सध्या, लिथियम-आयन बॅटरीचे बहुतेक अपघात संरक्षण सर्किटमध्ये बिघाड झाल्यामुळे होतात, ज्यामुळे बॅटरी थर्मल पळून जाते आणि परिणामी आग आणि स्फोट होतो. म्हणून, लिथियम बॅटरीचा सुरक्षित वापर लक्षात येण्यासाठी, संरक्षण सर्किटचे डिझाइन विशेषतः महत्वाचे आहे आणि लिथियम बॅटरीच्या अपयशास कारणीभूत असलेले सर्व घटक विचारात घेतले पाहिजेत. उत्पादन प्रक्रियेच्या व्यतिरीक्त, अयशस्वी मूलतः बाह्य अतिपरिस्थितीतील बदलांमुळे होतात, जसे की अति-चार्ज, अति-डिस्चार्ज आणि उच्च तापमान. जर या पॅरामीटर्सचे रिअल टाइममध्ये परीक्षण केले गेले आणि ते बदलल्यावर संबंधित संरक्षणात्मक उपाय केले गेले, तर थर्मल पळून जाण्याची घटना टाळता येईल. लिथियम बॅटरीच्या सुरक्षा डिझाइनमध्ये अनेक पैलूंचा समावेश होतो: सेल निवड, संरचनात्मक डिझाइन आणि बीएमएसचे कार्यात्मक सुरक्षा डिझाइन.

सेल निवड

सेल सुरक्षेवर परिणाम करणारे अनेक घटक आहेत ज्यामध्ये सेल सामग्रीची निवड हा पाया आहे. वेगवेगळ्या रासायनिक गुणधर्मांमुळे, लिथियम बॅटरीच्या वेगवेगळ्या कॅथोड सामग्रीमध्ये सुरक्षितता बदलते. उदाहरणार्थ, लिथियम लोह फॉस्फेट ऑलिव्हिन-आकाराचे आहे, जे तुलनेने स्थिर आहे आणि कोसळणे सोपे नाही. लिथियम कोबाल्टेट आणि लिथियम टर्नरी, तथापि, स्तरीय रचना आहेत जी कोसळणे सोपे आहे. विभाजक निवडणे देखील खूप महत्वाचे आहे, कारण त्याची कार्यक्षमता थेट सेलच्या सुरक्षिततेशी संबंधित आहे. म्हणून सेल निवडताना, केवळ शोध अहवालच नव्हे तर निर्मात्याची उत्पादन प्रक्रिया, साहित्य आणि त्यांचे मापदंड देखील विचारात घेतले जातील.

स्ट्रक्चर डिझाइन

बॅटरीची रचना मुख्यतः इन्सुलेशन आणि उष्णता नष्ट करण्याच्या आवश्यकतांचा विचार करते.

• इन्सुलेशन आवश्यकतांमध्ये सामान्यतः खालील बाबींचा समावेश असतो: सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडमधील इन्सुलेशन; सेल आणि संलग्नक दरम्यान इन्सुलेशन; पोल टॅब आणि संलग्नक दरम्यान इन्सुलेशन; पीसीबी इलेक्ट्रिकल स्पेसिंग आणि क्रिपेज अंतर, अंतर्गत वायरिंग डिझाइन, ग्राउंडिंग डिझाइन इ.
• उष्णतेचा अपव्यय प्रामुख्याने काही मोठ्या ऊर्जा साठवणुकीसाठी किंवा कर्षण बॅटरीसाठी होतो. या बॅटरीजच्या उच्च उर्जेमुळे, चार्जिंग आणि डिस्चार्ज करताना निर्माण होणारी उष्णता प्रचंड आहे. जर उष्णता वेळेत विसर्जित केली जाऊ शकत नाही, तर उष्णता जमा होते आणि अपघात होतात. म्हणून, बंदिस्त सामग्रीची निवड आणि रचना (त्यात विशिष्ट यांत्रिक शक्ती आणि धूळरोधक आणि जलरोधक आवश्यकता असणे आवश्यक आहे), कूलिंग सिस्टम आणि इतर अंतर्गत थर्मल इन्सुलेशन, उष्णता नष्ट करणे आणि अग्निशामक प्रणालीची निवड या सर्व गोष्टी विचारात घेतल्या पाहिजेत.

बॅटरी कूलिंग सिस्टीमची निवड आणि अनुप्रयोगासाठी, कृपया मागील इश्यूचा संदर्भ घ्या.

कार्यात्मक सुरक्षा डिझाइन

भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म हे निर्धारित करतात की सामग्री चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग व्होल्टेज मर्यादित करू शकत नाही. एकदा चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग व्होल्टेज रेट केलेल्या श्रेणीपेक्षा जास्त झाले की, यामुळे लिथियम बॅटरीला अपरिवर्तनीय नुकसान होईल. म्हणून, लिथियम बॅटरी कार्यरत असताना अंतर्गत सेलचे व्होल्टेज आणि प्रवाह सामान्य स्थितीत राखण्यासाठी संरक्षण सर्किट जोडणे आवश्यक आहे. बॅटरीच्या BMS साठी, खालील कार्ये आवश्यक आहेत:

• चार्जिंग ओव्हर व्होल्टेज संरक्षण: ओव्हरचार्ज हे थर्मल धावपळीचे एक मुख्य कारण आहे. ओव्हरचार्ज केल्यानंतर, जास्त प्रमाणात लिथियम आयन सोडल्यामुळे कॅथोड सामग्री कोसळेल आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडमध्ये लिथियम पर्जन्य देखील होईल, ज्यामुळे थर्मल स्थिरता कमी होते आणि साइड रिॲक्शन्समध्ये वाढ होते, ज्यामुळे थर्मल पळून जाण्याचा संभाव्य धोका असतो. म्हणून, चार्जिंग सेलच्या वरच्या मर्यादेच्या व्होल्टेजपर्यंत पोहोचल्यानंतर वेळेत विद्युत प्रवाह कापून टाकणे विशेषतः महत्वाचे आहे. यासाठी BMS ला चार्जिंग ओव्हर व्होल्टेज संरक्षणाचे कार्य असणे आवश्यक आहे, जेणेकरून सेलचा व्होल्टेज नेहमी कार्यरत मर्यादेत ठेवला जाईल. हे चांगले होईल की संरक्षण व्होल्टेज हे श्रेणीचे मूल्य नाही आणि ते मोठ्या प्रमाणात बदलते, कारण यामुळे बॅटरी पूर्ण चार्ज झाल्यावर वेळेत विद्युतप्रवाह बंद करू शकत नाही, परिणामी जास्त चार्ज होऊ शकतो. BMS चे संरक्षण व्होल्टेज सामान्यतः सेलच्या वरच्या व्होल्टेजपेक्षा समान किंवा किंचित कमी करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे.
• वर्तमान संरक्षणावर चार्जिंग: चार्ज किंवा डिस्चार्ज मर्यादेपेक्षा जास्त करंट असलेल्या बॅटरी चार्ज केल्याने उष्णता जमा होऊ शकते. जेव्हा डायाफ्राम वितळण्यासाठी पुरेशी उष्णता जमा होते, तेव्हा ते अंतर्गत शॉर्ट सर्किट होऊ शकते. त्यामुळे वर्तमान संरक्षणावर वेळेवर चार्जिंग करणे देखील आवश्यक आहे. आम्ही लक्ष दिले पाहिजे की ओव्हर करंट प्रोटेक्शन डिझाईनमधील सेल करंट टॉलरन्सपेक्षा जास्त असू शकत नाही.
• व्होल्टेज संरक्षण अंतर्गत डिस्चार्ज: खूप मोठे किंवा खूप लहान व्होल्टेज बॅटरी कार्यक्षमतेस नुकसान करेल. व्होल्टेज अंतर्गत सतत डिस्चार्ज केल्याने तांबे अवक्षेपित होईल आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड कोसळेल, त्यामुळे सामान्यतः बॅटरीमध्ये व्होल्टेज संरक्षण कार्य अंतर्गत डिस्चार्ज असेल.
• वर्तमान संरक्षणावर डिस्चार्ज: बहुतेक पीसीबी चार्ज आणि डिस्चार्ज समान इंटरफेसद्वारे, या प्रकरणात चार्ज आणि डिस्चार्ज संरक्षण प्रवाह सुसंगत आहे. परंतु काही बॅटरी, विशेषत: इलेक्ट्रिक टूल्ससाठी बॅटरी, जलद चार्जिंग आणि इतर प्रकारच्या बॅटरियांना मोठ्या वर्तमान डिस्चार्ज किंवा चार्जिंगचा वापर करणे आवश्यक आहे, यावेळी वर्तमान विसंगत आहे, म्हणून दोन लूप कंट्रोलमध्ये चार्ज करणे आणि डिस्चार्ज करणे चांगले आहे.
• शॉर्ट सर्किट संरक्षण: बॅटरी शॉर्ट सर्किट देखील सर्वात सामान्य दोषांपैकी एक आहे. काही टक्कर, गैरवापर, पिळणे, सुई लावणे, पाणी प्रवेश करणे इत्यादी, शॉर्ट सर्किट प्रवृत्त करणे सोपे आहे. शॉर्ट सर्किट ताबडतोब मोठ्या डिस्चार्ज करंट तयार करेल, परिणामी बॅटरी तापमानात तीव्र वाढ होईल. त्याच वेळी, बाह्य शॉर्ट सर्किटनंतर सेलमध्ये इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांची मालिका घडते, ज्यामुळे एक्झोथर्मिक प्रतिक्रियांची मालिका होते. शॉर्ट सर्किट संरक्षण देखील एक प्रकारचे ओव्हर करंट संरक्षण आहे. परंतु शॉर्ट सर्किट चालू असीम असेल, आणि उष्णता आणि हानी देखील असीम आहे, म्हणून संरक्षण अतिशय संवेदनशील असणे आवश्यक आहे आणि स्वयंचलितपणे ट्रिगर केले जाऊ शकते. सामान्य शॉर्ट सर्किट संरक्षण उपायांमध्ये कॉन्टॅक्टर्स, फ्यूज, एमओएस इ.
• जास्त तापमान संरक्षण: बॅटरी सभोवतालच्या तापमानास संवेदनशील असते. खूप जास्त किंवा खूप कमी तापमान त्याच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करेल. त्यामुळे, बॅटरी मर्यादेच्या तापमानात कार्यरत ठेवणे महत्त्वाचे आहे. जेव्हा तापमान खूप जास्त किंवा खूप कमी असते तेव्हा बॅटरी थांबवण्यासाठी BMS मध्ये तापमान संरक्षण कार्य असावे. हे चार्ज तापमान संरक्षण आणि डिस्चार्ज तापमान संरक्षण इत्यादींमध्ये देखील विभागले जाऊ शकते.
• बॅलन्सिंग फंक्शन: नोटबुक आणि इतर मल्टी-सिरीज बॅटरीसाठी, उत्पादन प्रक्रियेतील फरकांमुळे पेशींमध्ये विसंगती आहे. उदाहरणार्थ, काही पेशींचा अंतर्गत प्रतिकार इतरांपेक्षा मोठा असतो. बाह्य वातावरणाच्या प्रभावाखाली ही विसंगती हळूहळू खराब होत जाईल. म्हणून, सेलचे संतुलन कार्यान्वित करण्यासाठी शिल्लक व्यवस्थापन कार्य करणे आवश्यक आहे. सामान्यतः दोन प्रकारचे समतोल असते:

1.पॅसिव्ह बॅलन्सिंग: हार्डवेअर वापरा, जसे की व्होल्टेज कंपॅरेटर, आणि नंतर उच्च-क्षमतेच्या बॅटरीची अतिरिक्त शक्ती सोडण्यासाठी प्रतिरोधक उष्णता नष्ट करणे वापरा. परंतु ऊर्जेचा वापर मोठा आहे, समानीकरण गती कमी आहे आणि कार्यक्षमता कमी आहे.

2.सक्रिय संतुलन: उच्च व्होल्टेज असलेल्या सेलची शक्ती साठवण्यासाठी कॅपेसिटर वापरा आणि कमी व्होल्टेजसह सेलमध्ये सोडते. तथापि, जेव्हा समीप पेशींमधील दाबाचा फरक लहान असतो, तेव्हा समीकरण वेळ मोठा असतो आणि समीकरण व्होल्टेज थ्रेशोल्ड अधिक लवचिकपणे सेट केले जाऊ शकते.

मानक प्रमाणीकरण

शेवटी, जर तुम्हाला तुमच्या बॅटरी आंतरराष्ट्रीय किंवा देशांतर्गत बाजारपेठेत यशस्वीपणे प्रवेश करायच्या असतील, तर त्यांना लिथियम-आयन बॅटरीची सुरक्षितता सुनिश्चित करण्यासाठी संबंधित मानकांची पूर्तता करणे देखील आवश्यक आहे. पेशींपासून ते बॅटरीपर्यंत आणि यजमान उत्पादनांनी संबंधित चाचणी मानकांची पूर्तता केली पाहिजे. हा लेख इलेक्ट्रॉनिक IT उत्पादनांसाठी घरगुती बॅटरी संरक्षण आवश्यकतांवर लक्ष केंद्रित करेल.

GB 31241-2022

हे मानक पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या बॅटरीसाठी आहे. हे प्रामुख्याने टर्म 5.2 सुरक्षित कार्य मापदंड, पीसीएमसाठी 10.1 ते 10.5 सुरक्षा आवश्यकता, सिस्टम प्रोटेक्शन सर्किटवरील 11.1 ते 11.5 सुरक्षा आवश्यकता (जेव्हा बॅटरी स्वतःच संरक्षणाशिवाय असते), 12.1 आणि 12.2 सुसंगततेसाठी आवश्यकता आणि परिशिष्ट A (दस्तऐवजांसाठी) विचारात घेते. .

u टर्म 5.2 मध्ये सेलची आवश्यकता आणि बॅटरी पॅरामीटर्स जुळले पाहिजेत, जे समजले जाऊ शकते कारण बॅटरीचे कार्यरत पॅरामीटर्स सेलच्या श्रेणीपेक्षा जास्त नसावेत. तथापि, बॅटरी संरक्षण पॅरामीटर्स हे सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे की बॅटरी कार्यरत पॅरामीटर्स सेलच्या श्रेणीपेक्षा जास्त नाहीत? भिन्न समज आहेत, परंतु बॅटरी डिझाइन सुरक्षिततेच्या दृष्टीकोनातून, उत्तर होय आहे. उदाहरणार्थ, सेलचा (किंवा सेल ब्लॉक) जास्तीत जास्त चार्जिंग करंट 3000mA आहे, बॅटरीचा कमाल कार्यरत करंट 3000mA पेक्षा जास्त नसावा आणि बॅटरीच्या संरक्षण करंटने हे देखील सुनिश्चित केले पाहिजे की चार्जिंग प्रक्रियेत विद्युत प्रवाह जास्त नसावा. 3000mA केवळ अशा प्रकारे आपण प्रभावीपणे संरक्षण करू शकतो आणि धोके टाळू शकतो. संरक्षण पॅरामीटर्सच्या डिझाइनसाठी, कृपया परिशिष्ट A पहा. ते वापरात असलेल्या सेल – बॅटरी – होस्टच्या पॅरामीटर डिझाइनचा विचार करते, जे तुलनेने व्यापक आहे.

u संरक्षण सर्किट असलेल्या बॅटरीसाठी, 10.1~10.5 बॅटरी संरक्षण सर्किट सुरक्षा चाचणी आवश्यक आहे. हा धडा प्रामुख्याने चार्जिंग ओव्हर व्होल्टेज संरक्षण, वर्तमान संरक्षणावर चार्जिंग, व्होल्टेज संरक्षणाखाली डिस्चार्ज, वर्तमान संरक्षणावर डिस्चार्ज आणि शॉर्ट सर्किट संरक्षणाची चौकशी करतो. हे वर नमूद केले आहेतकार्यात्मक सुरक्षा डिझाइनआणि मूलभूत आवश्यकता. GB 31241 साठी 500 वेळा तपासणे आवश्यक आहे.

u संरक्षण सर्किट नसलेली बॅटरी त्याच्या चार्जर किंवा एंड उपकरणाद्वारे संरक्षित असल्यास, 11.1~11.5 सिस्टम संरक्षण सर्किटची सुरक्षा चाचणी बाह्य संरक्षण उपकरणासह आयोजित केली जाईल. चार्ज आणि डिस्चार्जचे व्होल्टेज, वर्तमान आणि तापमान नियंत्रण प्रामुख्याने तपासले जाते. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की, संरक्षण सर्किट असलेल्या बॅटरीच्या तुलनेत, संरक्षण सर्किट नसलेल्या बॅटरी केवळ वास्तविक वापरात उपकरणांच्या संरक्षणावर अवलंबून राहू शकतात. जोखीम जास्त आहे, त्यामुळे सामान्य ऑपरेशन आणि सिंगल फॉल्ट परिस्थितीची स्वतंत्रपणे चाचणी केली जाईल. हे अंतिम डिव्हाइसला दुहेरी संरक्षण करण्यास भाग पाडते; अन्यथा तो अध्याय 11 मध्ये चाचणी उत्तीर्ण करू शकत नाही.

शेवटी, बॅटरीमध्ये अनेक मालिका सेल असल्यास, तुम्हाला असंतुलित चार्जिंगच्या घटनेचा विचार करणे आवश्यक आहे. धडा 12 ची अनुरूपता चाचणी आवश्यक आहे. PCB चे संतुलन आणि विभेदक दाब संरक्षण कार्य प्रामुख्याने येथे तपासले जातात. हे कार्य सिंगल-सेल बॅटरीसाठी आवश्यक नाही.

GB ४९४३.१-२०२२

हे मानक AV उत्पादनांसाठी आहे. बॅटरीवर चालणाऱ्या इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांच्या वाढत्या वापरामुळे, GB 4943.1-2022 ची नवीन आवृत्ती परिशिष्ट M मध्ये बॅटरीसाठी विशिष्ट आवश्यकता देते, बॅटरी आणि त्यांच्या संरक्षण सर्किट्ससह उपकरणांचे मूल्यांकन करते. बॅटरी संरक्षण सर्किटच्या मूल्यांकनाच्या आधारावर, दुय्यम लिथियम बॅटरी असलेल्या उपकरणांसाठी अतिरिक्त सुरक्षा आवश्यकता देखील जोडल्या गेल्या आहेत.

u दुय्यम लिथियम बॅटरी संरक्षण सर्किट प्रामुख्याने ओव्हर-चार्ज, ओव्हर-डिस्चार्ज, रिव्हर्स चार्जिंग, चार्जिंग सुरक्षा संरक्षण (तापमान), शॉर्ट सर्किट संरक्षण इ. तपासते. हे लक्षात घ्यावे की या सर्व चाचण्यांना संरक्षण सर्किटमध्ये एकच दोष आवश्यक आहे. ही आवश्यकता बॅटरी मानक GB 31241 मध्ये नमूद केलेली नाही. त्यामुळे बॅटरी संरक्षण कार्याच्या डिझाइनमध्ये, आम्हाला बॅटरी आणि होस्टच्या मानक आवश्यकता एकत्र करणे आवश्यक आहे. जर बॅटरीमध्ये फक्त एकच संरक्षण असेल आणि कोणतेही अनावश्यक घटक नसतील किंवा बॅटरीमध्ये कोणतेही संरक्षण सर्किट नसेल आणि संरक्षण सर्किट फक्त होस्टद्वारे प्रदान केले असेल तर, चाचणीच्या या भागासाठी होस्टचा समावेश केला पाहिजे.

निष्कर्ष

शेवटी, सुरक्षित बॅटरी डिझाइन करण्यासाठी, सामग्रीच्या स्वतःच्या निवडीव्यतिरिक्त, त्यानंतरचे स्ट्रक्चरल डिझाइन आणि कार्यात्मक सुरक्षा डिझाइन तितकेच महत्वाचे आहेत. जरी वेगवेगळ्या मानकांच्या उत्पादनांसाठी वेगवेगळ्या आवश्यकता आहेत, जर बॅटरी डिझाइनच्या सुरक्षिततेचा पूर्णपणे भिन्न बाजारांच्या आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी विचार केला जाऊ शकतो, तर लीड टाइम मोठ्या प्रमाणात कमी केला जाऊ शकतो आणि उत्पादनास बाजारपेठेत गती दिली जाऊ शकते. विविध देश आणि प्रदेशांचे कायदे, नियम आणि मानके एकत्रित करण्याव्यतिरिक्त, टर्मिनल उत्पादनांमध्ये बॅटरीच्या वास्तविक वापरावर आधारित उत्पादनांची रचना करणे देखील आवश्यक आहे.