Co je tepelná ochrana?
Tepelná ochrana je způsob, jakým se lithium-iontový článek brání vznícení. Každý 18650, který jste kdy použili, má několik bezpečnostních zařízení nacpaných v tomto malém horním krytu-PTC, CID, ventilační kotouč, továrna. Jsou tam proto, že lithium-iontová chemie uchovává tunu energie na malém prostoru a tato energie si najde cestu ven, pokud se něco vnitřně pokazí.
Byl jsem v tomto odvětví dost dlouho na to, abych si pamatoval, kdy „tepelný útěk“ nebyl běžným pojmem. Pak přišlo v roce 2006 stažení notebooku Dell. Sony vytáhlo miliony buněk. Najednou všichni chtěli vědět, co se stane, když selže lithium-iontový článek, a co je důležitější, jak to zastavit.
Thermal Runaway vs. Overheating
Lidé si to neustále míchají. Přehřátí je, když se článek zahřeje z vnějších příčin-necháte ho v rozpáleném autě, nefunguje nabíječka, cokoliv. Odstraňte zdroj tepla a článek se ochladí. Problém vyřešen.
Thermal runway je úplně jiná bestie. Uvnitř článku se něco porouchá-možná se propíchne separátor, možná kvůli výrobní chybě vznikne měkký zkrat-a článek začne generovat vlastní teplo. Toto teplo urychluje chemický rozklad, který generuje více tepla, což rozklad dále urychluje. Je to smyčka zpětné vazby. Než si toho všimnete, už je příliš pozdě na to přestat.
Buňka končí ventilací horkého plynu a plamenů, někdy násilně. V sadě baterií může jeden článek, který uteče, uvařit své sousedy a spustit řetězovou reakci. Proto existuje tepelná ochrana.
Zásobník ochrany
Rozlomte válcovou buňku a podívejte se na horní uzávěr. Najdete tam několik zařízení, z nichž každé je navrženo tak, aby zachytilo problémy v různých fázích.
PTC
Zařízení PTC (pozitivní teplotní koeficient) je vaše první řada. Je to v podstatě polymerový plátek naplněný vodivými částicemi. Normální teploty, nízký odpor, proud teče v pořádku. Dostaňte se nad 80 stupňů nebo tak a polymer nabobtná, částice se oddělí, odpor prochází střechou. Proud klesá téměř na nic.
Na PTC se mi líbí, že se resetují. Ochlaďte celu, opět funguje. Dobré pro zachycení vnějších kraťasů, které se rychle vyčistí.
Co se mi nelíbí je, jak se chovají v sériových řetězcích. Naučili jsme se to tvrdě během testování balení před několika lety. PTC jednoho článku se vypnulo, ale se 48V řetězcem za ním se napětí jen prohnulo. Ochrana, která funguje skvěle na úrovni buněk, ne vždy dosahuje úrovně balení.
Vypnutí separátoru
Separátor je tenká membrána, která drží vaše elektrody od sebe a zároveň propouští lithiové ionty. V odstávkovém separátoru materiál změkne o 130 stupňů a póry se uzavřou. Žádný transport iontů, žádná elektrochemická reakce, žádný proud.
Vícevrstvé vzory-PE vnitřní vrstva, PP vnější vrstva-poskytují určitou rezervu navíc. PE zastaví tok iontů, zatímco PP udržuje vše mechanicky oddělené o něco déle. Koupil nám možná 10-15 sekund navíc při testování zneužití, než se vyvinuly vnitřní šortky.
Jedna věc k zapamatování: oddělovače se nevracejí. Pokud se buňka dostatečně zahřeje, aby spustila vypnutí, buňka je hotová. Vyměňte to.
CID
Zařízení pro přerušení proudu reaguje na tlak, nikoli na teplotu. Když se věci uvnitř začnou rozkládat, vytvářejí plyn. CID jsou dva tenké kotouče bodově-svařené dohromady, které se oddělí, když se vnitřní tlak dostatečně zvýší-někde kolem 1 MPa v závislosti na konstrukci.
Toto je trvalé odpojení. V době, kdy buňka generuje takové množství plynu, je již poškozena a nelze ji použít. Chceš to pryč z okruhu.
Vent
Poslední možnost. Pokud se tlak neustále zvyšuje po aktivaci CID, ventilační kotouč praskne a nechá plyny uniknout. Materiál, který vychází, je hořlavý a jedovatý, ale řízené odvětrávání překonává nekontrolované prasknutí. Všichni jsme viděli videa, jak buňky vybuchují jako petardy-to se děje bez řádného odvětrání.
Vrstva BMS
Ochrana na-úrovni buňky řeší rychlá selhání. Systém správy baterie zvládne vše ostatní,-monitoruje teploty baterie, zpomaluje rychlost nabíjení, když se věci zahřejí, a odpojuje stykače, pokud jsou hodnoty senzorů mimo rozsah.
Oba systémy se vzájemně doplňují. BMS zachycuje pomalu se{1}}rozvíjející se problémy, kterým může dobré řízení teploty zabránit. Zařízení na úrovni buněk-zachytí rychlé vnitřní poruchy, které povrchové senzory nedokážou včas detekovat.
Chemie dělá rozdíl
Ne všechny lithium-ionty jsou stejné, pokud jde o tepelnou stabilitu. Vaše chemické látky na bázi kobaltu--LCO, NMC-mají velkou hustotu energie, ale jsou tepelně citlivé. Kobalt-kyslíková vazba se při zvýšených teplotách rozpadá a uvolňuje kyslík, který napájí reakci.
LFP je shovívavější. Železo-fosfátová struktura lépe drží pohromadě při tepelném namáhání. Máte větší prostor mezi normálním provozem a nebezpečnou zónou. Stejná ochranná zařízení, ale nefungují tak blízko okraje.
To je velká část toho, proč LFP převzala manipulaci s materiálem. Vysokozdvižné vozíky žijí těžkým životem-rychlým nabíjením, kolísáním teplot, občasným zneužíváním. Chcete chemii, která to zvládne. Všechny sady Polinovel Pack jsou vyrobeny s buňkami LFP přesně z tohoto důvodu.
