Los peligros y contramedidas de la sobrecarga de la batería de litio
El uso seguro y eficaz de las baterías de litio es fundamental en una gran cantidad de aplicaciones. Los peligros asociados con las baterías de litio sobrecargadas pueden ser importantes, incluidos fuego, explosionesy liberación de materiales peligrosos. Para evitar tales riesgos, es importante comprender las condiciones que provocan la sobrecarga de la batería de litio y tomar medidas para evitar que ocurran. Este artículo analizará los peligros potenciales asociados con una batería sobrecargada, así como estrategias para mitigar estos riesgos.
Las celdas de iones de litio (Li-ion) se utilizan ampliamente debido a su alta densidad de energía y su peso relativamente bajo en comparación con otros tipos de celdas químicas recargables. Sin embargo, si no se gestionan adecuadamente, pueden volverse peligrosamente inestables cuando se los somete a una corriente o voltaje de carga excesivos. La sobrecarga puede causar daños irreversibles conocidos como fuga térmica, que provoca sobrecalentamiento y ventilación de humo tóxico o incluso riesgo de incendio o explosión. Además, los gases liberados suponen un peligro para la salud si son inhalados por el personal que trabaja en las proximidades. Como tal, es fundamental contar con protocolos de seguridad adecuados para protegerse contra estos peligros.
¿Qué es la sobrecarga de la batería de litio?
Se refiere a cuando el Batería de Litio Cuando se está cargando, el voltaje de carga excede el voltaje establecido, por ejemplo, el voltaje nominal de la batería es 3,7 V y el voltaje completamente cargado es 4,2 ± 0,05 V. Es decir, el voltaje máximo es de 4,25V, y se denomina sobrecarga si supera los 4,25V.
Batería de Litio La sobrecarga es como una bomba de tiempo, lista para detonar y causar daños potencialmente catastróficos. Ocurre cuando se aplica demasiada carga a un Batería de Litio, lo que resulta en una acumulación excesiva de energía que puede hacer que las células de su interior se calienten rápidamente e incluso se incendien. Este peligro presenta un riesgo grave para cualquiera que use o trabaje con dichas baterías, así como para quienes interactúan con ellas a diario.
¿Qué sucede cuando se sobrecarga una batería de litio?
Cuando un Batería de Litio está sobrecargado, puede causar daños permanentes a las celdas de la batería. Este tipo de daño no será reversible de ninguna manera y podría dejar el dispositivo inutilizable o incluso peligroso.
Los peligros asociados con la sobrecarga baterías de litio incluir:
- Disminución de la capacidad debido a la reducción del voltaje de la celda.
- Aumento de la temperatura que puede provocar fugas térmicas y provocar posibles riesgos de incendio.
- Degradación del rendimiento del electrolito que produce corrosión.
- Acortamiento del ciclo de vida con menos ciclos de recarga disponibles.
¿Cómo juzgar si la batería de litio está sobrecargada?
Juzgar si un Batería de Litio está sobrecargado o no se puede hacer en los siguientes pasos:
- Verifique la temperatura externa de la batería con la mano para sentir si está anormalmente caliente.
- Observe cualquier humo, chispas, olor y otros signos físicos asociados con una situación de sobrecarga del dispositivo que contiene el Batería de Litio.
- Monitoree las lecturas de voltaje en un multímetro para detectar voltajes anormalmente altos más allá de lo que se debería esperar para un estado de carga completa para este tipo específico de Batería de Litio celúla.
- Si es posible, controle también el consumo de corriente en un amperímetro digital para determinar posibles cortocircuitos que se produzcan dentro del propio dispositivo debido al calentamiento excesivo causado por una condición de sobrecarga de las celdas de la batería de litio que se utilizan en dichas aplicaciones.
Si se ha observado cualquiera de estas cuatro condiciones, se deben tomar medidas inmediatas para desconectar las fuentes de energía y evitar que se produzcan más daños mientras se intenta descubrir qué causó tal suceso en primer lugar. Es importante recordar que siempre es mejor prevenir que curar cuando se trata de situaciones peligrosas que involucran dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica, como baterías de litio, que podrían causar daños graves si se manejan mal o no se utilizan correctamente. mantenido durante su ciclo de vida de uso en un entorno de aplicación de sistema electrónico.
Cómo detectar una batería sobrecargada
Cuando se habla de sobrecarga de baterías de litio, una de las consideraciones más importantes es cómo detectar una batería sobrecargada. Este es un componente crítico en el manejo de las baterías de litio porque si no se detecta, una sobrecarga puede causar una fuga térmica y consecuencias catastróficas. falla. Para ayudar con la detección, existen varios métodos de prueba que pueden ser empleados por expertos en seguridad o técnicos con conocimientos sobre baterías de litio.
El primer paso para detectar una batería sobrecargada es examinar su estado de carga (SOC). Una prueba SOC mide la cantidad de carga restante en una celda o módulo y proporciona información sobre su nivel actual de salud. Si el SOC cae fuera de los parámetros aceptables, se deben realizar más investigaciones para identificar causas potenciales, como corrientes o voltajes de carga excesivos. Además, la inspección visual para detectar signos de hinchazón, corrosión, decoloración o fuga también se debe llevar a cabo.
Otra forma de detectar una batería sobrecargada es mediante mediciones de impedancia utilizando equipos especializados como un analizador de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), que mide la resistencia eléctrica en un rango de frecuencias. Los resultados de esta prueba brindan información sobre las resistencias internas dentro de las celdas y módulos, así como sobre cualquier pérdida de capacidad debido a la edad o los patrones de uso. Los datos recopilados de estas pruebas pueden indicar si una batería ha estado expuesta a altas temperaturas o niveles extremos de ciclos de descarga/sobrecarga, lo que podría sugerir un problema subyacente con el algoritmo de control del sistema.
¿Cuáles son las causas comunes de sobrecarga de la batería de litio?
(1) Sin sistema de protección de batería
La sobrecarga de una batería de litio puede deberse a diversos factores, pero el más común es la falta de un sistema de protección de batería adecuado. Sin un sistema de este tipo, las corrientes y voltajes de carga pueden exceder los niveles aceptables, lo que provoca daños en las celdas o peligro de incendio. Además, si las baterías de litio se exponen a altas temperaturas mientras se cargan, serán más vulnerables a eventos de descontrol térmico. Como tal, es esencial que todas las celdas de iones de litio utilizadas en las aplicaciones tengan instaladas las protecciones adecuadas.
Estas protecciones incluyen sensores de temperatura para monitorear la acumulación de calor potencialmente peligrosa durante los ciclos de carga, así como monitores de voltaje y corriente que ayudan a garantizar que no se excedan los niveles máximos permitidos. Además, las salvaguardias modernas suelen incorporar algoritmos sofisticados que ajustan activamente los parámetros de carga en función de condiciones externas o escenarios de uso específicos. Esto ayuda a evitar que se produzcan situaciones peligrosas de sobrecarga incluso cuando surgen condiciones inesperadas. Al garantizar que estas medidas se implementen correctamente, los usuarios pueden estar tranquilos sabiendo que su aplicación está a salvo de riesgos potenciales asociados con tasas de carga excesivas.
(2) Instalación incorrecta del sistema de protección de la batería
Una de las causas más comunes de litio La sobrecarga de la batería es una instalación inadecuada de un sistema de protección de la batería. Esto puede compararse con la construcción de un puente sin cimientos adecuados, ya que crea un entorno inestable para la carga y descarga que puede provocar daños graves o incluso fallos catastróficos.
Hay tres áreas clave donde los errores cometidos durante la instalación pueden provocar niveles peligrosos de sobrecarga:
- Aislamiento inadecuado entre celdas.
- Configuración de umbral de voltaje insuficiente en la placa
- No probar o ajustar adecuadamente los parámetros del circuito.
Todos estos errores tienen una cosa en común: crean situaciones en las que fluye demasiada corriente a través del sistema, lo que provoca fugas térmicas y condiciones potencialmente peligrosas, como incendios o explosiones. Para garantizar la seguridad al instalar sistemas de protección de baterías, los fabricantes deben tener mucho cuidado en cada paso del proceso, desde seleccionar los componentes hasta garantizar el funcionamiento correcto antes de usarlos juntos en sistemas más grandes. Además, se deben realizar pruebas periódicas para asegurarse de que todo funcione correctamente y que los cambios necesarios se implementen de manera rápida y eficiente. Al tomar estas precauciones, fabricantes de baterías de litio puede reducir significativamente su riesgo y al mismo tiempo proporcionar un excelente rendimiento y confiabilidad para los consumidores finales.
(3) Falla del sistema de protección de la batería
El fallo de una protección de batería. El sistema para evitar la sobrecarga es una causa común de litio. sobrecarga de la batería. Esto ocurre cuando el sistema de protección no detecta, regula o controla adecuadamente la corriente de carga que fluye hacia la batería. Además, si los niveles de voltaje exceden los límites recomendados para una operación segura, una cantidad excesiva de energía puede ingresar y dañar las celdas, lo que podría provocar resultados catastróficos.
La forma más eficaz de mitigar estos riesgos es emplear múltiples capas de salvaguardias redundantes durante todo el proceso de diseño. Diseñar con componentes de alta calidad que se prueben rigurosamente antes de su uso es esencial para proporcionar un rendimiento confiable. Además, el uso de sistemas inteligentes de monitoreo de seguridad ayuda a mantener información precisa sobre el estado de cada celda. temperatura y voltaje durante los ciclos de carga. Se deben tomar acciones correctivas apropiadas inmediatamente después de detectar cualquier irregularidad.
El BMS de batería de litio puede evitar la sobrecarga
Investigaciones recientes muestran que en 2018, se estima que 1,3 millones de baterías de litio se sobrecargaron debido a la falta de medidas de protección. Esto resalta la importancia de utilizar un Sistema de gestión de batería (BMS) para protegerse contra este peligro. Un BMS está diseñado para monitorear y regular parámetros de carga como la temperatura y el flujo de corriente para cada celda individual, garantizando un funcionamiento seguro y evitando la sobrecarga.
Hay tres ventajas principales de utilizar un BMS:
- Prolonga la duración de la batería - monitoreando los voltajes de las celdas y proporcionando alertas si son demasiado altos o bajos.
- Caracteristicas de seguridad - como la protección contra cortocircuitos ayudan a prevenir accidentes causados por un cableado inadecuado o un mal manejo de las celdas durante la instalación.
- Ahorro de costes - se puede realizar desde que tiene un BMS previene reparaciones costosas que pueden surgir por sobrecargar o subcargar la batería.
Al seleccionar un BMS, es importante considerar factores como el costo, la potencia nominal, el tamaño, la cantidad de canales, la compatibilidad del protocolo de comunicación con otros dispositivos y características de seguridad adicionales como cortes térmicos y protección contra polaridad inversa. Al tener esto en cuenta al elegir un sistema adecuado para su aplicación, puede garantizar un rendimiento confiable y al mismo tiempo evitar cualquier riesgo potencial asociado con los peligros de sobrecarga de la batería de litio.
Las 5 medidas para evitar el cobro excesivo
- El voltaje de protección se configura en el BMS para que el voltaje de protección sea más bajo que el voltaje pico durante la sobrecarga.
- Mejore la resistencia a la sobrecarga de la batería mediante la modificación del material (como el revestimiento del material).
- Agregue aditivos anti-sobrecarga, como pares redox, al electrolito.
- Con el uso de la membrana sensible al voltaje, cuando la batería se sobrecarga, la resistencia de la membrana se reduce significativamente, lo que actúa como una derivación.
- El uso de diseños OSD y CID en baterías de carcasa cuadrada de aluminio es actualmente un diseño general anti-sobrecarga, mientras que las baterías de paquete blando no pueden lograr un diseño similar.
¿Se puede reparar una batería de litio sobrecargada?
En términos generales, un cargo excesivo La batería de litio no se puede reparar.. Sin embargo, depende de la aplicación y del lugar del daño del Batería de Litio.
Para una sola batería
Desde el punto de vista del material del electrodo positivo únicamente, el exceso provocará cambios en la estructura del material, y este cambio es irreversible, por lo que la sobrecarga Batería de Litio no se puede reparar. En términos del grado de daño, una sobrecarga severa puede causar una explosión, y una sobrecarga leve no causará una fuga térmica, pero sí una disminución de la capacidad.
Para un paquete de batería
Podemos hacer ciertas reparaciones de acuerdo a las partes dañadas.
Algunas células están dañadas: Use un multímetro para medir la celda defectuosa y reemplácela con una celda del mismo modelo y especificación para asegurarse de que todas las celdas estén en un estado saludable y consistente (voltaje, capacidad, resistencia interna y otros errores están dentro de un rango razonable).
El Daño BMS: Pruebe la respuesta del BMS a la corriente y verifique si el BMS está defectuoso; de lo contrario, se debe reemplazar todo el BMS para garantizar que el BMS pueda detectar y administrar normalmente el paquete de baterías.
¿Qué es una descarga profunda?
Una descarga profunda es un término utilizado para describir el proceso de drenar todos los depósitos almacenados. energía de una batería de litio. Este tipo de descarga puede ser peligrosa porque somete las celdas de la batería a un estrés extremo y podría causar daños permanentes. También provoca aumentos significativos en las temperaturas internas que, si no se controlan, podrían provocar una fuga térmica o un incendio.
Para evitar este tipo de sobrecarga, las baterías de litio nunca deben agotarse por debajo del nivel de voltaje mínimo especificado por el fabricante, conocido como "punto de corte". Los sistemas de gestión de baterías (BMS) están diseñados con varias salvaguardas que limitan la descarga de corriente y alertan a los usuarios cuando se acercan a este umbral crítico. Además, el monitoreo regular de los voltajes de las celdas por parte de un técnico experimentado es esencial para garantizar el funcionamiento seguro de cualquier sistema de alta potencia.
¿Cómo cargar la batería de litio correctamente?
1. Temperatura ambiente adecuada
Acuerdo litio Mantener las baterías a una temperatura adecuada es de suma importancia ya que las temperaturas externas pueden tener un gran efecto en el rendimiento de la batería.
Si las baterías de litio se exponen a altas temperaturas durante períodos prolongados, la capacidad de la batería y la calidad de la carga disminuirán.
En ambientes fríos, Las baterías de litio requieren energía. para regular la temperatura interna, algo que consume energía valiosa y no favorece los intervalos de carga.
Para un funcionamiento óptimo, Las baterías de litio deben cargarse., descargado y operado dentro de un rango de temperatura ambiente de 5°C-45°C.
2. Almacene la batería correctamente
La vida está en el ejercicio. Para maximizar la eficiencia de las baterías de iones de litio, es necesario usarlas con frecuencia para mantener los electrones en las baterías de iones de litio en un estado de flujo.
Si la batería de litio no se usa con frecuencia, por favor almacenar la batería correctamente. Antes del almacenamiento, asegúrese de que la energía de la batería se mantenga en 30%-70%, en un ambiente fresco, seco y ventilado, y realice un ciclo de carga y descarga cada 3 a 6 meses.
3. Un cargador adecuado
El cargador debe hacer coincidir el voltaje con el voltaje de la batería de litio y la corriente con los amperios-hora. capacidad de la batería de litio. Además, el cargador tiene una función de protección de carga para evitar sobrecargas y fallos.
Una adecuada El cargador de batería de litio está para cargar. primero a una corriente constante, y luego cuando el voltaje de la batería aumenta a 4,2 V, el voltaje ya no aumentará y el cargador detectará la corriente, y si la corriente es inferior a un cierto valor, la carga finalizará.
4. Evite la carga y descarga completa
Acuerdo Las baterías de litio cargadas y descargadas correctamente pueden prolongar la vida útil de la batería.. porque muchos baterías de litio Ahora no tiene efecto memoria, mantener la energía de la batería en 10% ~ 90% es más propicio para proteger la batería.
Cuando cargando las baterias de productos digitales como teléfonos móviles y portátiles, no es necesario alcanzar el valor máximo.
5. Evitar la carga rápida
Para aumentar la velocidad a la que se puede cargar una batería, los fabricantes aumentan el amperaje o cambian el voltaje para aumentar la energía potencial, y esto es lo que tensa las celdas de litio y es un catalizador potencial para dañarlas.
Por lo tanto, debido al uso a largo plazo de la batería, la carga rápida afecta la vida útil de la batería más que la carga normal.
Resumir
La sobrecarga de la batería de litio es un problema grave que puede causar daños permanentes a las baterías, lo que provoca pérdida de capacidad y alta impedancia. Para evitar estos problemas, es importante que los usuarios comprendan cómo cargar baterías de litio correctamente.
Un ejemplo de procedimientos de carga adecuados sería el uso de un sistema de gestión de baterías (BMS). Un BMS monitoreará el ciclo de carga y evitará la sobrecarga cortando la energía si es necesario. Además, se recomiendan descargas profundas regulares para mantener el rendimiento óptimo de litio baterías. Los ciclos de descarga profunda no deben exceder la profundidad de 50-80% y nunca deben llegar a 0%, ya que esto podría provocar la inversión de la celda y otros daños irreversibles.
En general, comprender los peligros asociados con la sobrecarga de la batería de litio y aprender las técnicas de carga correctas puede ayudar a garantizar la seguridad y maximizar el rendimiento. ciclo de vida de las baterías de litio. Si sigue las mejores prácticas, como utilizar un BMS o una descarga profunda con regularidad, puede protegerse de riesgos innecesarios y, al mismo tiempo, garantizar que su baterías de litio mantenerse saludable en los años venideros.
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