EnglishThực hành sản xuất và sử dụng an toàn đối với pin li-ion
Các chốt an toàn được tích hợp trong cell
Tất cả pack pin Li-ion cần phải có mạch bảo vệ bắt buộc để đảm bảo an toàn trong (gần như) mọi trường hợp. Được hiệu chỉnh bởi IEC 62133, sự an toàn của cell pin hoặc pack pin Li-ion bắt đầu bằng cách bao gồm một số hoặc tất cả các biện pháp bảo vệ sau đây.
- PTC (positive temperature coefficient) được tích hợp trong cell nhằm bảo vệ khi quá dòng.
- CID (circuit interrupt device – thiết bị ngắt mạch) mở mạch khi áp suất cell đạt 1.000kPa (145psi).
- Van an toàn sẽ mở để xả khí khi áp suất đạt mức 3.000kPa (450psi).
- Bộ phân tách sẽ cản dòng ion bằng cách tan chảy khi vượt quá ngưỡng nhiệt độ nhất định
PTC và CID hoạt động tốt trong pack 2 hoặc 3 cell nhỏ hơn với cấu hình nối tiếp và song song, tuy nhiên, các thiết bị an toàn này thường bị bỏ qua trong khối pin lớn với nhiều cell. Khi quá tải, các thiết bị an toàn sẽ tắt các cell, tuy nhiên khi đó, dòng tải sẽ bắt các cell còn lại làm việc quá sức. Tình trạng quá tải như vậy có thể dẫn đến hiện tượng thermal runaway trước khi các thiết bị an toàn còn lại kích hoạt.
Ngoài các biện pháp bảo vệ tế bào bên trong, mạch bảo vệ điện tử bên ngoài ngăn không cho bất kỳ cell nào vượt quá 4,30V khi sạc. Ngoài ra, cầu chì sẽ cắt dòng điện nếu nhiệt độ bề mặt của bất kỳ cell nào đạt tới 90°C (194°F). Để ngăn pin xả quá mức, mạch điều khiển sẽ cắt đường dẫn dòng điện ở mức khoảng 2,20V/cell.
Mỗi cell trong chuỗi nối tiếp cần giám sát áp độc lập. Số lượng cell càng lớn thì mạch bảo vệ càng phức tạp. Trước đây, người ta giới hạn 4 cell nối tiếp cho các thiết bị tiêu dùng. Ngày nay, các chip có sẵn cũng chứa được 5–7, 7–10 và 13 cell nối tiếp. Đối với các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như xe hybrid hoặc xe điện cung cấp điện áp vài trăm volt, các mạch bảo vệ đặc biệt sẽ được chế tạo. Việc giám sát song song hai hoặc nhiều cell để có dòng điện cao hơn ít quan trọng hơn việc kiểm soát điện áp khi mắc nối tiếp.
Mạch bảo vệ BMS
chỉ có thể bảo vệ pin khỏi sự lạm dụng từ bên ngoài, chẳng hạn như ngắn mạch ngoài hoặc bộ sạc bị lỗi. Tuy nhiên, nếu xảy ra lỗi bên trong cell, chẳng hạn như nhiễm bẩn các hạt kim loại cực nhỏ, BMS hầu như không có tác dụng gì. Các tấm phân tách được gia cố và tự phục hồi đang được phát triển cho các tế bào được sử dụng trong hệ thống truyền động điện, nhưng điều này làm cho pin có kích thước lớn và đắt tiền.
Li-ion thường xả tới 3,0V/cell. Mức ngưỡng “điện áp thấp” thấp nhất được phép là 2,5V/cell. Không nên giữ pin ở mức đó vì hiện tượng tự xả sẽ sau một thời gian đưa pin về mức điện áp cắt, khiến pin chuyển sang chế độ ngủ. Hầu hết thiết bị sạc đều không sạc được Li-ion đã chuyển sang chế độ ngủ và phải sử dụng cách khác để “đánh thức” chúng dậy.
Ở vị trí BẬT, BMS có điện trở 50–100mOhm, thấp hơn đối với bộ nguồn. Mạch thường bao gồm hai công tắc mắc nối tiếp; một quản lý ngưỡng áp cao và một quản lý ngưỡng áp thấp. Các khối pin lớn hơn cần thiết kế cẩn thận hơn so với pin nhỏ, còn pin cho điện thoại di động và máy tính bảng với thiết kế một cell pin duy nhất chỉ cần đặt giới hạn điện áp và dòng điện bên cạnh một số biện pháp bảo vệ cell sẵn có.
Một quan ngại khác là dòng điện đã phá hủy bộ bảo vệ của pin. Công tắc trạng thái rắn bị chập mạch sẽ được nối vĩnh viễn ở vị trí BẬT mà người dùng không hề biết. Pin có mạch bảo vệ bị lỗi vẫn hoạt động bình thường nhưng không bảo vệ được. Điện áp cell có thể tăng trên mức an toàn và sạc pin quá mức. Sự tích tụ nhiệt và phồng lên là những dấu hiệu ban đầu của sự cố này, nhưng một số pin sẽ phát nổ mà không báo trước.
Sử dụng sạc tốt
Một số bộ sạc tiêu dùng giá thấp có thể chỉ dựa vào mạch bảo vệ của pin để ngừng sạc. Đối với an toàn, việc có càng nhiều chức năng tích hợp càng tốt. Người mua không biết rằng các sạc rẻ tiền không có thuật toán chính xác cho từng loại thiết bị.
Giá thấp rất hấp dẫn nhưng tiêu chuẩn an toàn cần được đặt ở vị trí hàng đầu. Một người mua sắm khôn ngoan sẽ chi nhiều tiền hơn một chút và sử dụng hàng hóa có thương hiệu với các tiêu chuẩn sản xuất gắt gao.
Các nhà sản xuất pin lithium-ion không đề cập đến từ “nổ” mà sử dụng cụm từ “thermal runaway – xả khí bằng ngọn lửa” hoặc “tháo gỡ nhanh”. Mặc dù được coi là một quá trình chậm hơn và được kiểm soát nhiều hơn so với vụ nổ, việc thoát khí bằng lửa hoặc tháo dỡ nhanh chóng vẫn có thể gây bạo lực và gây thương tích cho những người ở gần.
Kết luận: Hướng dẫn đơn giản khi sử dụng pin Lithium-ion
- Hãy thận trọng khi sử dụng pin lithium-ion. Đây không phải là thiết bị bạn có thể “nhắm mắt” dùng mà không am hiểu về chúng.
- Không làm đoản mạch, sạc quá mức, nghiền nát, làm rơi, cắt xén, để vật lạ xâm nhập, lắp ngược cực, tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc tháo rời các cell pin khỏi pack.
- Chỉ sử dụng pin lithium-ion có mạch bảo vệ BMS được chỉ định và bộ sạc chính theo thiết bị.
- Hãy ngừng sử dụng pin và/hoặc bộ sạc nếu nhiệt độ của pack tăng hơn 10°C trong một lần sạc thông thường.
- Chất điện phân rất dễ cháy và pin bị vỡ có thể gây thương tích.
- Sơ cứu khẩn cấp: vô cùng quan trọng đó là cô lập đám cháy ở khoảng không gian thoáng để chúng cháy có kiểm soát, không cháy lan. Sử dụng bình chữa cháy bọt, CO2, hóa chất khô, than chì dạng bột, bột đồng hoặc soda (natri cacbonat) để dập tắt đám cháy lithium-ion. Đổ nước /cát để tránh lửa lan rộng.
- Nếu không thể dập tắt ngọn lửa của pin lithium-ion đang cháy, hãy để pin tự cháy một cách an toàn và có kiểm soát.
