Приложение Б (обязательное). Рабочая зона аккумулятора

Приложение Б
(обязательное)

Рабочая зона аккумулятора

Б.1 Общие положения

Изготовитель литий-ионных аккумуляторов должен установить требования к рабочей зоне (ток, напряжение, температура) аккумуляторов (см. ГОСТ Р МЭК 62619-2020 и [8]) и условиям их хранения (в частности, к температуре и СЗ, если устройства не эксплуатируются), обязательные для соблюдения.

Изготовители аккумуляторов должны предоставить информацию о рабочей зоне в спецификации и ТУ на аккумуляторы для выработки мер безопасности для потребителей, таких как изготовители СЭН, БС, СНЭБ. Чтобы обеспечить защиту при возможном отказе контроля при заряде, в СКУ также должны быть предусмотрены соответствующие защитные устройства и функции.

Пределы рабочей зоны должны быть указаны для обеспечения безопасности и отличаются от значений зарядного напряжения и температуры, используемых для оптимизации работы аккумуляторов, таких как циклический ресурс.

Б.2 Условия заряда для безопасного использования

Для того чтобы обеспечить безопасное использование аккумуляторов, их изготовители должны установить верхний предел напряжения, а также температуру аккумулятора, которые применяются в качестве контрольных параметров во время заряда.

Аккумулятор должен заряжаться в пределах заданного диапазона температуры (стандартный диапазон температур) при напряжении, не превышающем верхний предел, установленный для заряда. Допускается установление изготовителем аккумуляторов температурного режима выше или ниже стандартного диапазона температур при условии обеспечения мер безопасности, таких как снижение зарядного напряжения.

Возможность протекания заряда определена приложением определенного напряжения, от которого зависит, до какой степени можно осуществить заряд. При превышении установленного значения этой величины возрастает возможность побочных реакций, приводящих к термической неустойчивости. Также при этом из катодного материала может выходить большее количество лития, чем допустимо с точки зрения сохранения структуры, обеспечивающей возможность обратимого циклирования.

Рабочая зона означает диапазон напряжений и температур, при котором аккумуляторы могут быть безопасно использованы. Для рабочей зоны также должны быть установлены максимальный ток заряда и нижний предел напряжения при разряде.

При обосновании верхней границы напряжения заряда изготовитель должен исходить из информации об отсутствии критических изменений кристаллической структуры катодного материала, о степени принятия ионов лития внутрь объема частиц анодного материала и отсутствии высаживания слоев лития в виде металла на поверхности этих частиц. Данная информация должна быть получена для максимальной и минимальной температур, которые допускаются для рассматриваемой области рабочей зоны с учетом устанавливаемых максимальных токов заряда.

Как правило, при выходе за границы зоны стандартного заряда по температуре допустимые значения напряжения и токов должны быть снижены (рисунок Б.1). Если температура поверхности аккумуляторов ниже нижней границы области низких температур, аккумулятор не должен подвергаться заряду ни при каких значениях зарядного тока.

Пример указания рабочей зоны по напряжению и току заряда в зависимости от температуры аккумулятора приведен на рисунке Б.1.

T ₁  Т ₂ - область низких температур; Т ₂  Т ₃ - стандартный диапазон температур; Т ₃  Т ₄ и Т ₄  Т ₅ - области высоких температур, для которых установлены различные пределы напряжения заряда

Рисунок Б.1 - Типичный пример рабочей зоны заряда литий-ионных аккумуляторов

Б.3 Условия разряда для безопасного использования

При разряде рабочая зона, как правило, ограничивается максимальной температурой разряда и указанием постоянного (не зависящего от температуры) конечного напряжения разряда (рисунок Б.2). Зона низких температур при этом ограничивается естественным образом за счет снижения проводимости электролита, делающего невозможным проведение разряда большими токами на большую глубину.

Т ₁  Т ₂ - область низких температур; Т ₂  Т ₃ - стандартный диапазон температур; Т ₃  Т ₄ - область высоких температур

Рисунок Б.2 - Пример рабочей зоны разряда типичных литий-ионных аккумуляторов

При несоблюдении указанных требований могут произойти необратимые повреждения и изменения аккумуляторов, которые после возвращения в рабочую зону могут стать небезопасными при продолжении эксплуатации в связи с возникновением дефектов (например, внутренних коротких замыканий, выделения газа, воспламенения).

Объяснение возможных эффектов, оказывающих влияние на безопасность, приведено на рисунке Б.3.

После выхода параметров аккумулятора за границы безопасной рабочей зоны БМ, ББ, БС, СНЭБ должны быть отключены. Их не допускается запускать вновь до тех пор, пока не будут проведены соответствующие испытания и при необходимости выполнен восстановительный ремонт (специалистом, уполномоченным изготовителем БС).

1 - рабочая зона - безопасный рабочий диапазон; 2 - растворение меди на аноде; 3а - осаждение лития во время перезаряда; 3б - осаждение лития во время заряда при низкой температуре; 4 - возможный дефект в границе твердая фаза - электролит (SEI) в графитовых анодах, увеличение давления газа, возможно медленный тепловой разгон; 5 - повышение температуры, выбросы газа, плавление сепаратора, воспламенение и т.п.; 6 - выброс газа, плавление сепаратора, воспламенение и т.п.; 7 - тепловой разгон, воспламенение, выделение кислорода из оксидов и усиление горения

Рисунок Б.3 - Пример рабочей зоны литиевого аккумулятора

Примечание - Границы рабочей зоны, приведенные на рисунке Б.1, являются примером для одной из электрохимических систем (NMC/графит) и могут отличаться в зависимости от конструкции аккумулятора и/или условий применения.

Если подача энергии от БС имеет решающее значение для особо значимых нагрузок (например, движение в критических местах или ситуациях), разряд батареи допускается продолжить до ее выключения, если продолжение разряда не может привести к немедленному дефекту (например, стравливанию газа).

Системой менеджмента качества изготовителя БС, батарей и аккумуляторов должно быть предусмотрено обеспечение условий транспортирования, хранения/складирования аккумуляторов в пределах допустимого температурного диапазона.