מהם כמה תקני בטיחות נפוצים עבור סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון (LIBs) הן מערכות אלקטרוכימיות ומכניות מורכבות, הנושא של עשרות תקני בטיחות בינלאומיים. בשאלות נפוצות זה, נדון בהיבטים סביבתיים מרכזיים של בטיחות LIB, נסקור תקני בטיחות נפוצים עבור סוללות ליתיום- ונשקול שימוש במעבדת בדיקת סוללות מותאמת אישית כדי להבטיח את בטיחות אנשי הבדיקה.

בעיות בטיחות רבות של LIB נובעות מהרגישות של המכשירים למתח ולטמפרטורה. סוללות מוגדרות לפעולה בטווח טמפרטורות של -30 עד 55 מעלות.

מעל 55 מעלות (כ-80 מעלות), סוללות מציגות יכולת קצב טובה יותר בשל תגובות אלקטרוכימיות מהירות יותר ונדירת יונים מהירה באלקטרוליט ובאלקטרודות. בתנאים אלה, תגובות לוואי הופכות לחמורות, מה שמוביל לדעיכה מהירה של היכולת. מעל 80 מעלות, הסוללות מתחילות להתקלקל, וכל טמפרטורה מעל 130 מעלות עלולה לגרום לרכיבי הסוללה להימס ולהתלקח.

מתח הפעלה וטמפרטורה הם שני גורמים המשפיעים על בטיחות סוללת הליתיום.

מתח הפעלה וטמפרטורה הם שני גורמים המשפיעים על בטיחות סוללת הליתיום. דוגמה זו חלה על תאי NCM.

טמפרטורות נמוכות עלולות לגרום לביצועי סוללה גרועים ועלולות לגרום נזק לסוללה, אך בדרך כלל אינן מהוות סכנה בטיחותית. עם זאת, טעינת יתר (מתח מוגזם) עלולה להוביל לפירוק קתודה ולחמצון אלקטרוליטים, חשש בטיחותי. פריקת- יתר (מתח מוגזם) עלולה לגרום לממשק האלקטרוליט המוצק (SEI) על האנודה להתפרק ועלולה להוביל לחמצון רדיד נחושת, ולגרום נזק נוסף לסוללה.

בנוסף לבעיות תפעוליות וסביבתיות הקשורות למתח וטמפרטורה, נזק מכני עלול לגרום גם לבעיות בטיחות בסוללות ליתיום-יון (LIBs). בהתחשב בחששות אלה, תקני הבטיחות עבור LIBs הם גם נרחבים.

חמישה תקני בטיחות נפוצים לסוללות-ליתיום הם:

1. IEC 62133

2. UN/DOT 38.3

3. IEC 62619

4. UL 1642

5. UL 2580

IEC 62133 הוא תקן בדיקת בטיחות עבור סוללות וסוללות ליתיום-, המתאר את דרישות הבטיחות לבדיקת סוללות משניות וסוללות המכילות אלקטרוליטים אלקליים או לא- חומציים. הוא משמש לבדיקת LIBs המשמשים במוצרים אלקטרוניים ניידים ויישומים אחרים. IEC 62133 מתייחס למפגעים כימיים וחשמליים שעלולים לאיים על הצרכנים והסביבה, כמו גם בעיות מכניות כגון רעידות והלם. UN/DOT 38.3 (הידוע גם כבדיקות T1-T8 ו-UN ST/SG/AC.10/11/Rev. 5) מכסה בדיקות בטיחות בתחבורה עבור כל ה-LIB, סוללות מתכת ליתיום וסוללות. תקן הבדיקה כולל שמונה בדיקות (T1 - T8), כל אחת מתמקדת בסכנות תחבורה ספציפיות. UN/DOT 38.3 הוא תקן{19}}הסמכה עצמית ואינו דורש בדיקות עצמאיות של צד שלישי-; עם זאת, השימוש במעבדות בדיקה של צד שלישי נפוץ כדי להפחית את הסיכונים בליטיגציה במקרה של תקרית.

כמה תקני אריזה נפוצים ותחבורה בטוחה עבור סוללות ליתיום (טבלה 1) הם כדלקמן:

1. סוללות מתכת ליתיום UN3090, מועברות כרכיבים

2. UN3480, LIBs, מועברים כרכיבים

3. סוללות מתכת ליתיום UN3091 מועברות או ארוזות עם ציוד

4. UN3481, LIBs מועברים או ארוזים עם ציוד.

סוגים רבים של סוללות ליתיום נחשבים לחומרים מסוכנים ודורשים טיפול מיוחד במהלך ההובלה. IEC 62619 מכסה תקני בטיחות עבור סוללות ליתיום- משניות ומארזי סוללות, ומפרט דרישות יישומי בטיחות עבור LIBs ביישומים אלקטרוניים ויישומים תעשייתיים אחרים. דרישות הבדיקה הסטנדרטיות של IEC 62619 חלות הן על יישומים נייחים והן על יישומים מופעלים.

יישומים נייחים כוללים תקשורת, ספקי כוח אל-פסק (UPS), מערכות אחסון אנרגיה, מתגי שירות, ספקי כוח חירום ויישומים דומים. יישומים מופעלים כוללים מלגזות, עגלות גולף, רכבים מודרכים אוטומטיים (AGV), רכבות וימי-למעט כלי רכב כבישים.

UL 1642 הוא תקן ה-UL לבטיחות סוללת ליתיום-, המפרט דרישות סטנדרטיות עבור סוללות ליתיום- ראשוניות ומשניות המשמשות כמקורות כוח במוצרים אלקטרוניים.

UL 1642 מכסים:

1. טכנאי-סוללות ליתיום-ניתנות להחלפה המכילות 5.0 גרם (0.18 אונקיות) או פחות של ליתיום מתכתי. סוללות עם תכולת ליתיום העולה על 5.0 גרם ייבדקו על פי תאימותן לדרישות (אם רלוונטיות) וכפופות לבדיקות ובדיקה נוספת כדי לקבוע את התאמתן לשימושן המיועד.

2. סוללות ליתיום-ניתנות להחלפה, כאשר כל תא אלקטרוכימי מכיל לא יותר מ-4.0 גרם (0.13 אונקיות) של מתכת ליתיום ולא יותר מ-1.0 גרם (0.04 אונקיות) של מתכת ליתיום. סוללות המכילות יותר מ-4.0 גרם או יותר מ-1.0 גרם של ליתיום דורשות בדיקה ובדיקה נוספת כדי לקבוע אם הסוללה או התא מתאימים לשימוש המיועד לה.

UL1642 אינו מכסה את הסיכון לרעילות כתוצאה מבליעה של סוללות ליתיום או את הסיכון לחשיפה למתכת ליתיום עקב נזק לסוללה או חיתוך.

UL2580x הוא תקן הבטיחות UL עבור סוללות רכב חשמלי, המורכב ממספר בדיקות, כולל:

קצר חשמלי בסוללה-עם זרם גבוה: הפעל על דגימה טעונה במלואה. קצר-את המדגם באמצעות התנגדות מעגל כוללת של פחות או שווה ל-20 mΩ. הצתת ניצוץ מזהה נוכחות של גז דליק בדגימה, ללא סימני פיצוץ או שריפה. יתר על כן, אדים אינם בורחים החוצה דרך פתחי אוורור או מערכות ייעודיות. אין סימנים של קרע במעטפת או דליפת אלקטרוליטים נצפית. אם ה-LIB יישאר פעיל לאחר בדיקת-מעגל קצר, הוא יעבור מחזורי טעינה ופריקה בהתאם למפרטי היצרן. ניתן לבצע בדיקת מעגלים קצרים- על תת-רכיבים, לא על כל מכלול אחסון האנרגיה (EESA).

ריסוק סוללה: פועל על מדגם טעון במלואו ומדמה את ההשפעה של התנגשות רכב על שלמות ה-EESA. בדומה לבדיקת-המעגל הקצר, הצתת ניצוץ מזהה נוכחות של ריכוזי גז דליק בתוך המדגם, ואין אינדיקציה לפיצוץ או שריפה. לא משתחררים גזים רעילים.

ריסוק תאי סוללה (אנכית): פועל על דגימה טעונה במלואה. הכוח המופעל במהלך מבחן הריסוק חייב להיות מוגבל לפי 1000 ממשקל הסוללה. בדומה למבחן הריסוק, הצתת ניצוץ מזהה נוכחות של ריכוזי גז דליק בתוך המדגם, ואין אינדיקציה לפיצוץ או שריפה. לא משתחררים גזים רעילים.

לשכת בדיקות LIB

בדיקה מלאה של ה-LIB היא מטבעה פעילות מסוכנת. הסרת גז, שריפה או פיצוץ אפשריים עקב פריקה עמוקה, קצר חשמלי, טמפרטורות גבוהות וסוגים שונים של התעללות מכנית.

תאי בדיקה ואחסון של LIB תוכננו במיוחד כדי להפחית את הפוטנציאל לפציעה של כוח אדם. דוגמה אחת היא הליכה- בחדר חסין אש של 90 דקות עם מיגון אש פנימי וחיצוני, שיכול לשמש כתא בדיקה או אחסון LIB (איור 2).

תכונות שנועדו להגן על אנשים ועל הסביבה כוללות:

א) משטח מוריד לחץ על הגג לאיזון לחץ פנימי וחיצוני במקרה של תאונה.

ב) אוורור-בביצועים גבוהים להפקה מהירה של גזים מסוכנים או נפיצים.

ג) היכולת להחדיר גז אינרטי כדי לסייע בשליטה על תגובות מסוכנות או שריפות.

ד) חיישני אש להתרעה מפני שריפות מתפתחות ומערכות כיבוי אש משולבות.

ה) חיישני גז נוספים לזיהוי הסרת גז ומיקום חיישנים נוספים וממסרי אותות לפי הצורך.

לסיכום, תכולת מתכת הליתיום בסוללות -יון ליתיום פירושה שהן מהוות סכנה פוטנציאלית למשתמשים במערכות המופעלות על -סוללות. סכנות הבטיחות של LIB כוללות פריקת יתר,-קצרים, טמפרטורות גבוהות והתעללות מכנית. ישנם עשרות תקני בטיחות בינלאומיים ודרישות עיצוב עבור סוללות ליתיום-יון. מאמר זה מציג חמישה תקני בטיחות נפוצים עבור סוללות ליתיום-, כמו גם כמה שיקולים בסיסיים בעת ייעוד תא בדיקה LIB.