Les dangers et les contre-mesures de la surcharge de la batterie au lithium

L’utilisation sûre et efficace des batteries au lithium est essentielle dans un grand nombre d’applications. Les dangers associés aux batteries au lithium surchargées peuvent être importants, notamment feu, explosionset la libération de matières dangereuses. Pour prévenir de tels risques, il est important de comprendre les conditions qui conduisent à une surcharge de la batterie au lithium et de prendre des mesures pour les éviter. Cet article traite des dangers potentiels associés à une batterie surchargée, ainsi que des stratégies pour atténuer ces risques.

Les cellules lithium-ion (Li-ion) sont largement utilisées en raison de leur densité énergétique élevée et de leur poids relativement faible par rapport aux autres types de cellules rechargeables. Cependant, s'ils ne sont pas correctement gérés, ils peuvent devenir dangereusement instables lorsqu'ils sont soumis à un courant ou à une tension de charge excessifs. Une surcharge peut provoquer des dommages irréversibles appelés emballement thermique, qui entraînent une surchauffe et l'évacuation de fumées toxiques, voire un risque d'incendie ou d'explosion. De plus, les gaz libérés présentent un danger pour la santé s'ils sont inhalés par le personnel travaillant à proximité. En tant que tel, il est essentiel de mettre en place des protocoles de sécurité appropriés pour se protéger contre ces dangers.

 

Qu'est-ce que la surcharge de la batterie au lithium ?

Fait référence au moment où le batterie au lithium est en cours de charge, la tension de charge dépasse la tension réglée, par exemple la tension nominale de la batterie est de 3,7 V et la tension complètement chargée est de 4,2 ± 0,05 V. Autrement dit, la tension maximale est de 4,25 V, et on parle de surcharge si elle dépasse 4,25 V.

Batterie au lithium la surcharge est comme une bombe à retardement, prête à exploser et potentiellement causer des dommages catastrophiques. Cela se produit lorsque trop de charge est appliquée à un batterie au lithium, entraînant une accumulation excessive d’énergie qui peut provoquer un échauffement rapide des cellules qu’il contient, voire même un incendie. Ce danger présente un risque grave pour toute personne utilisant ou travaillant avec de telles batteries, ainsi que pour ceux qui interagissent quotidiennement avec elles.

 

Que se passe-t-il lorsqu'une batterie au lithium est surchargée ?

Lorsqu'un batterie au lithium est surchargé, cela peut causer des dommages permanents aux cellules de la batterie. Ce type de dommage ne sera en aucun cas réversible et pourrait potentiellement rendre l'appareil inutilisable, voire dangereux.

Les dangers liés à la surcharge batteries à lithium inclure:
- Diminution de la capacité due à une tension cellulaire réduite.
- Augmentation de la température pouvant provoquer un emballement thermique entraînant des risques potentiels d'incendie.
- Dégradation des performances de l'électrolyte entraînant une corrosion.
- Raccourcissement de la durée de vie avec moins de cycles de recharge disponibles.

 

Comment juger si la batterie au lithium est surchargée ?

Juger si un batterie au lithium est surchargé ou non, peut être effectué en suivant les étapes suivantes :

1. Vérifiez la température externe de la batterie avec votre main pour sentir si elle est anormalement chaude.
2. Observez toute fumée, étincelles, odeur et autres signes physiques associés à une situation de surcharge provenant de l'appareil contenant le batterie au lithium.
3. Surveillez les lectures de tension sur un multimètre pour détecter les tensions élevées anormales au-delà de ce qui devrait être attendu pour un état complètement chargé pour ce type spécifique de batterie au lithium cellule.
4. Si possible, surveillez également la consommation de courant sur un ampèremètre numérique pour déterminer les courts-circuits potentiels se produisant dans l'appareil lui-même en raison d'un échauffement excessif provoqué par une condition de surcharge des cellules de la batterie au lithium utilisées dans de telles applications.

Si l'une de ces quatre conditions est observée, des mesures immédiates doivent être prises pour débrancher les sources d'alimentation et éviter que d'autres dommages ne se produisent tout en tentant de découvrir la cause initiale d'un tel événement. Il est important de se rappeler qu'il vaut toujours mieux prévenir que guérir lorsqu'il s'agit de situations dangereuses impliquant des dispositifs de stockage d'énergie électrochimique comme les batteries au lithium, qui pourraient causer de graves dommages s'ils sont mal manipulés ou mal utilisés. entretenu au cours de leur cycle de vie, dans le cadre d'une application de système électronique.

 

Comment détecter une batterie surchargée

Lors de la discussion sur la surcharge de la batterie au lithium, l'une des considérations les plus importantes est de savoir comment détecter une batterie surchargée. Il s'agit d'un élément essentiel dans la gestion des batteries au lithium, car si elle n'est pas détectée, une surcharge peut provoquer un emballement thermique et des dommages catastrophiques. échec. Pour faciliter la détection, il existe diverses méthodes de test qui peuvent être utilisées par des experts en sécurité ou des techniciens compétents en matière de sécurité. batteries à lithium.

La première étape pour détecter un batterie surchargée consiste à examiner son état de charge (SOC). Un test SOC mesure la quantité de charge restante sur une cellule ou un module et fournit des informations sur son niveau de santé actuel. Si le SOC se situe en dehors des paramètres acceptables, une enquête plus approfondie doit être effectuée pour identifier les causes potentielles telles que des courants ou des tensions de charge excessifs. De plus, une inspection visuelle pour déceler tout signe de gonflement, de corrosion, de décoloration ou fuite devrait également être menée.

Une autre façon de détecter une batterie surchargée consiste à mesurer l'impédance à l'aide d'un équipement spécialisé tel qu'un analyseur de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) qui mesure la résistance électrique sur une plage de fréquences. Les résultats de ce test donnent un aperçu des résistances internes au sein des cellules et des modules ainsi que des pertes de capacité dues à l'âge ou aux modèles d'utilisation. Les données collectées lors de ces tests peuvent indiquer si une batterie a été exposée à des températures élevées ou à des niveaux extrêmes de cycles de décharge/surcharge, ce qui pourrait suggérer un problème sous-jacent avec l'algorithme de contrôle du système.

 

Quelles sont les causes courantes de surcharge des batteries au lithium ?

(1) Pas de système de protection de la batterie

La surcharge de la batterie au lithium peut être causée par divers facteurs, mais le plus courant est l'absence d'un système de protection de batterie adéquat. Sans un tel système en place, les courants et les tensions de charge peuvent dépasser les niveaux acceptables, entraînant des dommages aux cellules ou un risque d'incendie. De plus, si les batteries au lithium sont exposées à des températures élevées pendant leur charge, elles seront plus vulnérables aux événements d'emballement thermique. En tant que tel, il est essentiel que toutes les cellules lithium-ion utilisées dans les applications soient équipées de protections appropriées.

Ces protections comprennent des capteurs de température pour surveiller l'accumulation de chaleur potentiellement dangereuse pendant les cycles de charge, ainsi que des moniteurs de tension et de courant qui permettent de garantir que les niveaux maximaux autorisés ne sont pas dépassés. De plus, les mesures de protection modernes intègrent souvent des algorithmes sophistiqués qui ajustent activement les paramètres de facturation en fonction de conditions externes ou de scénarios d'utilisation spécifiques. Cela permet d'éviter que des situations de surcharge dangereuses ne se produisent, même lorsque des conditions inattendues surviennent. En garantissant que ces mesures sont correctement mises en œuvre, les utilisateurs peuvent être assurés de savoir que leur application est à l'abri des risques potentiels associés à des tarifs de facturation excessifs.

(2) Installation incorrecte du système de protection de la batterie

L'une des causes les plus courantes de lithium une surcharge de la batterie est une mauvaise installation d'un système de protection de la batterie. Cela peut être comparé à la construction d'un pont sans fondations adéquates, car cela crée un environnement instable pour le chargement et le déchargement, ce qui peut entraîner de graves dommages, voire une défaillance catastrophique.

Il existe trois domaines clés dans lesquels des erreurs commises lors de l'installation peuvent entraîner des niveaux de surcharge dangereux :

1. Isolation insuffisante entre les cellules
2. Paramètres de seuil de tension insuffisants sur la carte
3. Défaut de tester ou d'ajuster correctement les paramètres du circuit.

Ces erreurs ont toutes une chose en commun : elles créent des situations dans lesquelles trop de courant circule dans le système, entraînant un emballement thermique et des conditions potentiellement dangereuses telles qu'un incendie ou une explosion. Pour garantir la sécurité lors de l'installation des systèmes de protection des batteries, les fabricants doivent apporter le plus grand soin à chaque étape du processus, depuis la sélection des composants jusqu'à garantir leur bon fonctionnement avant de les utiliser ensemble dans des systèmes plus grands. De plus, des tests périodiques doivent être effectués pour s’assurer que tout fonctionne correctement et que tous les changements nécessaires sont mis en œuvre rapidement et efficacement. En prenant ces précautions, fabricants de batteries au lithium peuvent réduire considérablement leurs risques tout en offrant d’excellentes performances et fiabilité aux consommateurs finaux.

(3) Défaillance du système de protection de la batterie

La panne d'une protection de batterie Le système pour éviter la surcharge est une cause fréquente de lithium surcharge de la batterie. Cela se produit lorsque le système de protection ne détecte, régule ou contrôle pas correctement le courant de charge lorsqu'il circule dans la batterie. De plus, si les niveaux de tension dépassent les limites recommandées pour un fonctionnement sûr, une quantité excessive d'énergie peut pénétrer et endommager les cellules, entraînant potentiellement des résultats catastrophiques.

Le moyen le plus efficace d'atténuer ces risques consiste à utiliser plusieurs couches de protections redondantes tout au long du processus de conception. Concevoir avec des composants de haute qualité qui sont rigoureusement testés avant utilisation est essentiel pour fournir des performances fiables. De plus, l'utilisation de systèmes intelligents de surveillance de la sécurité permet de maintenir des informations d'état précises sur chaque cellule. température et la tension pendant les cycles de charge. Des mesures correctives appropriées doivent être prises immédiatement après la détection de toute irrégularité.

 

Le BMS de batterie au lithium peut empêcher la surcharge

Des recherches récentes montrent qu'en 2018, il y avait environ 1,3 million de batteries au lithium surchargées en raison d'un manque de mesures de protection. Cela souligne l'importance d'utiliser un Système de gestion de batterie (BMS) pour se prémunir contre ce danger. Un BMS est conçu pour surveiller et réguler les paramètres de charge tels que la température et le flux de courant pour chaque cellule individuelle, garantissant ainsi un fonctionnement sûr et empêchant la surcharge.

Il y a trois avantages principaux à utiliser un BMS :

1. Il prolonge la durée de vie de la batterie - en surveillant les tensions des cellules et en émettant des alertes si elles deviennent trop basses ou trop hautes.
2. Des dispositifs de sécurité - comme la protection contre les courts-circuits, aident à prévenir les accidents causés par un câblage inapproprié ou une mauvaise manipulation des cellules lors de l'installation.
3. Économies de coûts - peut être réalisé depuis avoir un BMS empêche réparations coûteuses pouvant résulter d’une surcharge ou d’une sous-charge de la batterie.

Lors de la sélection d'un BMS, il est important de prendre en compte des facteurs tels que le coût, la puissance nominale, la taille, le nombre de canaux, la compatibilité du protocole de communication avec d'autres appareils et des fonctionnalités de sécurité supplémentaires telles que des coupures thermiques et une protection contre l'inversion de polarité. En les prenant en compte lors du choix d'un système adapté à votre application, vous pouvez garantir des performances fiables tout en évitant tout risque potentiel associé aux risques de surcharge des batteries au lithium.

 

Les 5 mesures pour éviter les surcharges

1. La tension de protection est réglée dans le BMS de sorte que la tension de protection soit inférieure à la tension de crête pendant la surcharge.
2. Améliorez la résistance à la surcharge de la batterie grâce à la modification du matériau (comme le revêtement du matériau).
3. Ajoutez des additifs anti-surcharge, tels que des paires redox, à l'électrolyte.
4. Avec l'utilisation de la membrane sensible à la tension, lorsque la batterie est surchargée, la résistance de la membrane est considérablement réduite, ce qui agit comme un shunt.
5. L'utilisation des conceptions OSD et CID dans les batteries à coque carrée en aluminium est actuellement une conception générale anti-surcharge, tandis que les batteries souples ne peuvent pas obtenir une conception similaire.

Une batterie au lithium surchargée peut-elle être réparée ?

D'une manière générale, une surcharge la batterie au lithium ne peut pas être réparée. Cependant, cela dépend de l'application et du site d'endommagement du produit. batterie au lithium.

Pour une seule batterie

Du seul point de vue du matériau de l'électrode positive, un dépassement entraînera des changements dans la structure du matériau, et ce changement est irréversible, donc la surcharge batterie au lithium ne peut pas être réparé. En termes de degré de dommage, une surcharge importante peut provoquer une explosion, et une légère surcharge ne provoquera pas d'emballement thermique, mais entraînera une diminution de la capacité.

Pour une batterie

Nous pouvons effectuer certaines réparations selon les pièces endommagées.

Certaines cellules sont endommagées : Utilisez un multimètre pour mesurer la cellule défectueuse et remplacez-la par une cellule du même modèle et des mêmes spécifications pour vous assurer que toutes les cellules sont dans un état sain et cohérent (la tension, la capacité, la résistance interne et les autres erreurs se situent dans une plage raisonnable).

Le Dommages BMS : Testez la réponse du BMS au courant et vérifiez si le BMS est défectueux, sinon l'ensemble du BMS doit être remplacé pour s'assurer que le BMS peut normalement détecter et gérer le bloc-batterie.

 

Qu’est-ce qu’une décharge profonde ?

Une décharge profonde est un terme utilisé pour décrire le processus de vidange de tous les l'énergie d'une batterie au lithium. Ce type de décharge peut être dangereux car il soumet les cellules de la batterie à des contraintes extrêmes et peut provoquer des dommages permanents. Cela provoque également des augmentations significatives des températures internes qui, si rien n’est fait, pourraient entraîner un emballement thermique ou un incendie.

Pour éviter ce type de surcharge, les batteries au lithium ne doivent jamais être déchargées en dessous de leur niveau de tension minimum spécifié par le fabricant, appelé « point de coupure ». Les systèmes de gestion de batterie (BMS) sont conçus avec diverses protections qui limitent le courant de décharge et alertent les utilisateurs lorsqu'ils approchent de ce seuil critique. De plus, une surveillance régulière des tensions des cellules par un technicien expérimenté est essentielle pour garantir le fonctionnement sûr de tout système de forte puissance.

 

Comment charger correctement la batterie au lithium ?

1. Température ambiante appropriée

En gardant lithium Les batteries à une température appropriée sont de la plus haute importance car les températures extérieures peuvent avoir un effet important sur les performances de la batterie.

Si les batteries au lithium sont exposées à des températures élevées pendant des périodes prolongées, la capacité de la batterie et la qualité de la charge diminueront.

Dans les environnements froids, les batteries au lithium nécessitent de l'énergie pour réguler la température interne, ce qui consomme une énergie précieuse et n'est pas propice aux intervalles de charge.

Pour un fonctionnement optimal, les batteries au lithium doivent être chargées, déchargé et utilisé dans une plage de température ambiante de 5°C à 45°C.

2. Rangez correctement la batterie

La vie réside dans l'exercice. Pour maximiser l'efficacité des batteries lithium-ion, il est nécessaire de les utiliser fréquemment pour maintenir les électrons dans les batteries lithium-ion dans un état de flux.

Si la pile au lithium n'est pas utilisée fréquemment, veuillez bien ranger la batterie. Avant le stockage, assurez-vous que la puissance de la batterie est maintenue à 30%-70%, dans un environnement frais, sec et ventilé, et effectuez un cycle de charge-décharge tous les 3 à 6 mois.

3. Un chargeur adapté

Le chargeur doit faire correspondre la tension avec la tension de la batterie au lithium et le courant avec l'ampère-heure. capacité de la batterie au lithium. De plus, le chargeur dispose d'une fonction de protection de charge pour éviter les surcharges et les pannes.

Un approprié le chargeur de batterie au lithium doit charger à courant constant d'abord, puis lorsque la tension de la batterie atteint 4,2 V, la tension n'augmentera plus et le chargeur détectera le courant, et si le courant est inférieur à une certaine valeur, la charge prendra fin.

4. Évitez la charge et la décharge complètes

En gardant les batteries au lithium correctement chargées et déchargées peuvent prolonger la durée de vie de la batterie. Parce que beaucoup batteries à lithium n'ont désormais plus d'effet mémoire, maintenir la puissance de la batterie à 10% ~ 90% est plus propice à la protection de la batterie.

Quand charger les batteries des produits numériques tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs portables, il n’est pas nécessaire d’atteindre la valeur maximale.

5. Éviter la charge rapide

Pour augmenter la vitesse à laquelle une batterie peut être chargée, les fabricants augmentent l'ampérage ou modifient la tension pour augmenter l'énergie potentielle, et c'est ce qui sollicite les cellules au lithium et est un catalyseur potentiel pour les endommager.

Par conséquent, à partir de l'utilisation à long terme de la batterie, une charge rapide affecte davantage la durée de vie de la batterie qu'une charge normale.

 

Résumer

La surcharge des batteries au lithium est un problème grave qui peut causer des dommages permanents aux batteries, entraînant une perte de capacité et une impédance élevée. Pour éviter ces problèmes, il est important que les utilisateurs comprennent comment charger correctement les batteries au lithium.

Un exemple de procédures de charge appropriées consisterait à utiliser un système de gestion de batterie (BMS). Un BMS surveillera le cycle de charge et empêchera la surcharge en coupant l'alimentation si nécessaire. De plus, des décharges profondes régulières sont recommandées afin de maintenir les performances optimales de lithium batteries. Les cycles de décharge profonde ne doivent pas dépasser une profondeur de 50-80% et ne doivent jamais atteindre 0%, car cela pourrait entraîner une inversion des cellules et d'autres dommages irréversibles.

Dans l'ensemble, comprendre les dangers associés à la surcharge des batteries au lithium et apprendre les techniques de charge appropriées peut contribuer à garantir la sécurité tout en maximisant la durée de vie. cycle de vie des batteries au lithium. En suivant les meilleures pratiques telles que l'utilisation régulière d'un BMS ou d'une décharge profonde, vous pouvez vous protéger des risques inutiles tout en garantissant que votre batteries à lithium rester en bonne santé pour les années à venir.

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