लिथियम-आयन बैटरी विशेषताएँ
रासायनिक चक्र तालिका पर लिथियम सबसे छोटी और सबसे जीवंत धातु है। छोटी मात्रा और इतनी अधिक मात्रा घनत्व, यह उपभोक्ताओं और इंजीनियरों के साथ व्यापक रूप से लोकप्रिय है। लेकिन, रासायनिक विशेषताएं बहुत जीवंत हैं, यह एक अत्यंत उच्च जोखिम लाता है। लिथियम धातु जब हवा के संपर्क में आती है, तो ऑक्सीजन के साथ तीव्र ऑक्सीकरण और विस्फोट होता है। सुरक्षा और वोल्टेज में सुधार के लिए, वैज्ञानिकों ने लिथियम परमाणुओं को स्टोर करने के लिए ग्रेफाइट और लिथियम कोबाल्टेट जैसी सामग्री का आविष्कार किया है। इन सामग्रियों की आणविक संरचना एक छोटी भंडारण जाली बनाती है जिसका उपयोग लिथियम परमाणुओं को संग्रहीत करने के लिए किया जा सकता है। इस तरह, भले ही बैटरी खोल टूट जाए और ऑक्सीजन प्रवेश कर जाए, ऑक्सीजन अणुओं के लिए इन छोटी भंडारण कोशिकाओं में प्रवेश करने के लिए ऑक्सीजन बहुत बड़ी है, ताकि लिथियम परमाणु ऑक्सीजन से संपर्क न करें और विस्फोट से बचें। लिथियम-आयन बैटरी का यह सिद्धांत लोगों को इसकी उच्च क्षमता घनत्व प्राप्त करते हुए सुरक्षा उद्देश्यों को प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।
जब लिथियम आयन बैटरी को चार्ज किया जाता है, तो सकारात्मक लिथियम परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं और लिथियम आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं। लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड में तैरते हैं, नकारात्मक इलेक्ट्रोड के भंडारण जाली में प्रवेश करते हैं, और एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं, लिथियम परमाणुओं में कम हो जाते हैं। डिस्चार्ज होने पर, पूरी प्रक्रिया उलटी हो जाती है। सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों के बीच शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए, शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए कई पतले छिद्रों वाला एक डायाफ्राम पेपर। अच्छा डायाफ्राम पेपर भी स्वचालित रूप से ठीक छेद को बंद कर सकता है जब बैटरी का तापमान बहुत अधिक होता है, ताकि लिथियम आयन मार्शल आर्ट को बर्बाद करने के लिए, खतरे को रोकने के लिए पार न कर सकें।
सुरक्षात्मक उपाय
3.7V से ऊपर के वोल्टेज से अधिक चार्ज करने के बाद लिथियम बैटरी कोशिकाओं के दुष्प्रभाव शुरू हो सकते हैं। ओवरचार्ज वोल्टेज जितना अधिक होगा, जोखिम उतना ही अधिक होगा। लिथियम वोल्टेज 3.7V से अधिक होने के बाद, कैथोड सामग्री में लिथियम परमाणुओं की संख्या कैथोड सामग्री के आधे से भी कम होती है, जब भंडारण जाली अक्सर गिर जाती है, जिससे बैटरी क्षमता में स्थायी गिरावट आती है। यदि चार्जिंग जारी रहती है, तो बाद की लिथियम धातु नकारात्मक सामग्री की सतह पर जमा हो जाएगी क्योंकि नकारात्मक भंडारण जाली पहले से ही लिथियम परमाणुओं से भरी हुई है। ये लिथियम परमाणु नकारात्मक सतह से लिथियम आयनों की दिशा में शाखा क्रिस्टलीकरण बढ़ाते हैं। ये लिथियम धातु के क्रिस्टल डायफ्राम पेपर से होकर धनात्मक और ऋणात्मक ध्रुवों को शॉर्ट सर्किट करते हैं। कभी-कभी शॉर्ट सर्किट से पहले बैटरी फट जाती है, क्योंकि ओवरचार्जिंग प्रक्रिया में, इलेक्ट्रोलाइट और अन्य सामग्री गैस को तोड़ देगी, जिससे बैटरी खोल या दबाव वाल्व टूट जाएगा, जिससे ऑक्सीजन नकारात्मक सतह पर जमा लिथियम परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकेगा, और फिर विस्फोट। इसलिए, लिथियम बैटरी चार्ज करते समय, हमें एक ही समय में बैटरी के जीवन, क्षमता और सुरक्षा को ध्यान में रखते हुए वोल्टेज सीमा निर्धारित करनी चाहिए। आदर्श चार्जिंग वोल्टेज 3.6V की ऊपरी सीमा।
लिथियम बैटरी डिस्चार्ज के लिए लो वोल्टेज लिमिट भी होनी चाहिए। जब सेल वोल्टेज 2V से कम होता है, तो सामग्री का हिस्सा नष्ट होने लगता है। और क्योंकि बैटरी सेल्फ-डिस्चार्ज हो जाएगी, बैटरी जितनी लंबी चार्ज नहीं होगी, बैटरी वोल्टेज कम होगा। इसलिए, सेल वोल्ट को 2V तक डिस्चार्ज नहीं करना सबसे अच्छा है। 3.0V से 2.8V तक लिथियम बैटरी डिस्चार्ज क्षमता बैटरी क्षमता का केवल 3% है। इस प्रकार, 3.0V एक आदर्श डिस्चार्ज कट ऑफ वोल्टेज है।
चार्जिंग और डिस्चार्ज प्रोसेस में करंट लिमिट भी जरूरी है। जब करंट बहुत बड़ा होता है, तो लिथियम आयन स्टोरेज स्पेस में प्रवेश करने में बहुत देर कर देते हैं और सामग्री की सतह पर इकट्ठा हो जाते हैं। ये लिथियम आयन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं, सामग्री की सतह पर लिथियम परमाणु क्रिस्टलीकरण का उत्पादन करते हैं, जैसे कि ओवरचार्जिंग के साथ, खतरनाक होता है। यदि बैटरी का खोल टूट जाता है, तो यह फट जाता है।
इसलिए, लिथियम-आयन बैटरी की सुरक्षा में कम से कम तीन पहलू शामिल हैं: चार्जिंग वोल्टेज सीमा, डिस्चार्ज वोल्टेज सीमा और वर्तमान सीमा। आम तौर पर, लिथियम बैटरी पैक में, लिथियम सेल के अलावा, एक बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) होगी, बीएमएस मुख्य रूप से इन तीन सुरक्षा प्रदान करने के लिए उपकरण है। हालाँकि, बैटरी प्रबंधन प्रणाली स्पष्ट रूप से पर्याप्त नहीं है, हमने देखा है कि लिथियम बैटरी विस्फोट दुनिया भर में होता है। बैटरी सिस्टम की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, नीचे बैटरी विस्फोट के कारण का अधिक सावधानीपूर्वक विश्लेषण किया गया है:
बैटरी फटने के कारण:
1: बड़ा सेल आंतरिक ध्रुवीकरण!
2: ध्रुवीय प्लेट पानी को अवशोषित करती है और इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करती है।
3: इलेक्ट्रोलाइट की गुणवत्ता और प्रदर्शन की समस्याएं ही।
4: तरल इंजेक्शन राशि प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा नहीं करती है।
5: असेंबली प्रक्रिया, वायु रिसाव और रिसाव माप के दौरान लेजर वेल्डिंग का खराब सीलिंग प्रदर्शन।
6: धूल, ध्रुवीय धूल पहले माइक्रो शॉर्ट सर्किट का नेतृत्व करना आसान है, विशिष्ट कारण अज्ञात है।
7: सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट प्रक्रिया सीमा से अधिक मोटी होती है, और शेल में प्रवेश करना मुश्किल होता है।
8: इंजेक्शन सीलिंग समस्या, और स्टील बीड्स के खराब सीलिंग प्रदर्शन से गैस ड्रम होता है।
9: खोल सामग्री मोटी खोल दीवार है, और खोल विरूपण मोटाई को प्रभावित करता है।
विश्लेषण
लिथियम बैटरी विस्फोट के कारणों को संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:बाहरी शॉर्ट सर्किट, iआंतरिक शॉर्ट सर्किट,तथाज्यादा किराया. बैटरी पैक के खराब इन्सुलेशन डिज़ाइन के कारण शॉर्ट सर्किट सहित, यहां बाहरी सेल के बाहरी हिस्से को संदर्भित करता है।
जब बाहर शॉर्ट सर्किट होता है, तो बैटरी और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण सर्किट को काटने में विफल हो जाते हैं, सेल के अंदर उच्च गर्मी होगी, जिससे कुछ इलेक्ट्रोलाइट का वाष्पीकरण हो जाएगा और बैटरी का खोल बड़ा हो जाएगा। जब बैटरी का आंतरिक तापमान 135 डिग्री सेल्सियस तक अधिक होता है, तो गुणवत्ता वाला डायाफ्राम पेपर ठीक छेद को बंद कर देगा, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया समाप्त हो जाएगी या लगभग समाप्त हो जाएगी, करंट तेजी से गिरता है और तापमान धीरे-धीरे गिरता है, इस प्रकार विस्फोट से बचा जाता है। हालांकि, फाइन होल क्लोजिंग रेट बहुत खराब है, या डायफ्राम पेपर जो बिल्कुल भी बंद नहीं होता है, बैटरी के तापमान में वृद्धि जारी रखेगा, अधिक इलेक्ट्रोलाइट को वाष्पीकृत करेगा, और अंत में बैटरी शेल को तोड़ देगा, और यहां तक कि बनाने के लिए बैटरी का तापमान भी बढ़ा देगा। सामग्री जलती है और फट जाती है।
आंतरिक शॉर्ट सर्किट मुख्य रूप से तांबे की पन्नी और एल्यूमीनियम पन्नी की गड़गड़ाहट या लिथियम परमाणुओं के मोड़ जैसे क्रिस्टलीकरण के कारण होता है। ये छोटी सुई जैसी धातुएं माइक्रो शॉर्ट सर्किट का कारण बन सकती हैं। चूंकि सुई एक निश्चित प्रतिरोध के साथ बहुत महीन होती है, इसलिए करंट बहुत बड़ा नहीं होगा। उत्पादन प्रक्रिया में कॉपर और एल्युमिनियम फॉयल की गड़गड़ाहट होती है, देखी गई घटना यह है कि बैटरी का रिसाव बहुत तेज है, अधिकांश को कोर फैक्ट्री या असेंबली प्लांट द्वारा जांचा जा सकता है। इसके अलावा, छोटी गड़गड़ाहट छोटी होती है, कभी-कभी जल जाती है, जिससे बैटरी वापस सामान्य हो जाती है। इसलिए, गड़गड़ाहट माइक्रो शॉर्ट सर्किट के कारण विस्फोट की संभावना अधिक नहीं है।
सभी लिथियम आयन सेल फैक्ट्री को कुछ खराब गुणवत्ता वाली बैटरी मिलेगी जो शीघ्र ही चार्ज होने के बाद कम वोल्ट हो जाएगी, लेकिन कुछ विस्फोट, सांख्यिकीय डेटा को संदर्भित किया गया। इसलिए, आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाला विस्फोट मुख्य रूप से ओवरचार्जिंग के कारण होता है। क्योंकि, ओवरचार्ज की गई पोल प्लेट सुई लिथियम धातु के क्रिस्टलीकरण से भरी होती है, पंचर पॉइंट हर जगह होते हैं, जिससे माइक्रो शॉर्ट सर्किट होगा। इसलिए, बैटरी का तापमान धीरे-धीरे बढ़ेगा, और अंत में उच्च तापमान इलेक्ट्रोलाइट गैस का कारण होगा। इस प्रक्रिया में, चाहे उच्च तापमान सामग्री दहन विस्फोट करता है, या खोल पहले टूट गया था, यह हवा को और लिथियम धातु को भयंकर ऑक्सीकरण देगा, जिससे विस्फोट हो जाएगा।
लेकिन आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण हुआ विस्फोट चार्जिंग के समय नहीं हुआ। ऐसा इसलिए है क्योंकि सामग्री को जलाने के लिए बैटरी का तापमान बहुत अधिक नहीं है या उत्पादित गैस बैटरी शेल को तोड़ने के लिए पर्याप्त नहीं है, उपयोगकर्ता चार्ज करना बंद कर देता है। इस समय, कई माइक्रो शॉर्ट सर्किट से उत्पन्न गर्मी ने बैटरी के तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाया, कुछ समय बाद विस्फोट हुआ।
उपरोक्त प्रकार के विस्फोटों के आधार पर,तोरफानतकनीकी टीम ओवरचार्जिंग, बाहरी शॉर्ट सर्किट की रोकथाम, और विस्फोट को साबित करने के लिए सेल की सुरक्षा में सुधार पर ध्यान केंद्रित करती है। उनमें से, ओवरचार्जिंग सुरक्षा और बाहरी शॉर्ट सर्किट की रोकथाम इलेक्ट्रॉनिक सुरक्षा से संबंधित है, जो बैटरी सिस्टम और बैटरी पैक स्थापना के डिजाइन से बहुत संबंधित है। सेल सुरक्षा सुधार का फोकस रासायनिक और यांत्रिक सुरक्षा है, जो बैटरी सेल निर्माताओं से बहुत संबंधित है।
डिजाइन विनिर्देश
Torphan बैटरी प्रबंधन प्रणाली चार्जर और बैटरी पैक सहित क्रमशः ओवरचार्जिंग, ओवरडिस्चार्ज और ओवरकरंट के लिए दो सुरक्षा सुरक्षा प्रदान कर सकती है। Torphan चार्जर AC को DC में बदल देता है और DC के अधिकतम करंट और अधिकतम वोल्टेज को सीमित कर देता है। बैटरी पैक सुरक्षा में दो भाग होते हैं --- बैटरी प्रबंधन प्रणाली और बैटरी सेल। पहली सुरक्षा के लिए, बैटरी प्रबंधन प्रणाली चार्जर के साथ संचार कर सकती है, यह प्रवाह को सीमित करने और चार्जर को चार्जिंग सिग्नल रोकने जैसी प्रशंसा भेजती है। एकत्रित बैटरी जानकारी के लिए। जब चार्जर सिग्नल प्राप्त करता है, तो चार्जर स्वचालित रूप से चार्जिंग करंट को कम कर देगा या चार्ज करना बंद कर देगा। जब चार्जर बैटरी प्रबंधन प्रणाली के साथ संचार करने में विफल रहता है, तो बैटरी प्रबंधन प्रणाली बैटरी पैक के अंदर रिले को डिस्कनेक्ट कर देगी और पूरे चार्जिंग सर्किट को काट देगी, जो कि दूसरी सुरक्षा है। इसका मतलब यह है कि भले ही कोई सर्किट विफल हो जाए, बैटरी नहीं होगी अतिभारित और खतरनाक हो।
संक्षेप में, बैटरी सिस्टम डिज़ाइन के दौरान, इलेक्ट्रॉनिक सुरक्षा ओवरचार्जिंग, ओवरडिस्चार्ज और ओवरकुरेंट के लिए पहली सुरक्षा है। बैटरी प्रबंधन प्रणाली दूसरी सुरक्षा है।
यद्यपि उपरोक्त विधियां दो सुरक्षा प्रदान करती हैं, कभी-कभी उपभोक्ता अक्सर चार्जर के टूटने पर बैटरी चार्ज करने के लिए एक गैर-मूल चार्जर खरीदते हैं, ताकि वे कम गुणवत्ता वाला चार्जर या एक चार्जर खरीद सकें जो बैटरी प्रबंधन के साथ संचार नहीं कर सकता है। इससे पहली सुरक्षा खो जाएगी। बैटरी विस्फोट में ओवरचार्जिंग सबसे महत्वपूर्ण कारक है, इसलिए निम्न चार्जर्स को बैटरी विस्फोट का अपराधी कहा जा सकता है।
रक्षा की अंतिम पंक्ति
यदि इलेक्ट्रॉनिक सुरक्षा विफल हो जाती है, तो रक्षा की अंतिम पंक्ति, सेल द्वारा प्रदान की जाएगी। सेल के सुरक्षा स्तर को इस आधार पर थोड़ा अलग किया जा सकता है कि सेल को बाहरी शॉर्ट सर्किट और ओवरचार्ज द्वारा अलग किया जा सकता है या नहीं। क्योंकि, बैटरी के फटने से पहले, लिथियम परमाणु सामग्री की सतह पर अंदर की तरफ जमा हो जाते हैं। इसके अलावा, ओवरचार्जिंग की सुरक्षा अक्सर इसलिए होती है क्योंकि उपभोक्ता एक अवर चार्जर का उपयोग करते हैं और उनके पास रक्षा की केवल एक पंक्ति होती है, इसलिए, बाहरी शॉर्ट सर्किट का विरोध करने की क्षमता की तुलना में सेल ओवरचार्जिंग प्रतिरोध अधिक महत्वपूर्ण है।
