Учитываем нагрев в проектировании литий-ионных аккумуляторов

Управление температурным режимом — важная часть в работе литий-ионных аккумуляторов, которую необходимо учитывать. Посредством имитационного моделирования вы можете проанализировать как теплота перемещается внутри источника энергии и тем самым процесс проектировки.

Повод для беспокойства

Несмотря на то, слышите вы или нет название постоянно, литий-ионные аккумуляторы определённо играют активную роль в поддержании вашего ежедневного общения. Эти лёгкие, перезаряжаемые аккумуляторы обычно используются в разнообразной потребительской электронике, в том числе ноутбуках и сотовых телефонах. С их высокой плотностью энергии, литий-ионные аккумуляторы стали даже использовать в промышленности и транспортировке.

Литий-ионный аккумулятор из сотового телефона. (“NOKIA® Battery” автор Kristoferb. Лицензия Creative Commons Атрибуция — На тех же условиях 3.0 через Викисклад.)

По мере того как растёт использование этих устройств, увеличивается и беспокойство по поводу их безопасности. Как упоминалось в предыдущей статье блога, самовозгорание литий-ионного аккумулятора на борту нового Boeing 787 Dreamliner, вызванное перегревом, привело к отстранению от полётов всех самолётов Dreamliner. В прошлом году Design News сообщили о перегреве литий-ионных аккумуляторов внутри автомобилей Мицубиси (прочитать об этом можно здесь).

Два разных заголовка затрагивают одну общую проблему — влияние нагрева на безопасность и долговечность литий-ионных аккумуляторов.

Как нагрев воздействует на литий-ионные аккумуляторы?

Чтобы решить эту проблему, важно понять ее предпосылки.

Давайте начнём с конструкции аккумулятора. Литий-ионный аккумулятор состоит из двух электродов и неводного электролита, который позволяет ионам перемещаться. Во время зарядки, ионы лития двигаются с катода по электролиту и затем их захватывает кристаллическая структура анода на основе углерода. Когда аккумулятор разряжен, происходит процесс обратный описанному и эти ионы перетекают назад, приводя к противоположному потоку электрического тока. Кроме того они приводят и схему устройства в действие.

Согласно этому процессу, который похож на течение электрического тока по проводу, появляется внутреннее сопротивление в электролите, что приводит к Джоулеву нагреву. В проектировании литий-ионного аккумулятора важно то, что это тепло достаточно быстро распространяется, так что ячейка не нагревается настолько сильно, чтобы распадаться. Как отмечено в этом отчёте о моделировании литий-ионного аккумулятора, реакция распада является экзотермической. Это значит, что когда процесс начинается, температура будет продолжать расти и питать реакцию распада – явление известно как тепловой разгон аккумулятора. Это распространение тепла может быть потенциальным источником пожарной опасности.

Усовершенствование конструкции литий-ионного аккумулятора посредством имитационного моделирования

С помощью пакета COMSOL Multiphysics вы можете визуализировать и лучше разобраться в распределение температуры внутри литий-ионного аккумулятора. Модель Тепловое моделирования цилиндрического литий-ионного аккумулятора из модуля Аккумуляторы и топливные элементы объединяет теплопередачу с химией литий-ионного аккумулятора и потоком ионов. Интерфейс Сопряжённой теплопередачи используется для исследования охлаждения воздуха этой трехмерной тепловой модели литий-ионного аккумулятора.

Составляющие термальной модели.

Модель ниже показывает температуру аккумулятора и направления потока после 1500 секунд зарядки. Наивысшая температура сосредоточена в активном веществе аккумулятора около торца, который является термически изолированным. Таким образом, эта область ячейки более склонна к старению и деградации.

Распределение температуры внутри литий-ионного аккумулятора.

Заключительные мысли — теперь ваша очередь

Имитационное моделирование является полезным инструментом в оптимизации проектирования литий-ионных аккумуляторов. По мере анализа того как тепло распространяется во время работы аккумулятора, исследователи и производители могут улучшить характеристики аккумулятора и найти путь к более безопасной и долговечной технологии.

Скачайте файлы модели моделируйте сами: Тепловое моделирование цилиндрического литий-ионного аккумулятора в трёхмерном пространстве

Эксплуатация Li-ion баратей / Хабр

Введение

Все мы так или иначе знакомы с литий-ионными аккумуляторами. Они на столько распространены, что их можно найти в любом доме. Производители их встраивают практически везде: фонарики, мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты… Но очень мало людей знают, как их правильно эксплуатировать. Итак, поехали.

Начало использования или калибровка

При покупке любого оборудования с аккумуляторной батареей внутри всегда лучше ее проверить на работоспособность в магазине. Если ваше устройство не включается, то лучше воздержаться от покупки. Есть вероятность, что данное устройство полежало на складе очень долгое время, прежде чем попасть к вам в руки и, возможно, после покупки аккумулятор не будет держать заряд так хорошо.

Обычно любое устройства с аккумулятором в начале своей жизни должно включиться и проработать некоторое количество времени. Если вам попался в руки именно такой аппарат, то покупаем и радуемся покупке. Но придя домой не следует сразу же заряжать аккумулятор до 100%. Следует произвести так называемую раскачку аккумуляторной батареи аппарата, т.е. дать возможность аккумулятору набрать максимальную ёмкость для дальнейшей надлежащей эксплуатации.

Первоначально аккумулятор нужно полностью разрядить (0%). После разрядки аккумулятора его следует полностью зарядить (100%) для увеличения рабочей ёмкости и правильной калибровки системы управления аккумулятором. Для достижения максимальной рабочей ёмкости аккумулятора требуется произвести 3-4 полных цикла зарядки-разрядки батареи. И заряжать следует именно тем зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

Эксплуатация откалиброванного аккумулятора

После того, как аккумулятор был откалиброван, вы можете использовать аккумулятор как угодно, но придерживаясь некоторых правил:

1. Не стоит устройства литий-ионным аккумулятором (например, сотовый телефон) оставлять близко с источником тепла или под палящим солнцем. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –20°C до +50°C.

2. При отрицательных температурах аккумуляторы могут «проседают», из-за чего показывают уровень заряда меньше. Также нужно помнить, что при отрицательных температурах аккумуляторы не заряжаются.

3. Если ваше устройство с литий-ионным аккумулятором говорит, что заряд на исходе и следует подключить его к источнику тока, то так и стоит сделать. Рекомендуемые значения для зарядки является от 7% до 20%. (За исключением случаев калибровки.)

4. Калибровку аккумулятора стоит производить один раз в 3-4 месяца или 40 циклов зарядки. Процесс калибровки аккумулятора очень прост, но требует много времени. Нужно полностью разрядить аккумулятор до 0%, а потом зарядить до 100% и оставить его включенным к зарядке еще на пару часов.

5. Заряжать аккумуляторные батареи лучше всего зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

6. Аккумуляторные батарей нельзя паять! Рекомендуется использовать только контактной сварку.

Ресурсы по безопасности литиевых батарей | Федеральное авиационное управление

Уведомление о местоположении

Уведомление сайта

Министерство транспорта США

Министерство транспорта США

Литиевые батареи: каков риск?

Литиевые батареи используются в продуктах, которые мы используем каждый день, и могут быть опасны в самолете, если они не упакованы или не отправлены должным образом. Это видео было создано для пассажиров, сотрудников авиаперевозчиков, агентов на входе, грузоотправителей и потребителей, чтобы снизить риск возгорания в самолете, особенно в салоне и кабине экипажа, путем информирования о риске, связанном с литиевыми батареями.

Поврежденные или отозванные батареи и устройства с батарейным питанием

Поврежденные или отозванные батареи и устройства с батарейным питанием, которые могут создавать искры или вызывать опасное выделение тепла, не должны перевозиться на борту воздушного судна (например, перевозить — в багаже ​​или зарегистрированном багаже), если только поврежденная или отозванная батарея не была удалена или иным образом защищена. Авиакомпания может предложить дополнительные общедоступные инструкции по перевозке отдельных отозванных продуктов.

Для получения дополнительной информации об отзыве посетите веб-сайт Комиссии по безопасности потребительских товаров, производителя или поставщика.

Видео испытаний литиевых батарей технического центра FAA

• Ионно-литиевые батареи в ULD ( WMV )
• Ноутбук и аэрозоль в багаже ​​ ( WMV )
• PED и аэрозоль в багаже ​​в грузовом отсеке ( WMV )
• Кухня с компьютерами ( WMV )
• Проверка багажа ( WMV )

Предупреждения безопасности FAA для операторов (

SAFO ) и Информация для эксплуатантов ( InFOs )

• Предупреждение FAA о безопасности для эксплуатантов — электронные сигареты в зарегистрированном багаже ​​
  (15003) ( PDF )
• Предупреждение FAA о безопасности для операторов — перевозка запасных литиевых батарей в ручной клади и зарегистрированном багаже ​​(15010) ( PDF )
• Предупреждение FAA о безопасности для операторов (09013): Тушение пожаров, вызванных портативными электронными устройствами ( PDF )
• Предупреждение о безопасности FAA (10017): Риски при транспортировке литиевых батарей в грузовых самолетах ( PDF )
• Предупреждение безопасности FAA (16001): Риски пожара и взрыва при перевозке литий-ионных или литий-металлических батарей в качестве груза на пассажирских и грузовых самолетах ( PDF ) или Предупреждение безопасности FAA (16004): Новые нормативные требования Транспортировка литиевых батарей ( PDF )
• Предупреждение о безопасности FAA (16011): Ограничения на воздушный транспорт для отзываемых литиевых батарей и устройств с питанием от литиевых батарей
  ( PDF )
• Предупреждение о безопасности FAA (16012): поставки литий-ионных аккумуляторов от Braille Battery, Inc. ( PDF )
• Информация FAA для эксплуатантов (17008) – Перевозка портативных электронных устройств ( PED ) в зарегистрированном багаже ​​ ( PDF )

Международные документы по безопасности

• Электронный бюллетень ИКАО по электронным сигаретам
• Бюллетень ИКАО – Опасные грузы, перевозимые пассажирами и членами экипажа, небольшие личные транспортные средства с питанием от литиевых батарей, включая ховерборды ( PDF )
• Европейское агентство по авиационной безопасности ( EASA ) Бюллетень по безопасности – Опасность возгорания электронных сигарет в зарегистрированном багаже ​​

Разное Документы по безопасности

• PHMSA Руководство по аккумулятору для грузоотправителей ( PDF )
• PHMSA UN 38.3 Резюме испытаний литиевых батарей
• Руководство IATA по литиевым батареям 2022 года
• Инциденты с литиевыми батареями
• DOT Предупреждение о безопасности ховерборда 24. 12.2015 ( PDF )
• Рекомендации по безопасности NTSB (A-16-001-002) для предотвращения возгорания груза ( PDF )
• Управление пожарной охраны США: пожары и взрывы электронных сигарет ( PDF )
• SAE International, G-27 Упаковка литиевых батарей
  SAE G-27, Упаковка литиевых батарей — это технический комитет в SAE General Projects Systems Group, отвечающий за разработку и поддержание стандартов упаковки с минимальными характеристиками, обеспечивающих безопасную транспортировку литиевые батареи в качестве груза на самолетах.

Последнее обновление: среда, 24 августа 2022 г.

Малогабаритный литий-ионный аккумулятор Samsung SDI — Индекс

Samsung SDI занимает первое место по доле мирового рынка литий-ионных аккумуляторов с 2010 года
благодаря непрерывным технологическим инновациям и деятельности, ориентированной на рынок.

Малогабаритный литий-ионный аккумулятор

Бизнес

Крупные достижения

Поддержание стабильного роста за счет сильной рыночной позиции

Компания Samsung SDI стремится улучшить качество продукции и обеспечить ее стабильность с тех пор, как в 2000 году мы начали производство литий-ионных аккумуляторов. В частности, мы выпустили первую в мире гибкую батарею, разрабатывая передовые технологии для следующего поколения. Таким образом, мы можем лидировать на рынке малогабаритных аккумуляторов. В результате этих усилий в 2014 году мы заняли самую большую долю на мировом рынке малогабаритных аккумуляторов и, согласно отчету B3, с 2010 года сохраняем позицию № 1, демонстрируя нашу солидную рыночную власть.

Бизнес-план

Samsung SDI, в соответствии с бизнес-стратегией на 2014 год, собирается активно продвигать новые технологии, такие как высокая плотность энергии, быстрая зарядка и аккумуляторы IoT, на китайском и других развивающихся рынках, которые, как ожидается, будут постоянно расти. Тем самым мы планируем укрепить свое лидерство на развивающихся рынках и постоянно расширять рынок малогабаритных аккумуляторов. Мы также прилагаем усилия, чтобы заблаговременно реагировать на новые потребности в перезаряжаемых батареях на будущем рынке, таких как носимые устройства, не-ИТ и новые приложения, чтобы обеспечить устойчивый рост.

Малогабаритный
Литий-ионный аккумулятор

Сила бизнеса

• Техническое совершенство Разработка лучших в мире продуктов
  Постоянные инвестиции в НИОКР

• Превосходная система Современная производственная система
  Проверенное качество и стабильность

• Лучшая в мире цепочка поставок Глобальная система управления цепочками поставок
  Глобальная сеть продаж и обслуживания

• Накопленный деловой опыт Лучший в мире литий-ионный аккумулятор
  Максимальная производительность

Основные моменты

Электровелосипед курсирует из Сеула
в Чхунчхон на одной зарядке

Samsung SDI приняла участие в выставке Eurobike 2015, проходившей во Фридрихсхафене, Германия, чтобы продемонстрировать свои различные технологии литий-ионных аккумуляторов для электрических велосипедов. Компания Samsung SDI продемонстрировала шесть типов стандартных аккумуляторных батарей, которые могут быть встроены или установлены на внешний велосипед для немедленного использования. Также были представлены 12 типов аккумуляторных батарей, которые в настоящее время поставляются мировым компаниям-производителям, и элементы различных спецификаций. Еще одной новой технологией, на которую стоит обратить внимание, было добавление Bluetooth к аккумуляторной батарее, которая позволяет пользователям проверять на своих смартфонах остаточный заряд батареи, оставшееся расстояние и другие данные во время езды на велосипеде.

Кодовое название Orbis — батарея произвольной формы
увеличила свою емкость на 25%

Компания Samsung SDI начала разработку батареи произвольной формы и успешно применила ее к Samsung Gear S2, впервые представленному на рынке. Аккумулятор свободной формы, установленный в смарт-часах Gear S2, имеет емкость 250 мАч, что на 25% больше емкости за счет более эффективного использования пространства, то есть размер аккумулятора увеличен за счет того, что его форма больше соответствует круглому пространству часов.