Kokios saugos funkcijos turi LFP ličio baterijų rinkinys, palyginti su kitais?

Vidinė šiluminė stabilumas: kaip LFP alyvinio struktūra neleidžia šiluminiam nestabilumui

Stabilūs P-O kovalentiniai ryšiai ir deguonies išlaikymas veikiant šiluminei apkrovai

LFP baterijos, taip pat žinomos kaip Ličio geležies fosfato baterijos, turi ypatingą alyvuogių kristalinę struktūrą, kurią sudaro labai stiprios P-O jungtys – vienos tvirčiausių esamų ličio baterijų chemijoje. Šios jungtys padeda deguonį laikyti fiksuotą net ir esant aukštai temperatūrai, pavyzdžiui, virš 250 laipsnių Celsijaus. Palyginimui, kitose baterijose, tokiomis kaip NMC, NCA ar LCO tipų, deguonis pradeda išsiskirti jau ties maždaug 200 laipsnių. Tai svarbu dėl tokios priežasties: laisvas deguonis gali maitinti pavojingas chemines reakcijas, kurios sukelia ugnį. Kadangi LFP baterijos taip lengvai neišskiria deguonies, jos efektyviai sustabdo grandininę reakciją, dėl kurios baterijos užsidega. Tai reiškia, kad net jei nutiktų nesklandumų ir baterija perkaitę ar atsirastų vidinė trumpa grandinė, LFP elementai nepradėtų savaiminio plintančio gaisro. Dėl to jos yra žymiai saugesnės svarbioms programoms, kur patikimumas yra esminis, pavyzdžiui, saulės energijos kaupimui didelėse elektrinėse ar elektromobilių maitinimui.

Aukštesnė šiluminio nevalingumo pradžios temperatūra (~270 °C) lyginant su NMC/NCA (~210 °C) ir LCO

LFP katodų šiluminis nevalingumas prasideda apie 270 laipsnių Celsijaus, tai maždaug 60 laipsnių karščiau nei NMC/NCA ir LCO katodų atveju, kai nestabilumas dažniausiai pasireiškia arti 210 laipsnių. Šis papildomas 28 % temperatūros rezervas nėra tik nedidelis skirtumas. Iš tiesų jis suteikia saugos sistemoms vertingas papildomas sekundes, kad aptiktų problemas ir imtųsi veiksmų, prieš dar viskas išsisukdama iš rankų. Tyrimai dėl elektrocheminės stabilumo rodo aiškią ryšį tarp šio temperatūros skirtumo ir mažesnio gaisrų skaičiaus realiose diegimo vietose. Tai ypač svarbu vietose, kur dienos metu temperatūra stipriai kinta, arba kai nėra atsarginių aušinimo sistemų.

Didelis atsparumas pažeidimams: LFP našumas esant mechaniniam poveikiui

Atsparumas pradūrimui ir sutraiškymui be užsidegimo ar ugnies plitimo

LFP baterijų blokai išsiskiria tuo, kaip gerai jie atlaiko fizinį poveikį, nes jų alyvinio tipo katodas tiesiog nesunkiai susidėvi. Kai jie yra tikrinami standartiniais vinimis, kurių skersmuo 3 mm, įvaromas 10 mm per sekundę greičiu, arba sutraiškomi veikiant jėgai, viršijančiai 100 kN, šios baterijos paprasčiausiai nepradeda degti, neleidžia dūmų ar liepsnos. Net ir blogesnėse situacijose, kai jos perkraunamos ar iš anksto veikiamos aukštos temperatūros, nieko pavojinga nenutinka. Šio nepaprasto atsparumo priežastis slypi LFP cheminėje sudėtyje. Tie stiprūs fosforo-rangos ryšiai išlieka stabilūs iki maždaug 270 laipsnių Celsijaus, kas reiškia, jog neatsiskiria deguonis, kuris galėtų maitinti ugnį, kaip tai vyksta su nikeliu turtingomis alternatyvomis. Realios aplinkos bandymai daugelį kartų patvirtina tai, ką rodo laboratorinių tyrimų rezultatai. LFP moduliai toliau tinkamai veikia elektriškai ir išlieka struktūriškai vientisi net ir tuomet, kai juos veikia ekstremaliomis sąlygomis, tokios kaip 130 procentų perkrovos ar smūgiai, atitinkantys 50G apkrovas. Problemos dažniausiai lieka apribotos viename elemente, o ne plinta visu baterijos bloku.

Minimalus dujų susidarymas ir mažas liepsnos plitimąs nagų pradūrimo bandymuose

Atliekant UL 1642 nagų pradūrimo bandymus, LFP elementai išskiria žymiai mažiau pavojingų deguonies neturinčių dujų ir visiškai neformuoja ilgalaikės liepsnos, palyginti su kobalto ar nikeliu pagrįstomis alternatyvomis:

Degių elektrolitų skilimo takų nebuvimas reiškia, kad normalios veikimo metu neatsiranda metalinio litio apsėdimas, todėl bendras degimo energija yra žemesnė nei 10 % lyginant su panašiais NMC elementais. Slėgio išleidimo vožtuvų bei vidinių ugnies izoliatorių įrengimas užtikrina, kad liepsna neužplūstų už defekto elemento ribų. Ši savybė yra labai svarbi baterijoms, kurios sandėliavimo įrenginiuose ar elektrinių automobilių blokuose yra glaudžiai sugrupuotos, o saugos atotrūkiai turi būti minimalūs.

Katodo cheminės sudėties pranašumas: kodėl LFP yra saugesnis už kitus litio ir švino rūgšties akumuliatorius

Tai, kas daro LFP (Ličio geležies fosfato) tokį saugų, prasideda jau atomo lygmenyje. Aukso akmens struktūros katodas turi stabilias P-O jungtis, o ne nestabilias metalo- deguonies sluoksnius, randamus kitose medžiagose. Paėmę, pavyzdžiui, NMC ar NCA katodus. Jų nikelio ir kobalto oksidai linkę skilinėti, kai temperatūra pasiekia apie 210 laipsnių Celsijaus, išsiskiriant deguoniui. Tačiau LFP išlaiko savo struktūrą iki maždaug 270 °C, kas esminiu būdu pašalina vieną iš pagrindinių dalykų, galinčių sukelti šiluminio sprogdinimo problemas. Palyginus su senomis švino-rūgštimi pagamintomis baterijomis, LFP tiesiog neturi tokių pat rizikos veiksnių. Nebūtina nerimauti dėl sieros rūgšties nutekėjimo, įkrovimo metu neišsiskiria vandenilio dujos, taip pat visiškai išeliminuota terminalų korozija ir kibirkščiavimas. Ir dar vienas didelis pliusas, apie kurį niekas nepakankamai kalba: visiškai nenaudojamas kobaltas. Kobaltas faktiškai susijęs su daugybe problemų, tokių kaip deguonies išsiskyrimo reakcijos ir greitesnis šiluminis skilimas daugelyje ličio tipų. Visi šie vidiniai cheminiai pranašumai lemia, kad LFP išsiskiria iš minios, ypač svarbu vietose, kur saugumas yra svarbiausias, sistemos turi tarnauti amžinai, o gedimai turėtų atsirasti prognozuojamu, o ne netikėtu būdu.

Sistemos lygio saugos integracija: BMS, PCM ir mechaninis konstruktyvas LFP baterijų blokuose

Išmanios BMS funkcijos, pritaikytos LFP plokščiai įtampos kreivei ir plačiam SOC langui

Unikalus 3,2 V įtampos lygis ir plokščia iškrovos kreivė daro LFP akumuliatorius sudėtingus naudoti, nes jie išlaiko naudotinę įkrovą nuo maždaug 20 % iki pat 100 %. Paprasti būsenos nustatymo metodai čia neveikia, kadangi per didžiąją ciklo dalį įtampa beveik nesikeičia. Dėl to geriausi LFP akumuliatorių valdymo sistemos sujungia kelias priemones – fiksuodamos faktiškai perduotą įkrovą, stebėdamos įtampos pokyčius, koreguojamus pagal temperatūros svyravimus, taip pat naudodamos progresyvius mokymosi algoritmus, kurie laikui bėgant tampa vis tikslingesni. Šios sistemos paprastai pasiekia tikslumą ±3 %. PCM komponentas taip pat atlieka svarbų vaidmenį, nustatydamas griežtas ribas kiekvienai elementų ląstelei. Kai ląstelės viršija 3,65 V arba nukrenta žemiau 2,5 V, MOSFET jungikliai nedelsiant įsijungia, apsaugodami nuo pavojingų cheminių reakcijų, tokių kaip litio plakiravimas ar vario tirpimas. Tokių griežtų kontrolės priemonių palaikymas yra ne tik gera praktika, bet ir būtina sąlyga, jei gamintojai nori pasiekti įspūdingą 6 000 ciklų tarnavimo trukmės rodiklį, kartu užtikrindami saugumą ir stabilumą esant įvairioms eksploatacijos sąlygoms.

Mechaniniai apsaugos priemonės: korpusai su IP67 apsaugos lygiu, slėgio išleidimo vožtuvai ir ugniai atsparios medžiagos

Saugumas litio geležies fosfato (LFP) baterijų blokuose pasiekiama dėka kelių apsaugos sluoksnių, veikiančių kartu. Išorinė apvalkalo dalis, pagaminta iš IP67 standarto aliuminio, neleidžia patekti drėgmei ir dulkiams, todėl šios baterijos tinka tiek lauko įrenginiams, tiek judantiems transporto priemonėms. Viduje yra specialūs pertvarai, pagaminti iš UL94 V-0 medžiagų, kurie padeda sustabdyti ugnies plitimą tarp elementų. Nors LFP baterijos netinkamai naudojamos išskiria apie 86 procentais mažiau dujų lyginant su nikeliu-mangano-kobalto (NMC) baterijomis, jose yra integruoti slėgio nuleidimo vožtuvai, kurie aktyvuojasi esant 15–20 psi slėgiui, kad būtų išvengta pavojingų sprogimų. Esant ekstremalioms temperatūroms, į darbą įsijungia keramikos pluošto barjerai. Jie gali išlaikyti temperatūrą iki 1 200 laipsnių Celsijaus ir iš tikrųjų sulėtina šilumos perdavimą kaimyniniams elementams ilgiau nei pusę valandos. Visi šie saugumo priemonių ne tik atitinka griežtas vežimo reikalavimus UN38.3, bet taip pat leidžia saugiai montuoti šias baterijas ankštuose erdvėse, kuriose gali būti daug žmonių.

DUK

Kas yra šiluminis nestabilumas baterijose?

Šiluminis nestabilumas – tai situacija, kai baterija patiria nekontroliuojamas vidines reakcijas, dažnai sukeliančias pernelyg didelį šilumos išsiskyrimą ir galinčias sukelti ugnį ar sprogimą.

Kodėl LFP baterijos laikomos saugesnėmis?

LFP baterijos turi stabilų alyvinio tipo struktūrą su stipriais P-O ryšiais, kurie aukštose temperatūrose neleidžia išsiskirti deguoniui, todėl sumažėja šiluminio nestabilumo ir ugnies rizika.

Kaip LFP baterijos atlaiko mechaninę apkrovą?

LFP baterijos parodo didelį tvirtumą veikiamos mechaninės apkrovos, nekyla ugnies, net jei baterija pradurta ar sutraiškyta, dėl jų patviro cheminio ir fizinio konstrukcinio sprendimo.

Kokie saugos priemonių elementai integruoti į LFP baterijų blokus?

LFP baterijų blokai apima protingas BMS funkcijas, IP67 apsaugos klasės korpusus, slėgio nuleidimo vožtuvus ir liepsną slopinančias medžiagas, kad būtų padidinta sauga ir stabilumas.