Kiểm tra pin Lithium-Ion: quy trình, tiêu chuẩn và an toàn
Hiện nay, công nghệ pin lithium-ion đã kéo dài tuổi thọ của nhiều thiết bị như laptop và điện thoại di động, và điều này đã trở thành tiêu chuẩn. Tuy nhiên, chú ý đáng kể đang được đổ vào đầu tư cho xe hybrid và xe điện. Với việc sử dụng phương tiện chạy bằng pin ngày càng phổ biến trong ngành và giá trị của công nghệ Li-ion giảm, nhu cầu về kiểm tra ắc quy đương nhiên sẽ thúc đẩy nghiên cứu, thử nghiệm và sản xuất các thành phần Li-ion bổ sung.
SỰ THOÁT NHIỆT TRONG PIN LITHIUM-ION LÀ GÌ?
Mặc dù pin lithium-ion thường được coi là an toàn đối với người tiêu dùng, tuy nhiên, độ ổn định nhiệt của chúng có thể bị ảnh hưởng trong một số điều kiện cụ thể. Hiện tượng được gọi là sự thoát nhiệt có thể xảy ra khi một tế bào trong pin lithium-ion trở nên quá nóng do nhiều nguyên nhân khác nhau như lỗi cơ học, nhiệt độ cao, đoản mạch hoặc tình trạng điện hóa không ổn định dẫn đến tăng đột ngột của dòng điện và cuối cùng làm cho pin mất ổn định.
Năng lượng nhiệt và điện hóa được tạo ra trong quá trình này sau đó có thể lan ra các khu vực xung quanh, gây ra nguy cơ nổ hoặc cháy và thải ra các khí độc hại. Thường thì các cuộc thử nghiệm lạm dụng pin lithium-ion và các thành phần của chúng được thực hiện để mô phỏng các sự cố nhiệt độ hoặc cơ học, và chúng thường dẫn đến hiện tượng phát nhiệt không kiểm soát được gọi là sự thoát nhiệt.
Phương pháp kiểm tra pin Lithium-ion
Mục tiêu chính của quá trình kiểm tra pin Lithium-ion là đảm bảo rằng pin hoạt động một cách bình thường và an toàn trong mọi môi trường bằng cách tạo ra các điều kiện mô phỏng mà pin sẽ phải đối mặt trong thực tế. Mọi cuộc kiểm tra trong loạt quy trình này tuân theo các tiêu chuẩn ngành như UL, SAE, IEC và các thử nghiệm khác, với các mục tiêu cụ thể như kiểm tra độ an toàn trong trường hợp lạm dụng nhiệt, khả năng chịu nhiệt, kiểm tra chu kỳ nhiệt độ và kiểm tra đoản mạch ở nhiệt độ cao.
Dưới đây là một số tiêu chuẩn thử nghiệm phổ biến dành cho các mô-đun hoặc tế bào pin lithium-ion loại sơ cấp (không thể sạc lại) và loại thứ cấp (có thể sạc lại), với sự sử dụng của các buồng thử nghiệm tương ứng để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
Tiêu chuẩn kiểm tra pin Lithium-ion
UL 1642
Tiêu chuẩn UL về An toàn cho Pin Lithium bao gồm một loạt các kiểm tra về điện, cơ học và môi trường dành cho nhiều loại pin Li-ion có khả năng thay thế trong sản phẩm. Mục tiêu chung của các yêu cầu UL 1642 là giảm nguy cơ cháy hoặc nổ khi sử dụng pin Li-ion trong sản phẩm và đồng thời đảm bảo an toàn cho con người trong quá trình vận hành sản phẩm với pin Li-ion có thể thay thế.
Các thử nghiệm theo tiêu chuẩn UL 1642 có thể sử dụng các buồng nhiệt độ khác nhau, bao gồm các thử nghiệm như kiểm tra đoản mạch ở 60°C, thử nghiệm nhiệt độ tăng từ 5°C mỗi phút đến 150°C và chu trình nhiệt độ từ 70°C đến -40°C trong thời gian chuyển đổi 30 phút.
UL 2054
Tiêu chuẩn UL về An toàn cho Pin Gia dụng và Thương mại bao gồm các kiểm tra về mức điện dung lượng pin, trong khi tất cả các kiểm tra về tế bào thành phần được đề cập trong UL 1642. Một loạt các kiểm tra về điện, cơ, cấu trúc vỏ pin, khả năng chống cháy và kiểm tra môi trường được thiết kế để xác minh tính an toàn của cả pin loại sơ cấp và thứ cấp. Tùy thuộc vào kích thước và số lượng pin, việc sử dụng các buồng nhiệt độ cụ thể hoặc tiến hành các kiểm tra kháng căng thẳng có thể xảy ra, bao gồm kiểm tra ở 70°C, kiểm tra gia nhiệt với tốc độ gia nhiệt từ 5°C mỗi phút đến 150°C và chu trình nhiệt độ từ 70°C xuống 20°C và tiếp tục đến -40°C trong thời gian chuyển đổi 30 phút.
UL 2580
Tiêu chuẩn UL về Pin sử dụng trong xe điện được phát triển như một tiêu chuẩn đạt/không đạt để đánh giá pin Li-ion trong xe điện và xe điện hybrid. Tiêu chuẩn này bao gồm nhiều thử nghiệm cơ và điện với một thử nghiệm môi trường liên quan đến chu trình nhiệt độ. Buồng sốc nhiệt có thể được sử dụng để đặt bộ lưu trữ điện đã được sạc đầy ở nhiệt độ cực cao từ 85°C đến -40°C.
IEC 62133
Yêu cầu về an toàn đối với pin thứ cấp kín di động thể hiện tiêu chuẩn chính cho pin Li-ion có thể sạc lại để sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại, máy tính xách tay và máy ảnh. Giống như UL, các tiêu chuẩn IEC đề cập đến các thông số kỹ thuật chung, an toàn và vận chuyển cho pin và pin Li-ion. Buồng nhiệt độ tiếp cận có thể thực hiện các phần thử nghiệm bao gồm thử nghiệm ngắn mạch ở 55°C, thử nghiệm giảm ứng suất khuôn ở 70°C, thử nghiệm lạm dụng nhiệt lên tới 130°C ở 5°C mỗi phút và chu kỳ nhiệt độ từ 75°C đến 20°C đến -20°C trong thời gian chuyển đổi 30 phút.
IEC 62660-2
Pin Li-ion thứ cấp dùng cho lực đẩy của phương tiện giao thông đường bộ chạy điện – Phần 2: Thử nghiệm độ tin cậy và lạm dụng bao gồm các quy trình và điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn về các đặc tính cơ bản của tế bào Li-ion để sử dụng trong động cơ đẩy của xe điện. Buồng nhiệt độ có thể thực hiện nhiều tiêu chuẩn kiểm tra khác nhau, bao gồm kiểm tra nhiệt từ 5°C mỗi phút đến 130°C, chu kỳ nhiệt độ từ 85°C đến -40°C ở 1°C mỗi phút (hoặc 65°C đến -20 °C khi vận hành bằng điện) và thử nghiệm phóng điện công suất ở -20°C, 0°C, 25°C và 45°C.
SAE J2464
Thử nghiệm an toàn và lạm dụng hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại cho xe điện và xe điện lai (RESS) mô tả một loạt các thử nghiệm có thể được sử dụng để kiểm tra lạm dụng pin sạc của xe nhằm xác định phản ứng với các điều kiện hoặc sự kiện vượt quá phạm vi hoạt động bình thường của chúng. Buồng nhiệt độ có thể được sử dụng để kiểm tra độ ổn định nhiệt bằng cách tăng nhiệt độ theo từng mức 5°C, trong khi buồng sốc nhiệt sẽ có hiệu quả khi chu kỳ nhiệt độ từ 70°C đến -40°C trong thời gian chuyển tiếp 15 phút.
Kiểm tra an toàn pin Lithium-ion
Trong khi việc sử dụng pin Li-ion trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp xe cộ và điện tử tiêu dùng, mỗi nhà sản xuất đều phát triển các chất hóa học Li-ion độc quyền của riêng mình để nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ và hiệu quả chi phí. Việc kết hợp các thành phần hóa học độc đáo với các tiêu chuẩn kiểm tra lạm dụng cụ thể tạo ra thách thức cho các nhà sản xuất buồng thử nghiệm trong việc cung cấp thiết bị thử nghiệm hiệu quả, an toàn cho cả người dùng và cơ sở.
Hội đồng R&D ô tô Châu Âu (EUCAR) đã xác định mức độ nguy hiểm để đánh giá và dự đoán mức độ nguy hiểm cụ thể liên quan đến việc xử lý và thử nghiệm pin theo các sự kiện có thể dự đoán được. Khi pin được đặt trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau ngoài phạm vi hoạt động bình thường của chúng, mức độ nguy hiểm sẽ được ấn định để mô tả sự kiện và tác động tiềm ẩn.
Khi mức độ nguy hiểm tăng lên, các buồng thử nghiệm môi trường phải được trang bị các tính năng an toàn cụ thể để bảo vệ cả cơ sở và nhân viên. Các tính năng phổ biến nhất bao gồm máy sưởi vỏ bọc giới hạn nhiệt độ, rào chắn an toàn nội tại, giám sát khí, lỗ thông hơi giảm áp, máy thổi khí trong lành, hệ thống chữa cháy, v.v. Ví dụ, bộ gia nhiệt có vỏ bọc giới hạn nhiệt độ được thiết kế để giới hạn nhiệt độ bề mặt của bộ gia nhiệt dưới điểm tự động bốc cháy của khí dễ cháy tiềm ẩn được giải phóng trong quá trình hoạt động của pin. Trong một số tình huống thử nghiệm cho đến thất bại nghiêm trọng, có thể cần có một lớp vỏ bảo vệ duy nhất để cách ly một vụ nổ hoặc sự kiện thảm khốc.
Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được sâu hơn về kiểm tra pin Lithium-Ion: quy trình, tiêu chuẩn và an toàn. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.
