Что такое защищённый аккумулятор и от чего его защищают
Аккумуляторы на основе лития надежны и долговечны, но требуют строгого соблюдения условий эксплуатации. При нарушении этих условий элементы питания быстро выходят из строя и даже могут возгораться. Но при соблюдении правил эксплуатации АКБ литиевого типа абсолютно безопасны.
В 2012 году был принят стандарт IEC 62133, который регламентирует безопасность Li-ion аккумуляторов в процессе их эксплуатации, транспортировки и хранения. Контроль их характеристик, включая границы рабочего напряжения и диапазон температур, выполняют специальные платы защиты.
Аккумуляторы без таких плат называют незащищенными. Они используются для сборки аккумуляторных батарей, которые оснащаются собственными BMS платами мониторинга и защиты. В остальных случаях используются защищенные элементы. Например, они применяются в фонарях и других устройствах, не имеющих собственной платы контроля.
Для чего защищают аккумуляторы?
Основными рисками для литий-ионных элементов питания являются:
- Перезаряд – он может привести к возгоранию или взрыву аккумуляторов. Максимальное напряжение для Li-ion элементов составляет 4,25–4,35 В на ячейку.
- Длительное хранение в состоянии глубокого разряда, с уровнем напряжения ниже 2,2–2,5 В на ячейку – в этом случае элементы питания вздуваются и становятся непригодными для дальнейшего использования.
- Выход за рамки допустимых температур (от -20 до +60 °С) – он приводит к потере емкости и быстрой деградации аккумуляторов. Заряжать Li-ion элементы можно только при плюсовых температурах, хранить рекомендуется в прохладном месте, а использовать – избегая граничных значений температурного диапазона. Для использования на морозе больше подходят литиевые АКБ типа LiFePO4. Этот вид литий-ионных АКБ отличается высокой термической стабильностью и может применяться в жестких условиях.
- Превышение токовых нагрузок – приводит к преждевременному выходу АКБ из строя. Для большинства Li-ion аккумуляторов допустимы токи разряда до 2С и токи заряда 0,5–1С, и только мощные высокотоковые элементы рассчитаны на нагрузки до 10–20С.
- Механические повреждения, разгерметизация – когда литий вступает в контакт с кислородом воздуха, происходит интенсивное газообразование и повышение температуры с возможностью дальнейшего возгорания. Тушить его водой нельзя, т.к. процесс горения только усиливается. В таком случае хорошее решение – поместить горящий аккумулятор в стороне от людей и легко воспламеняемых предметов и дать ему догореть.
Как выглядит плата защиты на Li-ion ячейках?
Электронная плата защиты с применением сварочной ленты приваривается к плюсовому контакту элемента питания, превращая его из незащищенного в защищенный. После этого элемент упаковывается в пленку, на которой дублируется маркировка. В результате аккум становится чуть больше стандартных значений по диаметру и высоте – примерно на 0,3–0,5 мм.
Как работает электронная плата защиты?От механических повреждений АКБ может защитить прочный корпус и соблюдение правил эксплуатации пользователем. Защиту от остальных рисков способна обеспечить электронная плата. Когда какая-либо из характеристик выходит за допустимые пределы, плата автоматически отключает аккумулятор от нагрузки или зарядного устройства.
Пользователю не приходится беспокоиться о том, что элементы питания перезарядятся в зарядном устройстве или разрядятся «в ноль» при использовании. Плата защиты не допустит таких ситуаций. Вот что значит защищенный аккумулятор. При его использовании главное – не допускать механических повреждений, сдавливания, деформации и разгерметизации, не оставлять надолго в разряженном состоянии и не заряжать на морозе. О защите от остальных рисков, включая перенапряжение, перегрев и короткое замыкание, позаботится электронная плата.
Читайте в нашей предыдущей статье об использовании Li-ion батарей при организации автономных систем орошения.
