (самовосстанавливающиеся PTC-предохранители). |
| Диоды/транзисторы | Защита от обратного тока |
да |
Электронное. Блокируют нежелательное направление тока. Обратный ток | В цепях зарядки и разрядки |
CID активируется при внутреннем давлении выше нормы (обычно из-за перегрева или газообразования), физически разрывая цепь и предотвращая взрыв.
PTC — это терморезистор, который увеличивает сопротивление при нагреве, ограничивая ток и предотвращая перегрев.
PCM и BMS обеспечивают интеллектуальную защиту, включая отключение при превышении порогов напряжения, тока и температуры3.
Современные аккумуляторы — это не просто источники энергии, а сложные системы с многоуровневой защитой. От простых термопредохранителей до интеллектуальных BMS — каждый компонент играет важную роль в обеспечении безопасности, надежности и долговечности.
Комментарии