Приложение A (обязательное). Рабочая зона безопасного использования аккумуляторов

Приложение A
(обязательное)

Рабочая зона безопасного использования аккумуляторов

A.1 Общие положения

В приложении установлены требования к установлению рабочей зоны аккумуляторов для обеспечения их безопасного использования. Эта зона задается как рабочая зона безопасного использования аккумуляторов. Рабочая зона определяет условия заряда, такие как верхний предел напряжения заряда и температура аккумулятора, которые обеспечивают безопасность аккумуляторов.

Изготовители аккумуляторов должны предоставить информацию о рабочей зоне в спецификации аккумуляторов для выработки мер безопасности для потребителей (изготовителей ББ и БС). В СКУ БС также должны быть предусмотрены соответствующие защитные устройства и функции, чтобы обеспечить защиту при возможном отказе контроля при заряде.

Пределы рабочей зоны устанавливают для обеспечения минимальной безопасности, и они отличаются от значений зарядного напряжения и температуры, используемых для оптимизации эксплуатационных характеристик аккумуляторов, например циклического ресурса.

A.2 Условия заряда для безопасного использования

Для того чтобы обеспечить безопасное использование аккумуляторов, изготовители аккумуляторов должны установить верхние пределы напряжения, а также температуру аккумулятора, которые допускаются во время заряда. Аккумулятор должен заряжаться в пределах заданного диапазона температуры (стандартный диапазон температур) при напряжении, не превышающем верхний предел. Изготовитель аккумуляторов может также установить температурный режим выше или ниже стандартного диапазона температур при условии обеспечения мер безопасности, таких как снижение максимального зарядного напряжения. Рабочая зона определяет диапазон напряжений и температур, при котором аккумуляторы могут быть безопасно использованы. Для рабочей зоны также может быть установлен максимальный ток заряда.

Для вновь разработанного аккумулятора допускается использовать такую же рабочую зону, как и для исходного аккумулятора, если он имеет такие же электродный материал, толщину электродов и их конструкцию, а также сепаратор, как и исходный аккумулятор, и емкость менее 120 % нормированной емкости исходного аккумулятора. Новый аккумулятор, который соответствует этим критериям, можно рассматривать как аккумулятор той же серии.

A.3 Рассмотрение воздействия зарядного напряжения

Напряжение заряда прикладывают к аккумуляторам для обеспечения протекания химической реакции во время заряда. Если зарядное напряжение чрезмерно высокое, химические реакции протекают в излишнем объеме или происходят побочные реакции и аккумулятор становится термически неустойчивым. Следовательно, необходимо, чтобы напряжение заряда не превышало значения, указанного изготовителем аккумуляторов (т.е. верхнего предела напряжения заряда). Если аккумулятор заряжается при более высоком напряжении, чем верхний предел напряжения заряда, из активного материала положительного электрода выходит превышенное количество ионов лития и его кристаллическая структура имеет тенденцию к разрушению. В этих условиях при возникновении внутреннего короткого замыкания тепловой разгон может возникнуть легче, чем для аккумуляторов, заряженных в установленной рабочей зоне. Следовательно, аккумуляторы не должны заряжаться при напряжении, превышающем верхний предел напряжения заряда.

Верхний предел напряжения заряда должен быть установлен изготовителем аккумулятора на основе испытаний с предоставлением результатов, например следующим образом:

- результаты испытаний, которые подтверждают стабильность кристаллической структуры положительного материала;

- результаты испытаний, которые подтверждают интеркаляцию ионов лития в отрицательный активный материал электрода, если аккумулятор заряжен на верхнем пределе напряжения заряда;

- результаты испытаний, которые подтверждают, что аккумуляторы, заряженные на верхнем пределе напряжения заряда, испытаны согласно разделу 6 при верхнем пределе температурного диапазона и соответствуют критериям прохождения для всех испытаний.

A.4 Рассмотрение воздействия температуры

Заряд вызывает протекание химической реакции и зависит от температуры. От температуры зависит количество побочных реакций или состояние продуктов реакции во время заряда. Заряд в области низких или высоких температур вызывает больше побочных реакций, и он более трудный с точки зрения обеспечения безопасности, чем в стандартном диапазоне температур, для которого применяют верхний предел напряжения заряда. Следовательно, как в области низких температур, так и области высоких температур напряжение и ток заряда должны быть снижены относительно верхнего предела напряжения заряда и/или максимального тока заряда стандартного диапазона.

A.5 Область высоких температур

Если аккумулятор заряжают при более высокой температуре, чем стандартный диапазон температур, показатели безопасности аккумулятора имеют тенденцию к уменьшению из-за снижения стабильности кристаллической структуры. Кроме того, в области высоких температур, как правило, имеется тенденция теплового разгона даже при относительно небольшом изменении температуры.

В связи с этим заряд аккумуляторов в области высоких температур контролируют следующим образом:

- если температура поверхности аккумуляторов находится внутри области высоких температур, указанной изготовителем аккумуляторов, применяют особые условия заряда, такие как снижение напряжения заряда и тока;

- если температура поверхности аккумуляторов выше, чем верхний предел области высоких температур, аккумулятор не должен подвергаться заряду ни при каких значениях зарядного тока.

A.6 Область низких температур

Если аккумулятор заряжают в области низких температур, снижается скорость массопереноса и скорость внедрения ионов лития (интеркаляция) в отрицательный материал будет низкой. Следовательно, на поверхности отрицательного электрода легко высаживается литий в виде металла. В этом состоянии аккумулятор термически нестабилен, склонен к перегреву и переходу в тепловой разгон. Кроме того, в области низкой температуры прием ионов лития сильно зависит от температуры. В литиевой БС, которая состоит из нескольких аккумуляторов в последовательном соединении, прием ионов лития в каждом аккумуляторе различается в зависимости от температуры аккумулятора, что снижает безопасность БС.

В связи с этим заряд аккумуляторов в области низких температур должен контролироваться следующим образом:

- если температура поверхности аккумулятора находится внутри области низких температур, указанной изготовителем аккумуляторов, применяют особые условия заряда, такие как снижение напряжения заряда и тока;

- если температура поверхности аккумулятора ниже нижней границы области низких температур, он не должен подвергаться заряду ни при каких значениях зарядного тока.

A.7 Условия разряда для безопасного использования

Основными параметрами обеспечения безопасности во время разряда являются напряжение, ток и температура. Напряжение всегда должно быть выше нижнего предела разрядного напряжения аккумулятора. Ток никогда не должен превышать максимальный ток, установленный изготовителем аккумуляторов. Температура должна быть в установленных пределах температур (ограничений по низким и высоким температурам). Напряжение аккумулятора должно быть выше установленного изготовителем значения нижнего напряжения разряда аккумулятора для того, чтобы предотвратить непредвиденный критический отказ. Установка напряжения конца разряда выше нижнего предела напряжения разряда определена изготовителем аккумулятора для того, чтобы поддерживать правильный резерв для рабочей зоны аккумулятора и оптимизировать его рабочие характеристики.

A.8 Пример рабочей зоны аккумуляторов

Рисунок A.1 иллюстрирует типичный пример рабочей зоны для заряда. При температуре выше или ниже стандартного диапазона температур допустимо заряжать аккумулятор при условии, что применяется меньшее напряжение заряда и/или тока. Рабочая зона может быть задана в виде ступенчатой формы, как показано на рисунке A.1, или с диагональными линиями. На рисунке A.2 показан пример рабочей зоны для разряда.

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

Рисунок A.1 - Пример рабочей зоны заряда типичных литий-ионных аккумуляторов

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

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