Fotogalerie
Certifikace lithium-iontových baterií
Certifikace lithium-iontových baterií je zajištěna nezávislými organizacemi, které provádějí testy k potvrzení shody s příslušnými normami a předpisy. Tyto testy obvykle zahrnují zkoušky tepelné stability, nárazů, vibrací, overcharging, zkratu, mechanického průniku nebo celistvosti a dalších nebezpečí. Testy se provádějí s cílem zajistit, aby baterie byly bezpečné a nepředstavovaly nebezpečí pro uživatele nebo životní prostředí.
Cesta k bezpečné lithium-iontové baterii
Fotogalerie
Provedení baterie
Konstrukce baterie hraje důležitou roli v bezpečnosti. Baterie musí být navrženy tak, aby měly ochranu proti přehřátí nebo overchargingu a byly chráněny před potenciálním nebezpečím. Kromě toho je vyžadováno, aby baterie odolávaly vnitřnímu zkratu nebo jinému potenciálnímu nebezpečí.
Výroba
Výroba lithium-iontových baterií podléhá přísné kontrole kvality, aby všechny komponenty byly správně sestaveny a sladěny. Výroba musí také zahrnovat správné použití materiálů a procesů pro výrobu baterií.
Předpisy
Regulační agentury stanovují bezpečnostní standardy pro lithium-iontové baterie, jež výrobci a uživatelé musejí dodržovat. Existují například normy, které zabezpečují bezpečnost baterií během přepravy a minimalizují riziko požáru nebo výbuchu. Kromě toho jsou pro konkrétní použití vyžadovány certifikace jako UL, IEC nebo TÜV.
Co znamenají destruktivní zkoušky baterií (Abuse)
U baterií, které mají být uvedeny na trh a používány v automobilovém průmyslu, je vyžadována řada zkoušek. Zkušební podmínky jsou specifikovány v příslušných normách (národních nebo mezinárodních). Testy baterií se provádějí na úrovni článků, modulů, bateriových packů nebo celých vozidel. Testování baterií lze v zásadě rozdělit na testy výkonu a stárnutí, testy simulace prostředí a bezpečnostní testy.
Testování bezpečnosti, známé také jako zkoušky typu Abuse, zahrnuje vystavení baterie podmínkám mimo skutečné provozní okno. Abuse zkoušky baterií jsou tedy destruktivní bezpečnostní testy. Příkladem destruktivní bezpečnostní zkoušky je zkouška overcharging (též přebíjení), kdy je baterie nabíjena vyšším napětím než obvykle doporučeným. To může způsobit přehřátí baterie, její potenciální selhání nebo explozi. Dalším příkladem je zkouška tzv. "průrazem“, při kterém se baterie cíleně propíchne špičatým předmětem a zjišťuje se reakce na její možné poškození. Tyto takzvané Abuse testy baterií jsou obvykle doprovázeny tepelným únikem, tj. požárem nebo výbuchem.
Fotogalerie
Baterie je záměrně přebíjena, přehřívána nebo poškozována, s cílem prověřit její reakci na extrémní zátěž. Tento typ testu slouží k posouzení chování baterie za extrémních podmínek, s ohledem na zajištění její bezpečnosti, spolehlivosti a minimalizaci rizika. Abuse zkouška je obzvláště důležitá v aplikacích, kde by mohly nastat potenciálně nebezpečné situace, například v elektrických vozidlech nebo přenosných elektronických zařízeních. Destruktivní testy mohou snížit riziko nehod a požárů a zajistit vyšší úroveň bezpečnosti a spolehlivosti. Jsou rovněž nezbytným předpokladem pro marketing a vývoj nových baterií.
Předpisy v oblasti životního prostředí a zvyšující se povědomí o bezpečnosti práce zabraňují zkouškám bez adekvátního čištění výfukových plynů, např. v otevřeném prostředí, ve starých, prázdných bunkrech, či hangárech. Prostory tohoto typu nemohou být součástí profesionálního zkušebního konceptu s reprodukovatelnými podmínkami prostředí.
Tepelný únik lithium-iontového článku
Lithium-iontová baterie je obecně provozována bezpečně v rozsahu až 100 °C bez jakýchkoli trvalých následků. Pokud teplota stoupne nad tuto hodnotu, uvnitř baterie vzniknou odpovídající rozkladné reakce. Nad teplotou cca 120 °C se nejprve rozkládá tzv. mezifáze pevného elektrolytu (SEI) a o něco později se separační materiál mezi anodou a katodou postupně rozpouští. V závislosti na složení článku baterie dochází k exotermickým reakcím z teplotního rozsahu 160 °C až 200 °C.
Fotogalerie
Tato úroveň teploty je také charakteristická pro začátek tepelného úniku baterie. V případě lithium-iontových baterií závisí dosažení tohoto stavu především na typu selhání článku (stav nesprávného použití) a složení článku, což má významný vliv na rychlost nárůstu teploty v bateriovém článku.
Tepelný únik se předpokládá při nárůstu teploty o 10 K/s. Po dosažení tohoto stavu již nelze zabránit nekontrolovatelnému uvolňování tepla, tj. vzniklé teplo již nelze v dostatečné míře odvádět. Výsledná tepelná energie způsobuje, že exotermické reakce se nadále zrychlují. V důsledku zvýšení teploty v baterii se hromadí vysoký tlak, který nad určitou úroveň způsobuje prasknutí baterie. V tomto stavu horký plyn (odvzdušňovací plyn) uniká z baterie a je buď zapálen přímo vysokou teplotou článku, nebo znovu zapálen o chvíli později, kdy je přítomna minimální energie vznícení. Při této reakci se uvolňuje mimo jiné i kyslík, který udržuje proces spalování. Proto lze účinky požáru pouze omezit, ne požár zcela uhasit.
Destruktivní testování v environmentální simulaci
Fotogalerie
- Mechanické zkoušky
Při mechanických zkouškách hrot proniká nebo prochází baterií (mechanická soudržnost). Zkoumá se například, do jaké míry ovlivňuje penetrace hrotu (vnitřní zkrat) nebo rozdrcení (náraz) funkčnost a chování baterie. - Teplotní zkoušky
Během teplotních zkoušek jsou baterie vystaveny nízkým a vysokým teplotám, přičemž zejména testy za vysoké teploty vedou ve většině případů k tepelnému úniku. Zde se okolní vzduch zahřeje až na 200 °C nebo i výše, což po určité době v důsledku procesů přenosu tepla zvýší teplotu baterie na kritickou úroveň. - Elektrický zkoušky
Během elektrických zkoušek jsou testovány různé kritické scénáře, které mohou existovat v souvislosti s okolní elektrickou periferií. Například je generován zkrat (externí zkrat) nebo je baterie záměrně přebíjena na vyšší napěťové úrovni. V důsledku toho se baterie zahřívá a také rychle vstupuje do kritického stavu.
Pro stanovení vhodného zkušebního systému je rozhodující, jaký druh zkoušek se provádí a jaké účinky lze očekávat od zkušebního vzorku baterie během zkoušky. Z toho se odvozuje potenciál nebezpečí, který se pohybuje od "bez nebezpečí" až po výbuch škodlivými plyny.