ضمان سلامة البطارية: الدور الحاسم لتصميم خلايا أيون الليثيوم
خلايا البطارية هي المكونات الأساسية للبطاريات، وأداء سلامتها له أهمية قصوى. يتضمن أداء السلامة لخلايا البطارية بشكل أساسي الحماية من الشحن الزائد، والحماية من التفريغ الزائد، والحماية من التيار الزائد.
إذا لم تكن خلية البطارية تتمتع بحماية من الشحن الزائد، فقد ترتفع درجة حرارة البطارية أو حتى تنفجر أثناء الشحن. وبالمثل، إذا لم تكن خلية البطارية تتمتع بحماية من الإفراط في التفريغ، فقد ترتفع درجة حرارة البطارية وتتلف أثناء التفريغ. يمكن للحماية من التيار الزائد أن تمنع بشكل فعال الخطر الناجم عن التيار الزائد عندما تتعرض خلية البطارية للتدخل الخارجي.
بالإضافة إلى ذلك، يعد عرض المقطع العرضي لخلية البطارية جانبًا مهمًا أيضًا في أداء السلامة. يجب ترتيب المواد الداخلية لخلية البطارية عالية الجودة بشكل أنيق وكثيف، مع عدم وجود فقاعات أو فراغات. يمكن لخلية البطارية هذه أن تتحمل الضغط بشكل أفضل عند تعرضها لتأثير قوة خارجية، مما يقلل من احتمالية حدوث ضرر. وفي الوقت نفسه، يمكنها أيضًا توفير كثافة طاقة أعلى وعمر خدمة أطول.
الشحن الزائد هو السبب الرئيسي لحرائق البطارية. عندما يتم شحن خلية البطارية بشكل زائد، يمكن أن يتحلل الإلكتروليت الموجود داخل الخلية، مما يؤدي إلى إطلاق غازات قابلة للاشتعال. ويمكن أن تشتعل هذه الغازات بعد ذلك، مما يؤدي إلى نشوب حريق. الحماية من الشحن الزائد ضرورية لمنع حدوث ذلك.
يمكن تنفيذ الحماية من الشحن الزائد بعدة طرق. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام محدد الجهد. محدد الجهد هو جهاز يحد من الجهد الذي يمكن تطبيقه على خلية البطارية. عندما يصل الجهد إلى عتبة معينة، سيقوم محدد الجهد بفصل البطارية عن الشاحن.
هناك طريقة شائعة أخرى للحماية من الشحن الزائد وهي استخدام مستشعر درجة الحرارة. يقوم مستشعر درجة الحرارة بمراقبة درجة حرارة خلية البطارية. عندما تصل درجة الحرارة إلى حد معين، سيقوم مستشعر درجة الحرارة بفصل البطارية عن الشاحن.
الإفراط في التفريغ هو سبب رئيسي آخر لحرائق البطارية. عندما يتم تفريغ خلية البطارية بشكل زائد، يمكن أن ينخفض الجهد داخل الخلية إلى ما دون حد معين. قد يؤدي ذلك إلى إتلاف خلية البطارية ويجعلها غير مستقرة. تعتبر الحماية من الإفراط في التفريغ ضرورية لمنع حدوث ذلك.
يمكن تنفيذ الحماية من التفريغ الزائد بعدة طرق. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام محدد الجهد. محدد الجهد هو جهاز يحد من الجهد الذي يمكن سحبه من خلية البطارية. عندما يصل الجهد إلى عتبة معينة، سيقوم محدد الجهد بفصل البطارية عن الحمل.
هناك طريقة شائعة أخرى للحماية من الإفراط في التفريغ وهي استخدام مستشعر درجة الحرارة. يقوم مستشعر درجة الحرارة بمراقبة درجة حرارة خلية البطارية. عندما تصل درجة الحرارة إلى عتبة معينة، سيقوم مستشعر درجة الحرارة بفصل البطارية عن الحمل.
يمكن أن يتسبب التيار الزائد أيضًا في حرائق البطارية. عندما تتعرض خلية البطارية لتيار زائد، فإن الحرارة الناتجة عن التيار يمكن أن تتسبب في ارتفاع درجة حرارة خلية البطارية. حماية التيار الزائد ضرورية لمنع حدوث ذلك.
يمكن تنفيذ الحماية من التيار الزائد بعدة طرق. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام المصهر. المصهر هو جهاز يذوب عندما يتدفق التيار الزائد من خلاله. سيؤدي ذلك إلى فصل البطارية عن الحمل ومنع ارتفاع درجة حرارة خلية البطارية.
هناك طريقة شائعة أخرى للحماية من التيار الزائد وهي استخدام قاطع الدائرة الكهربائية. قاطع الدائرة هو جهاز يفتح الدائرة عندما يتدفق التيار الزائد من خلالها. سيؤدي هذا أيضًا إلى فصل البطارية عن الحمل ومنع ارتفاع درجة حرارة خلية البطارية.
يمكن أيضًا أن يوفر العرض المقطعي لخلية البطارية نظرة ثاقبة حول أداء السلامة الخاص بها. سيتم ترتيب المواد الداخلية لخلية البطارية عالية الجودة بدقة وكثافة. سيساعد ذلك على منع خلية البطارية من أن تصبح غير مستقرة إذا تعرضت لتأثير قوة خارجية.
لن تحتوي خلية البطارية عالية الجودة أيضًا على فقاعات أو فراغات في موادها الداخلية. يمكن أن توفر الفقاعات والفراغات مسارات لتدفق التيار، مما قد يزيد من خطر التيار الزائد وارتفاع درجة الحرارة.
تعد سلامة خلايا البطارية مسألة مهمة يجب أن تؤخذ على محمل الجد. من خلال تنفيذ الحماية المناسبة من الشحن الزائد، والحماية من التفريغ الزائد، والحماية من التيار الزائد، يمكن لمصنعي البطاريات المساعدة في منع حرائق البطارية وضمان سلامة منتجاتهم
بالإضافة إلى ميزات الأمان الثلاثة الرئيسية التي تمت مناقشتها أعلاه، يمكن أيضًا تصميم خلايا البطارية بميزات أخرى لتحسين أداء السلامة. على سبيل المثال، تم تصميم بعض خلايا البطارية بنظام إدارة حراري مدمج. يساعد هذا النظام على تبديد الحرارة من خلية البطارية، مما يساعد على منع ارتفاع درجة الحرارة.
تم تصميم خلايا البطارية الأخرى بطبقة مقاومة للحريق. يساعد هذا الطلاء على منع انتشار الحريق في حالة نشوب حريق بالبطارية.
ومن خلال دمج ميزات السلامة الإضافية هذه، يمكن لمصنعي البطاريات تحسين أداء السلامة لمنتجاتهم.
