हाल, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको अधिकांश सुरक्षा दुर्घटनाहरू सुरक्षा सर्किटको विफलताका कारण हुन्छन्, जसले ब्याट्री थर्मल भाग्ने र आगो र विस्फोटको परिणाम दिन्छ। त्यसकारण, लिथियम ब्याट्रीको सुरक्षित प्रयोगलाई महसुस गर्न, सुरक्षा सर्किटको डिजाइन विशेष गरी महत्त्वपूर्ण छ, र लिथियम ब्याट्रीको विफलताको कारणले गर्दा सबै प्रकारका कारकहरूलाई ध्यानमा राख्नु पर्छ। उत्पादन प्रक्रियाको अतिरिक्त, विफलताहरू मूल रूपमा बाह्य चरम अवस्थाहरूमा परिवर्तनहरूको कारणले गर्दा हुन्छ, जस्तै ओभर-चार्ज, ओभर-डिस्चार्ज र उच्च तापमान। यदि यी प्यारामिटरहरू वास्तविक समयमा निगरानी गरिन्छ र तिनीहरू परिवर्तन हुँदा सम्बन्धित सुरक्षा उपायहरू लिइनेछ भने, थर्मल रनअवेको घटनाबाट बच्न सकिन्छ। लिथियम ब्याट्रीको सुरक्षा डिजाइनमा धेरै पक्षहरू समावेश छन्: सेल चयन, संरचनात्मक डिजाइन र BMS को कार्यात्मक सुरक्षा डिजाइन।

सेल चयन

सेल सुरक्षालाई असर गर्ने धेरै कारकहरू छन् जसमा सेल सामग्रीको छनोट आधार हो। विभिन्न रासायनिक गुणहरूको कारण, सुरक्षा लिथियम ब्याट्रीको विभिन्न क्याथोड सामग्रीहरूमा भिन्न हुन्छ। उदाहरण को लागी, लिथियम फलाम फास्फेट ओलिभिन आकार को छ, जो अपेक्षाकृत स्थिर छ र पतन गर्न सजिलो छैन। लिथियम कोबाल्टेट र लिथियम टर्नरी, तथापि, स्तरित संरचना हो जुन पतन गर्न सजिलो छ। विभाजक चयन पनि धेरै महत्त्वपूर्ण छ, किनकि यसको कार्यसम्पादन प्रत्यक्ष रूपमा सेलको सुरक्षासँग सम्बन्धित छ। त्यसैले सेलको छनोटमा, पत्ता लगाउने रिपोर्टहरू मात्र होइन तर निर्माताको उत्पादन प्रक्रिया, सामग्री र तिनीहरूको प्यारामिटरहरू पनि विचार गरिनेछ।

संरचना डिजाइन

ब्याट्रीको संरचना डिजाइन मुख्यतया इन्सुलेशन र गर्मी अपव्यय को आवश्यकताहरु लाई विचार गर्दछ।

• इन्सुलेशन आवश्यकताहरू सामान्यतया निम्न पक्षहरू समावेश गर्दछ: सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोड बीच इन्सुलेशन; सेल र घेरा बीच इन्सुलेशन; पोल ट्याब र घेरा बीच इन्सुलेशन; PCB विद्युतीय स्पेसिङ र क्रीपेज दूरी, आन्तरिक तार डिजाइन, ग्राउन्डिङ डिजाइन, आदि।
• तातो अपव्यय मुख्यतया केहि ठूलो ऊर्जा भण्डारण वा कर्षण ब्याट्रीहरूको लागि हो। यी ब्याट्रीहरूको उच्च ऊर्जाको कारण, चार्ज गर्दा र डिस्चार्ज गर्दा उत्पन्न हुने गर्मी ठूलो छ। यदि समयमै गर्मी फैलाउन नसक्दा, गर्मी जम्मा हुन्छ र दुर्घटनाहरू निम्त्याउँछ। तसर्थ, घेरा सामग्रीको छनोट र डिजाइन (यससँग निश्चित मेकानिकल बल र डस्टप्रूफ र वाटरप्रूफ आवश्यकताहरू हुनुपर्दछ), शीतलन प्रणाली र अन्य आन्तरिक थर्मल इन्सुलेशन, तातो अपव्यय र आगो निभाउने प्रणालीको चयन सबैलाई ध्यानमा राख्नुपर्छ।

ब्याट्री शीतलन प्रणालीको चयन र अनुप्रयोगको लागि, कृपया अघिल्लो जारीलाई सन्दर्भ गर्नुहोस्।

कार्यात्मक सुरक्षा डिजाइन

भौतिक र रासायनिक गुणहरूले निर्धारण गर्दछ कि सामग्रीले चार्ज र डिस्चार्ज भोल्टेजलाई सीमित गर्न सक्दैन। एकपटक चार्जिङ र डिस्चार्जिङ भोल्टेजले मूल्याङ्कन गरिएको दायरा नाघ्यो, यसले लिथियम ब्याट्रीलाई अपरिवर्तनीय क्षति निम्त्याउँछ। त्यसकारण, लिथियम ब्याट्रीले काम गरिरहेको बेला आन्तरिक सेलको भोल्टेज र वर्तमानलाई सामान्य अवस्थामा कायम राख्न सुरक्षा सर्किट थप्न आवश्यक छ। ब्याट्रीहरूको BMS को लागि, निम्न प्रकार्यहरू आवश्यक छन्:

• ओभर भोल्टेज सुरक्षा चार्ज गर्दै: थर्मल भाग्ने मुख्य कारणहरू मध्ये एक ओभरचार्ज हो। ओभरचार्ज पछि, क्याथोड सामग्री अत्यधिक लिथियम आयन रिलिजको कारण पतन हुनेछ, र नकारात्मक इलेक्ट्रोडमा लिथियम वर्षा पनि हुनेछ, जसले थर्मल स्थिरतामा कमी ल्याउने र साइड प्रतिक्रियाहरू बढाउँछ, जसमा थर्मल रनअवेको सम्भावित जोखिम हुन्छ। तसर्थ, चार्जिङ सेलको माथिल्लो सीमा भोल्टेजमा पुगेपछि समयमै करेन्ट काट्नु विशेष महत्त्वपूर्ण हुन्छ। यसका लागि BMS लाई ओभर भोल्टेज सुरक्षा चार्ज गर्ने कार्य गर्न आवश्यक छ, ताकि सेलको भोल्टेज सधैं कार्य सीमा भित्र राखियोस्। यो राम्रो हुनेछ कि सुरक्षा भोल्टेज दायरा मान होइन र व्यापक रूपमा भिन्न हुन्छ, किनकि यसले ब्याट्रीलाई पूर्ण रूपमा चार्ज गर्ने समयमा करेन्ट काट्न असफल हुन सक्छ, जसको परिणामस्वरूप ओभरचार्ज हुन्छ। BMS को सुरक्षा भोल्टेज सामान्यतया सेलको माथिल्लो भोल्टेज भन्दा समान वा थोरै कम हुन डिजाइन गरिएको छ।
• हालको सुरक्षामा चार्ज गर्दै: चार्ज वा डिस्चार्ज सीमा भन्दा बढी करेन्टको साथ ब्याट्री चार्ज गर्दा तातो संचय हुन सक्छ। जब डायाफ्राम पग्लन पर्याप्त गर्मी जम्मा हुन्छ, यसले आन्तरिक सर्ट सर्किट निम्त्याउन सक्छ। त्यसैले वर्तमान सुरक्षामा समयमै चार्ज गर्नु पनि आवश्यक छ। हामीले ध्यान दिनुपर्छ कि हालको सुरक्षा डिजाइनमा सेल वर्तमान सहिष्णुता भन्दा उच्च हुन सक्दैन।
• भोल्टेज संरक्षण अन्तर्गत डिस्चार्ज: धेरै ठूलो वा धेरै सानो भोल्टेजले ब्याट्री कार्यसम्पादनलाई हानि पुर्‍याउँछ। भोल्टेज अन्तर्गत निरन्तर डिस्चार्जले तामालाई अवक्षेपण गर्न र नकारात्मक इलेक्ट्रोडलाई पतन गराउनेछ, त्यसैले सामान्यतया ब्याट्रीमा भोल्टेज सुरक्षा प्रकार्य अन्तर्गत डिस्चार्ज हुनेछ।
• हालको सुरक्षामा डिस्चार्ज: धेरै जसो PCB चार्ज र डिस्चार्ज एउटै इन्टरफेस मार्फत, यस अवस्थामा चार्ज र डिस्चार्ज सुरक्षा वर्तमान अनुरूप छ। तर केही ब्याट्रीहरू, विशेष गरी बिजुली उपकरणहरूका लागि ब्याट्रीहरू, द्रुत चार्जिङ र अन्य प्रकारका ब्याट्रीहरूले ठूलो वर्तमान डिस्चार्ज वा चार्जिङ प्रयोग गर्न आवश्यक छ, यस समयमा वर्तमान असंगत छ, त्यसैले यो दुई लूप नियन्त्रणमा चार्ज र डिस्चार्ज गर्न राम्रो छ।
• सर्ट सर्किट सुरक्षा: ब्याट्री सर्ट सर्किट पनि सबैभन्दा सामान्य गल्ती मध्ये एक हो। केही टक्कर, दुरुपयोग, निचोड, सुई, पानी प्रवेश, आदि, सर्ट सर्किट प्रेरित गर्न सजिलो छ। सर्ट सर्किटले तुरुन्तै ठूलो डिस्चार्ज करेन्ट उत्पन्न गर्नेछ, जसले गर्दा ब्याट्रीको तापक्रममा तीव्र वृद्धि हुन्छ। एकै समयमा, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाहरूको एक श्रृंखला सामान्यतया बाह्य सर्ट सर्किट पछि सेलमा हुन्छ, जसले बाह्य थर्मिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखला निम्त्याउँछ। सर्ट सर्किट संरक्षण पनि एक प्रकारको वर्तमान सुरक्षा हो। तर सर्ट सर्किट वर्तमान असीमित हुनेछ, र गर्मी र हानि पनि असीमित छ, त्यसैले सुरक्षा धेरै संवेदनशील हुनुपर्छ र स्वचालित रूपमा ट्रिगर गर्न सकिन्छ। सामान्य सर्ट सर्किट सुरक्षा उपायहरूमा सम्पर्ककर्ताहरू, फ्यूज, मोस, आदि समावेश छन्।
• बढी तापक्रम सुरक्षा: ब्याट्री परिवेशको तापक्रमप्रति संवेदनशील हुन्छ। धेरै उच्च वा धेरै कम तापक्रमले यसको कार्यसम्पादनलाई असर गर्छ। तसर्थ, ब्याट्रीलाई सीमाको तापक्रम भित्र सञ्चालन गर्न महत्त्वपूर्ण छ। तापमान धेरै उच्च वा धेरै कम हुँदा ब्याट्री रोक्नको लागि BMS मा तापक्रम सुरक्षा प्रकार्य हुनुपर्छ। यसलाई चार्ज तापमान संरक्षण र डिस्चार्ज तापमान सुरक्षा, आदि मा पनि उपविभाजित गर्न सकिन्छ।
• ब्यालेन्सिङ प्रकार्य: नोटबुक र अन्य बहु-श्रृङ्खला ब्याट्रीहरूको लागि, उत्पादन प्रक्रियामा भिन्नताहरूको कारण सेलहरू बीच असंगतता छ। उदाहरण को लागी, केहि कोशिकाहरु को आन्तरिक प्रतिरोध अरु भन्दा ठूलो छ। बाह्य वातावरणको प्रभावमा यो विसंगति बिस्तारै खराब हुँदै जान्छ। तसर्थ, सेलको सन्तुलन कार्यान्वयन गर्न सन्तुलन व्यवस्थापन प्रकार्य हुनु आवश्यक छ। त्यहाँ सामान्यतया दुई प्रकारका सन्तुलनहरू छन्:

1. निष्क्रिय सन्तुलन: हार्डवेयर प्रयोग गर्नुहोस्, जस्तै भोल्टेज तुलनाकर्ता, र त्यसपछि उच्च क्षमता ब्याट्री को अतिरिक्त शक्ति जारी गर्न प्रतिरोध गर्मी अपव्यय प्रयोग गर्नुहोस्। तर ऊर्जा खपत ठूलो छ, समानीकरण गति ढिलो छ, र दक्षता कम छ।

२.सक्रिय सन्तुलन: उच्च भोल्टेज भएका कक्षहरूको शक्ति भण्डारण गर्न क्यापेसिटरहरू प्रयोग गर्नुहोस् र यसलाई कम भोल्टेजको साथ सेलमा छोड्नुहोस्। यद्यपि, जब छेउछाउका कक्षहरू बीचको दबाव भिन्नता सानो हुन्छ, समीकरण समय लामो हुन्छ, र समीकरण भोल्टेज थ्रेसहोल्ड थप लचिलो रूपमा सेट गर्न सकिन्छ।

मानक प्रमाणीकरण

अन्तमा, यदि तपाईं आफ्नो ब्याट्रीहरू सफलतापूर्वक अन्तर्राष्ट्रिय वा घरेलु बजारमा प्रवेश गर्न चाहनुहुन्छ भने, तिनीहरूले पनि लिथियम-आयन ब्याट्रीको सुरक्षा सुनिश्चित गर्न सम्बन्धित मापदण्डहरू पूरा गर्न आवश्यक छ। कक्षहरूबाट ब्याट्रीहरू र होस्ट उत्पादनहरू अनुरूप परीक्षण मापदण्डहरू पूरा गर्नुपर्छ। यस लेखले इलेक्ट्रोनिक आईटी उत्पादनहरूको लागि घरेलु ब्याट्री सुरक्षा आवश्यकताहरूमा ध्यान केन्द्रित गर्नेछ।

GB 31241-2022

यो मानक पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको ब्याट्रीहरूको लागि हो। यसले मुख्यतया टर्म 5.2 सुरक्षित कार्य प्यारामिटरहरू, PCM का लागि 10.1 देखि 10.5 सुरक्षा आवश्यकताहरू, प्रणाली सुरक्षा सर्किटमा 11.1 देखि 11.5 सुरक्षा आवश्यकताहरू (जब ब्याट्री आफै सुरक्षा बिना हुन्छ), 12.1 र 12.2 स्थिरताका लागि आवश्यकताहरू, र परिशिष्ट A (कागजातहरूका लागि) लाई विचार गर्दछ। ।

u टर्म 5.2 को आवश्यकताहरू सेल र ब्याट्री प्यारामिटरहरू मिल्नुपर्छ, जसलाई ब्याट्रीको कार्य मापदण्डहरू सेलहरूको दायरा भन्दा बढी हुनु हुँदैन भनेर बुझ्न सकिन्छ। यद्यपि, के ब्याट्री सुरक्षा प्यारामिटरहरू सुनिश्चित गर्न आवश्यक छ कि ब्याट्री काम गर्ने प्यारामिटरहरू कक्षहरूको दायरा भन्दा बढी छैन? त्यहाँ विभिन्न बुझाइहरू छन्, तर ब्याट्री डिजाइन सुरक्षाको दृष्टिकोणबाट, जवाफ हो हो। उदाहरण को लागी, सेल (वा सेल ब्लक) को अधिकतम चार्ज वर्तमान 3000mA हो, ब्याट्री को अधिकतम काम करन्ट 3000mA भन्दा बढी हुनु हुँदैन, र ब्याट्री को सुरक्षा वर्तमान चार्ज प्रक्रिया मा वर्तमान भन्दा बढि हुनु हुँदैन भनेर पनि सुनिश्चित गर्नुपर्छ। 3000mA केवल यस तरिकाले हामी प्रभावकारी रूपमा सुरक्षा र जोखिमहरूबाट बच्न सक्छौं। सुरक्षा मापदण्डहरूको डिजाइनको लागि, कृपया परिशिष्ट A लाई सन्दर्भ गर्नुहोस्। यसले प्रयोगमा रहेको सेल - ब्याट्री - होस्टको प्यारामिटर डिजाइनलाई विचार गर्दछ, जुन अपेक्षाकृत व्यापक छ।

u सुरक्षा सर्किट भएका ब्याट्रीहरूको लागि, 10.1 ~ 10.5 ब्याट्री सुरक्षा सर्किट सुरक्षा परीक्षण आवश्यक छ। यस अध्यायमा मुख्यतया चार्जिङ ओभर भोल्टेज सुरक्षा, वर्तमान सुरक्षामा चार्जिङ, भोल्टेज सुरक्षा अन्तर्गत डिस्चार्जिङ, वर्तमान सुरक्षामा डिस्चार्जिङ र सर्ट सर्किट सुरक्षाको बारेमा अनुसन्धान गरिन्छ। यी माथि उल्लेख गरिएको छकार्यात्मक सुरक्षा डिजाइनर आधारभूत आवश्यकताहरू। GB 31241 लाई 500 पटक जाँच गर्न आवश्यक छ।

u यदि सुरक्षा सर्किट बिनाको ब्याट्री यसको चार्जर वा अन्तिम यन्त्रद्वारा सुरक्षित गरिएको छ भने, 11.1 ~ 11.5 प्रणाली सुरक्षा सर्किटको सुरक्षा परीक्षण बाह्य सुरक्षा उपकरणसँग सञ्चालन गरिनेछ। चार्ज र डिस्चार्जको भोल्टेज, वर्तमान र तापमान नियन्त्रण मुख्य रूपमा अनुसन्धान गरिन्छ। यो ध्यान दिन लायक छ कि, सुरक्षा सर्किट संग ब्याट्री संग तुलना, सुरक्षा सर्किट बिना ब्याट्री मात्र वास्तविक प्रयोग मा उपकरण को सुरक्षा मा भर पर्न सक्छ। जोखिम उच्च छ, त्यसैले सामान्य सञ्चालन र एकल गल्ती अवस्थाहरू अलग-अलग परीक्षण गरिनेछ। यसले अन्तिम यन्त्रलाई दोहोरो सुरक्षा गर्न बाध्य पार्छ; अन्यथा यो अध्याय 11 मा परीक्षा पास गर्न सक्दैन।

u अन्तमा, यदि ब्याट्रीमा धेरै श्रृंखला कक्षहरू छन् भने, तपाईंले असंतुलित चार्जिङको घटनालाई विचार गर्न आवश्यक छ। अध्याय 12 को एक अनुरूपता परीक्षण आवश्यक छ। PCB को सन्तुलन र विभेदक दबाव सुरक्षा कार्यहरू मुख्य रूपमा यहाँ अनुसन्धान गरिन्छ। यो प्रकार्य एकल-सेल ब्याट्रीहरूको लागि आवश्यक छैन।

GB ४९४३.१-२०२२

यो मानक AV उत्पादनहरूको लागि हो। ब्याट्री-संचालित इलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूको बढ्दो प्रयोगको साथ, GB 4943.1-2022 को नयाँ संस्करणले एपेन्डिक्स M मा ब्याट्रीहरूका लागि विशेष आवश्यकताहरू प्रदान गर्दछ, ब्याट्रीहरू र तिनीहरूको सुरक्षा सर्किटहरूको मूल्याङ्कन गर्दै। ब्याट्री सुरक्षा सर्किटको मूल्याङ्कनको आधारमा, माध्यमिक लिथियम ब्याट्रीहरू भएका उपकरणहरूको लागि अतिरिक्त सुरक्षा आवश्यकताहरू पनि थपिएका छन्।

u सेकेन्डरी लिथियम ब्याट्री सुरक्षा सर्किटले मुख्यतया ओभर-चार्ज, ओभर-डिस्चार्ज, रिभर्स चार्जिङ, चार्जिङ सेफ्टी प्रोटेक्सन (तापमान), सर्ट सर्किट सुरक्षा, इत्यादिको जाँच गर्छ। यो ध्यान दिनु पर्छ कि यी सबै परीक्षणहरू सुरक्षा सर्किटमा एकल त्रुटि चाहिन्छ। यो आवश्यकता ब्याट्री मानक GB 31241 मा उल्लेख गरिएको छैन। त्यसैले ब्याट्री सुरक्षा प्रकार्यको डिजाइनमा, हामीले ब्याट्री र होस्टको मानक आवश्यकताहरू संयोजन गर्न आवश्यक छ। यदि ब्याट्रीमा एउटा मात्र सुरक्षा छ र कुनै अनावश्यक कम्पोनेन्टहरू छैनन्, वा ब्याट्रीमा कुनै सुरक्षा सर्किट छैन र सुरक्षा सर्किट होस्टद्वारा मात्र प्रदान गरिएको छ भने, परीक्षणको यस भागको लागि होस्टलाई समावेश गरिनुपर्छ।

निष्कर्ष

अन्तमा, सुरक्षित ब्याट्री डिजाइन गर्न, सामग्रीको छनोटको अतिरिक्त, पछिको संरचनात्मक डिजाइन र कार्यात्मक सुरक्षा डिजाइन समान रूपमा महत्त्वपूर्ण छन्। यद्यपि विभिन्न मापदण्डहरूमा उत्पादनहरूको लागि फरक आवश्यकताहरू छन्, यदि ब्याट्री डिजाइनको सुरक्षालाई विभिन्न बजारहरूको आवश्यकताहरू पूरा गर्न पूर्ण रूपमा विचार गर्न सकिन्छ भने, नेतृत्व समय धेरै कम गर्न सकिन्छ र उत्पादनलाई बजारमा द्रुत बनाउन सकिन्छ। विभिन्न देश र क्षेत्रहरूको कानून, नियम र मापदण्डहरू संयोजन गर्नुको साथै, टर्मिनल उत्पादनहरूमा ब्याट्रीहरूको वास्तविक प्रयोगमा आधारित उत्पादनहरू डिजाइन गर्न पनि आवश्यक छ।