استانداردهای رایج ایمنی برای باتری‌های لیتیوم{0}} چیست؟

باتری‌های لیتیوم{0}یون (LIB) سیستم‌های پیچیده الکتروشیمیایی و مکانیکی هستند که موضوع ده‌ها استاندارد ایمنی بین‌المللی هستند. در این پرسش‌های متداول، جنبه‌های کلیدی زیست‌محیطی ایمنی LIB را مورد بحث قرار می‌دهیم، استانداردهای ایمنی رایج برای باتری‌های لیتیوم-یونی را بررسی می‌کنیم و برای اطمینان از ایمنی پرسنل آزمایش، استفاده از آزمایشگاه آزمایش باتری سفارشی را در نظر خواهیم گرفت.

بسیاری از مسائل ایمنی LIB از حساسیت دستگاه ها به ولتاژ و دما ناشی می شود. باتری ها برای عملکرد در محدوده دمایی -30 تا 55 درجه مشخص شده اند.

بالاتر از 55 درجه (تا حدود 80 درجه)، باتری ها به دلیل واکنش های الکتروشیمیایی سریع تر و مهاجرت سریع یون ها در الکترولیت و الکترودها، قابلیت سرعت بهتری از خود نشان می دهند. در این شرایط، واکنش های جانبی شدید می شود و منجر به کاهش سریع ظرفیت می شود. در دمای بالای 80 درجه، باتری ها شروع به خراب شدن می کنند و هر دمای بالاتر از 130 درجه می تواند باعث ذوب شدن اجزای باتری و احتراق بالقوه شود.

ولتاژ و دمای عملیاتی دو عامل موثر بر ایمنی باتری لیتیومی هستند.

ولتاژ و دمای عملیاتی دو عامل موثر بر ایمنی باتری لیتیومی هستند. این مثال برای سلول های NCM کاربرد دارد.

دمای پایین می تواند باعث عملکرد ضعیف باتری شود و ممکن است به باتری آسیب برساند، اما به طور کلی خطر ایمنی ایجاد نمی کند. با این حال، شارژ بیش از حد (ولتاژ بیش از حد) می تواند منجر به تجزیه کاتد و اکسیداسیون الکترولیت شود که یک نگرانی ایمنی است. تخلیه بیش از حد (ولتاژ بیش از حد) می تواند باعث تجزیه رابط الکترولیت جامد (SEI) روی آند شود و ممکن است منجر به اکسیداسیون فویل مسی شود و به باتری آسیب بیشتری برساند.

علاوه بر مسائل عملیاتی و محیطی مربوط به ولتاژ و دما، آسیب مکانیکی همچنین می‌تواند باعث مشکلات ایمنی باتری‌های لیتیوم{0} یون (LIB) شود. با توجه به این نگرانی ها، استانداردهای ایمنی برای LIB ها نیز گسترده است.

پنج استاندارد ایمنی رایج برای باتری‌های لیتیوم{0} یون عبارتند از:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 یک استاندارد تست ایمنی برای باتری‌ها و باتری‌های لیتیوم{1} یونی است که الزامات ایمنی را برای آزمایش باتری‌های ثانویه و باتری‌های حاوی الکترولیت‌های قلیایی یا غیر اسیدی بیان می‌کند. برای آزمایش LIB های مورد استفاده در محصولات الکترونیکی قابل حمل و سایر برنامه ها استفاده می شود. IEC 62133 خطرات شیمیایی و الکتریکی را که می تواند مصرف کنندگان و محیط زیست را تهدید کند و همچنین مسائل مکانیکی مانند لرزش و شوک را بررسی می کند. UN/DOT 38.3 (همچنین به‌عنوان تست‌های T1-T8 و UN ST/SG/AC.10/11/Rev{12}} نیز شناخته می‌شود) آزمایش ایمنی حمل‌ونقل را برای همه LIB، باتری‌های لیتیوم فلزی و باتری‌ها پوشش می‌دهد. استاندارد تست شامل هشت تست (T1 - T8) است که هر کدام بر روی خطرات حمل و نقل خاص تمرکز دارند. UN/DOT 38.3 یک استاندارد گواهی-خود است و نیازی به آزمایش شخص ثالث مستقل ندارد. با این حال، استفاده از آزمایشگاه‌های تست شخص ثالث برای کاهش خطرات دادرسی در صورت وقوع یک حادثه رایج است.

چندین استاندارد رایج بسته بندی و حمل و نقل ایمن برای باتری های لیتیومی (جدول 1) به شرح زیر است:

1. باتری های لیتیوم فلزی UN3090 که به عنوان اجزاء منتقل می شوند

2. UN3480، LIB ها، به عنوان اجزاء منتقل می شوند

3. باتری های فلزی لیتیوم UN3091 که در تجهیزات حمل و نقل یا بسته بندی شده اند

4. UN3481، LIBهایی که در تجهیزات حمل شده یا بسته بندی شده اند.

بسیاری از انواع باتری های لیتیومی به عنوان مواد خطرناک در نظر گرفته می شوند و در حین حمل و نقل نیاز به جابجایی خاصی دارند. IEC 62619 استانداردهای ایمنی برای باتری‌های لیتیوم{2} یون ثانویه و بسته‌های باتری را پوشش می‌دهد و الزامات کاربرد ایمنی برای LIB‌ها را در کاربردهای الکترونیکی و سایر کاربردهای صنعتی مشخص می‌کند. الزامات تست استاندارد IEC 62619 برای برنامه های ثابت و برقی اعمال می شود.

کاربردهای ثابت شامل ارتباطات راه دور، منابع تغذیه اضطراری (UPS)، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، سوئیچ‌های برق، منابع تغذیه اضطراری و کاربردهای مشابه است. برنامه‌های کاربردی برقی شامل لیفتراک، چرخ دستی‌های گلف، وسایل نقلیه هدایت‌شونده خودکار (AGV)، ریلی و دریایی-به استثنای وسایل نقلیه جاده‌ای هستند.

UL 1642 استاندارد UL برای ایمنی باتری‌های لیتیوم- است که الزامات استاندارد برای باتری‌های لیتیوم- یون اولیه و ثانویه را که به عنوان منبع انرژی در محصولات الکترونیکی استفاده می‌شوند، مشخص می‌کند.

UL 1642 پوشش می دهد:

1. تکنسین باتری‌های لیتیومی قابل تعویض- که حاوی 5.0 گرم (0.18 اونس) یا کمتر لیتیوم فلزی هستند. باتری هایی با محتوای لیتیوم بیش از 5.0 گرم بر اساس مطابقت آنها با الزامات (در صورت وجود) ارزیابی می شوند و مشروط به آزمایش و بازرسی اضافی برای تعیین مناسب بودن آنها برای استفاده مورد نظرشان خواهند بود.

2. باتری‌های لیتیومی قابل تعویض توسط کاربر، با هر سلول الکتروشیمیایی حاوی بیش از 4.0 گرم (0.13 اونس) فلز لیتیوم و حداکثر 1.0 گرم (0.04 اونس) فلز لیتیوم. باتری های حاوی بیش از 4.0 گرم یا بیش از 1.0 گرم لیتیوم نیاز به بازرسی و آزمایش بیشتری دارند تا مشخص شود آیا باتری یا سلول برای استفاده مورد نظر مناسب است یا خیر.

UL1642 خطر سمیت ناشی از مصرف باتری های لیتیومی یا خطر قرار گرفتن در معرض فلز لیتیوم به دلیل آسیب یا برش باتری را پوشش نمی دهد.

UL2580x استاندارد ایمنی UL برای باتری خودروهای الکتریکی است که از چندین آزمایش تشکیل شده است، از جمله:

اتصال کوتاه باتری با جریان بالا: روی نمونه کاملاً شارژ شده کار کنید. با استفاده از مقاومت مدار کل کمتر یا مساوی 20 mΩ، نمونه را با{2} اتصال کوتاه کنید. جرقه زنی وجود گاز قابل اشتعال در نمونه را بدون هیچ نشانه ای از انفجار یا آتش سوزی تشخیص می دهد. علاوه بر این، بخارات از طریق دریچه ها یا سیستم های تعیین شده به بیرون فرار نمی کنند. هیچ نشانه ای از پارگی پوشش یا نشت الکترولیت قابل مشاهده وجود ندارد. اگر LIB پس از یک آزمایش مدار کوتاه-به کار خود ادامه دهد، طبق مشخصات سازنده تحت چرخه شارژ و دشارژ قرار خواهد گرفت. آزمایش اتصال کوتاه{10}}را می‌توان بر روی اجزای{11} فرعی، نه کل مجموعه ذخیره‌سازی انرژی (EESA) انجام داد.

خرد کردن باتری: بر روی یک نمونه کاملا شارژ شده اجرا می شود و تاثیر برخورد خودرو را بر یکپارچگی EESA شبیه سازی می کند. مشابه آزمایش مدار کوتاه-، احتراق جرقه ای وجود غلظت گاز قابل اشتعال را در نمونه تشخیص می دهد و هیچ نشانه ای از انفجار یا آتش سوزی وجود ندارد. هیچ گاز سمی آزاد نمی شود.

خرد کردن سلول باتری (عمودی): روی نمونه کاملا شارژ شده اجرا می شود. نیروی اعمال شده در طول آزمایش خرد کردن باید به 1000 برابر وزن باتری محدود شود. مشابه آزمایش خرد کردن، احتراق جرقه وجود غلظت گاز قابل اشتعال را در نمونه تشخیص می دهد و هیچ نشانه ای از انفجار یا آتش سوزی وجود ندارد. هیچ گاز سمی آزاد نمی شود.

اتاق آزمون LIB

آزمایش کامل LIB ذاتاً یک فعالیت خطرناک است. گاز زدایی، آتش سوزی یا انفجار به دلیل تخلیه عمیق، اتصال کوتاه، دمای بالا و انواع مختلف سوء استفاده مکانیکی امکان پذیر است.

محفظه های تست و ذخیره سازی LIB با طراحی ویژه برای کاهش احتمال آسیب به پرسنل توسعه یافته اند. یک مثال پیاده روی در اتاق 90 دقیقه‌ای نسوز با حفاظت داخلی و خارجی آتش است که می‌تواند به عنوان محفظه آزمایش یا LIB ذخیره‌سازی استفاده شود (شکل 2).

ویژگی های طراحی شده برای محافظت از مردم و محیط زیست عبارتند از:

الف) سطح فشار بر روی سقف برای متعادل کردن فشار داخلی و خارجی در صورت بروز حادثه.

ب) تهویه با عملکرد بالا برای استخراج سریع گازهای خطرناک یا انفجاری.

ج) توانایی تزریق گاز بی اثر برای کمک به کنترل واکنش های خطرناک یا آتش سوزی.

د) سنسورهای آتش برای هشدار در مورد آتش سوزی در حال توسعه و سیستم های یکپارچه اطفاء حریق.

ه) سنسورهای گاز اضافی برای شناسایی گاز زدایی و محل سنسورهای اضافی و رله سیگنال در صورت نیاز.

به طور خلاصه، محتوای فلز لیتیوم در باتری‌های لیتیوم-یون به این معنی است که آنها خطرات بالقوه‌ای برای کاربران سیستم‌های باطری-دارند. خطرات ایمنی LIB شامل تخلیه بیش از-، اتصال کوتاه، دمای بالا و سوء استفاده مکانیکی است. ده ها استاندارد ایمنی بین المللی و الزامات طراحی برای باتری های لیتیوم{5} یون وجود دارد. این مقاله پنج استاندارد ایمنی متداول برای باتری‌های لیتیوم- و همچنین برخی ملاحظات اساسی هنگام تعیین محفظه آزمایش LIB را معرفی می‌کند.