ما بعض معايير السلامة الشائعة لبطاريات الليثيوم-أيون؟

بطاريات الليثيوم-أيون (LIBs) عبارة عن أنظمة كهروكيميائية وميكانيكية معقدة، وتخضع لعشرات معايير السلامة الدولية. في هذه الأسئلة الشائعة، سنناقش الجوانب البيئية الرئيسية لسلامة LIB، ونراجع معايير السلامة العامة لبطاريات أيون الليثيوم-، ونفكر في استخدام معمل اختبار مخصص للبطاريات لضمان سلامة موظفي الاختبار.

تنبع العديد من مشكلات سلامة LIB من حساسية الأجهزة للجهد ودرجة الحرارة. البطاريات مخصصة للتشغيل ضمن نطاق درجة حرارة من -30 إلى 55 درجة.

فوق 55 درجة (إلى حوالي 80 درجة)، تظهر البطاريات قدرة أفضل على المعدل بسبب التفاعلات الكهروكيميائية الأسرع والهجرة الأيونية السريعة في المنحل بالكهرباء والأقطاب الكهربائية. وفي ظل هذه الظروف، تصبح التفاعلات الجانبية شديدة، مما يؤدي إلى الاضمحلال السريع للقدرة. فوق 80 درجة، تبدأ البطاريات في التدهور، وأي درجة حرارة أعلى من 130 درجة يمكن أن تتسبب في ذوبان مكونات البطارية واحتمال اشتعالها.

جهد التشغيل ودرجة الحرارة عاملان يؤثران على سلامة بطارية الليثيوم.

جهد التشغيل ودرجة الحرارة عاملان يؤثران على سلامة بطارية الليثيوم. ينطبق هذا المثال على خلايا NCM.

يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى ضعف أداء البطارية وقد تؤدي إلى تلف البطارية، ولكنها لا تشكل خطرًا على السلامة بشكل عام. ومع ذلك، الشحن الزائد (الجهد الزائد) يمكن أن يؤدي إلى تحلل الكاثود وأكسدة المنحل بالكهرباء، وهو مصدر قلق للسلامة. يمكن أن يؤدي التفريغ الزائد - (الجهد الزائد) إلى تحلل واجهة الإلكتروليت الصلبة (SEI) الموجودة على الأنود وقد يؤدي إلى أكسدة رقائق النحاس، مما يؤدي إلى مزيد من الضرر للبطارية.

بالإضافة إلى المشكلات التشغيلية والبيئية المتعلقة بالجهد ودرجة الحرارة، يمكن أن يتسبب التلف الميكانيكي أيضًا في حدوث مشكلات تتعلق بالسلامة مع بطاريات أيون الليثيوم- (LIBs). ونظرًا لهذه المخاوف، فإن معايير السلامة الخاصة بـ LIBs واسعة النطاق أيضًا.

هناك خمسة معايير أمان شائعة لبطاريات الليثيوم-أيون وهي:

1. إيك 62133

2. الأمم المتحدة/نقطة 38.3

3. إيك 62619

4. يو ال 1642

5. يو ال 2580

يعد IEC 62133 معيارًا لاختبار السلامة لبطاريات وبطاريات أيون الليثيوم-، وهو يحدد متطلبات السلامة لاختبار البطاريات الثانوية والبطاريات التي تحتوي على إلكتروليتات قلوية أو غير حمضية. يتم استخدامه لاختبار LIBs المستخدمة في المنتجات الإلكترونية المحمولة والتطبيقات الأخرى. تتناول المواصفة IEC 62133 المخاطر الكيميائية والكهربائية التي يمكن أن تهدد المستهلكين والبيئة، بالإضافة إلى المشكلات الميكانيكية مثل الاهتزاز والصدمات. يغطي UN/DOT 38.3 (المعروف أيضًا باسم اختبارات T1-T8 وUN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) اختبارات سلامة النقل لجميع بطاريات LIBs وبطاريات معدن الليثيوم والبطاريات. يشتمل معيار الاختبار على ثمانية اختبارات (T1 - T8)، يركز كل منها على مخاطر نقل محددة. يعد UN/DOT 38.3 معيارًا للاعتماد الذاتي-ولا يتطلب اختبارًا مستقلاً من جهة خارجية-؛ ومع ذلك، فإن استخدام مختبرات اختبار تابعة لجهات خارجية أمر شائع لتقليل مخاطر التقاضي في حالة وقوع حادث.

فيما يلي العديد من معايير التغليف والنقل الآمن الشائعة لبطاريات الليثيوم (الجدول 1):

1. بطاريات الليثيوم المعدنية UN3090، المنقولة كمكونات

2. UN3480، LIBs، يتم نقلها كمكونات

3. بطاريات معدن الليثيوم UN3091 المنقولة في المعدات أو المعبأة معها

4. UN3481، LIBs المنقولة أو المعبأة مع المعدات.

تعتبر العديد من أنواع بطاريات الليثيوم مواد خطرة وتتطلب معالجة خاصة أثناء النقل. تغطي المواصفة القياسية IEC 62619 معايير السلامة لبطاريات أيون الليثيوم- الثانوية وحزم البطاريات، وتحدد متطلبات تطبيق السلامة لبطاريات LIBs في التطبيقات الإلكترونية والتطبيقات الصناعية الأخرى. تنطبق متطلبات الاختبار القياسية IEC 62619 على كل من التطبيقات الثابتة والمزودة بالطاقة.

تشمل التطبيقات الثابتة الاتصالات السلكية واللاسلكية، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وأنظمة تخزين الطاقة، ومفاتيح المرافق، وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ، والتطبيقات المماثلة. تشمل التطبيقات المدعومة الرافعات الشوكية، وعربات الجولف، والمركبات الموجهة الآلية (AGVs)، والسكك الحديدية والمركبات البحرية-باستثناء مركبات الطرق.

إن معيار UL 1642 هو معيار UL لسلامة بطارية أيون الليثيوم-، حيث يحدد المتطلبات القياسية لبطاريات أيون الليثيوم- الأولية والثانوية المستخدمة كمصادر طاقة في المنتجات الإلكترونية.

يغطي يو ال 1642:

1. فني-بطاريات أيون الليثيوم-قابلة للاستبدال تحتوي على 5.0 جرام (0.18 أونصة) أو أقل من الليثيوم المعدني. سيتم الحكم على البطاريات التي يزيد محتوى الليثيوم فيها عن 5.0 جرام بناءً على امتثالها للمتطلبات (إن أمكن) وتخضع لاختبارات وفحص إضافي لتحديد مدى ملاءمتها للاستخدام المقصود.

2. بطاريات الليثيوم القابلة للاستبدال -من قبل المستخدم، بحيث لا تحتوي كل خلية كهروكيميائية على أكثر من 4.0 جرام (0.13 أونصة) من معدن الليثيوم ولا تزيد عن 1.0 جرام (0.04 أونصة) من معدن الليثيوم. تتطلب البطاريات التي تحتوي على أكثر من 4.0 جرام أو أكثر من 1.0 جرام من الليثيوم مزيدًا من الفحص والاختبار لتحديد ما إذا كانت البطارية أو الخلية مناسبة للاستخدام المقصود.

لا يغطي UL1642 خطر السمية الناتجة عن ابتلاع بطاريات الليثيوم أو خطر التعرض لمعدن الليثيوم بسبب تلف البطارية أو قطعها.

UL2580x هو معيار السلامة UL لبطاريات السيارات الكهربائية، ويتكون من عدة اختبارات، بما في ذلك:

دائرة قصر -تيار عالٍ للبطارية: قم بالتشغيل على عينة مشحونة بالكامل. دائرة قصر - للعينة باستخدام مقاومة دائرة إجمالية أقل من أو تساوي 20 mΩ. يكتشف الإشعال بالشرارة وجود غاز قابل للاشتعال في العينة، دون وجود علامات انفجار أو حريق. علاوة على ذلك، لا تتسرب الأبخرة إلى الخارج من خلال فتحات أو أنظمة مخصصة. لا توجد علامات على تمزق الغلاف أو تسرب الإلكتروليت الملحوظ. إذا ظل LIB قيد التشغيل بعد اختبار الدائرة القصيرة-، فسوف يخضع لدورات الشحن والتفريغ وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة. يمكن إجراء اختبار الدائرة القصيرة-على المكونات-الفرعية، وليس على مجموعة تخزين الطاقة (EESA) بأكملها.

سحق البطارية: يعمل على عينة مشحونة بالكامل ويحاكي تأثير اصطدام السيارة على سلامة EESA. وكما هو الحال مع اختبار الدائرة القصيرة-، يكتشف الإشعال بالشرارة وجود تركيزات غازات قابلة للاشتعال داخل العينة، ولا يوجد أي مؤشر على حدوث انفجار أو حريق. لا يتم إطلاق أي غازات سامة.

سحق خلايا البطارية (عموديًا): يعمل على عينة مشحونة بالكامل. يجب أن تقتصر القوة المطبقة أثناء اختبار التكسير على 1000 ضعف وزن البطارية. على غرار اختبار التكسير، يكشف الإشعال بالشرارة عن وجود تركيزات غازات قابلة للاشتعال داخل العينة، ولا يوجد أي مؤشر على حدوث انفجار أو حريق. لا يتم إطلاق أي غازات سامة.

غرفة اختبار LIB

يعد الاختبار الكامل لـ LIB نشاطًا خطيرًا بطبيعته. من الممكن تفريغ الغاز أو الحريق أو الانفجار بسبب التفريغ العميق والدوائر القصيرة ودرجات الحرارة المرتفعة وأنواع مختلفة من سوء الاستخدام الميكانيكي.

تم تطوير غرف اختبار وتخزين LIB المصممة خصيصًا للتخفيف من احتمالية إصابة الأفراد. أحد الأمثلة هو المشي-في غرفة مقاومة للحريق لمدة 90 دقيقة مزودة بحماية داخلية وخارجية من الحرائق، والتي يمكن استخدامها كغرفة اختبار أو مخزن LIB (الشكل 2).

تشمل الميزات المصممة لحماية الأشخاص والبيئة ما يلي:

أ) سطح خافض للضغط على السطح لموازنة الضغط الداخلي والخارجي في حالة وقوع حادث.

ب) تهوية عالية الأداء- للاستخراج السريع للغازات الخطرة أو المتفجرة.

ج) القدرة على حقن الغاز الخامل للمساعدة في السيطرة على التفاعلات الخطرة أو الحرائق.

د) أجهزة استشعار الحريق للإنذار بتطور الحرائق وأنظمة إخماد الحرائق المتكاملة.

ه) أجهزة استشعار غاز إضافية لتحديد عملية التفريغ وموقع أجهزة الاستشعار الإضافية ومرحلات الإشارة حسب الحاجة.

باختصار، يعني محتوى معدن الليثيوم الموجود في بطاريات أيون الليثيوم- أنها تمثل خطرًا محتملاً على مستخدمي الأنظمة التي تعمل بالبطاريات-. تشتمل مخاطر سلامة LIB على التفريغ الزائد-والدوائر القصيرة ودرجات الحرارة المرتفعة وسوء الاستخدام الميكانيكي. هناك العشرات من معايير السلامة الدولية ومتطلبات التصميم لبطاريات الليثيوم-أيون. تقدم هذه المقالة خمسة معايير أمان شائعة لبطاريات أيون الليثيوم-، بالإضافة إلى بعض الاعتبارات الأساسية عند تعيين غرفة اختبار LIB.