Ali so akumulatorji LiFePO4 varni?
Kako varni so LiFePO4 (LFP) akumulatorji in kako se preverja njihova varnost?
LiFePO4 (LFP) akumulatorji sodijo med toplotno stabilnejše litij-ionske akumulatorske tehnologije. Njihovo varnost proizvajalci preverjajo z različnimi preskusi, ki vključujejo kratke stike, mehanske poškodbe, prenapolnjenje, prekomerno praznjenje, vibracije in druge zahtevne pogoje.
V preteklosti so bili tovrstni preskusi predstavljeni tudi za LFP celice proizvajalca Thunder Sky. Rezultati posameznih preskusov lahko pokažejo dobro odpornost določene celice, vendar jih ne smemo posploševati na vse LFP akumulatorje.
1. Preskus zunanjega kratkega stika
Pri preskusu kratkega stika se preverja, kako se celica odzove na nenadno povezavo pozitivnega in negativnega pola z zelo nizko električno upornostjo.
Takšno stanje lahko povzroči izjemno visoke tokove, hitro segrevanje in poškodbe celice.
Pri nekaterih preskusih celic Thunder Sky naj ne bi prišlo do eksplozije ali vžiga, lahko pa se je pojavil dim.
To ne pomeni, da je kratek stik pri LFP akumulatorjih varen. Pri nepravilni uporabi lahko pride do požara, poškodb priključkov in nevarnega sproščanja plinov.
Zato morajo biti baterijski sistemi opremljeni z ustreznimi varovalkami in drugimi električnimi zaščitami.
2. Preskus mehanskih poškodb
Mehanski preskusi preverjajo odziv celic na različne poškodbe, kot so udarci, stiskanje, prebadanje ali druge obremenitve.
Pri zgodovinskih predstavitvah preskusov Thunder Sky je bil opisan tudi preskus preboja celice z izstrelkom, pri katerem po navedbah proizvajalca ni prišlo do eksplozije ali požara.
Takšen rezultat velja samo za konkretno preskušeno celico in pogoje preskusa.
Poškodovana LFP celica lahko kljub temu predstavlja resno nevarnost, zato je ne smemo ponovno uporabljati ali polniti brez ustrezne strokovne ocene.
3. Preskus prenapolnjenja in prekomernega praznjenja
Pri teh preskusih se preverja odziv celice, kadar njena napetost preseže dovoljeno zgornjo mejo ali pade pod spodnjo mejo.
Prenapolnjenje lahko povzroči notranje poškodbe, segrevanje in nevarne kemične reakcije.
Prekomerno praznjenje pa lahko povzroči trajno zmanjšanje kapacitete, notranje poškodbe in težave pri nadaljnjem polnjenju.
Pri posameznih preskusih Thunder Sky so bile celice izpostavljene tudi napetostim zunaj običajnega delovnega območja, ne da bi po navedenih rezultatih prišlo do požara ali eksplozije.
Takšni preskusi niso navodilo za uporabo. Običajna zgornja polnilna napetost številnih LFP celic je približno 3,65 V, dovoljene meje pa vedno določa proizvajalec.
Za preprečevanje prenapolnjenja in prekomernega praznjenja je potreben ustrezen BMS.
4. Preskus odpornosti proti vodi
Pri preskusih izpostavljenosti vodi se preverja odziv celic ali baterijskih sklopov na določene pogoje vlage oziroma potopitve.
Pri zgodovinskem preskusu Thunder Sky je bila opisana enourna potopitev celice v vodo brez opaženega iztekanja ali eksplozije.
Vendar to ne pomeni, da so vsi LFP akumulatorji vodotesni.
Vodoodpornost celotnega akumulatorja je odvisna predvsem od konstrukcije ohišja, tesnjenja, priključkov in stopnje zaščite IP.
Za uporabo v navtiki ali drugih vlažnih okoljih je treba izbrati akumulator z ustrezno zaščito pred vdorom vode.
5. Preskus izpostavljenosti ognju
Pri požarnih preskusih se preverja odziv celic na zelo visoke temperature ali neposredno izpostavljenost ognju.
LFP tehnologija ima v primerjavi z nekaterimi drugimi litij-ionskimi tehnologijami dobro toplotno stabilnost, vendar lahko tudi LFP celice ob ekstremnem segrevanju sproščajo nevarne pline, zagorijo ali povzročijo druge nevarne dogodke.
Pri nekaterih preskusih Thunder Sky po navedbah proizvajalca ni prišlo do eksplozije, vendar to ne pomeni, da so LFP celice ognjevarne ali negorljive.
6. Preskus ciklične življenjske dobe
Poleg varnostnih preskusov proizvajalci preverjajo tudi vzdržljivost celic pri ponavljajočem se polnjenju in praznjenju.
Pri preskusih ciklične življenjske dobe se običajno spremljajo:
-
Število opravljenih ciklov.
-
Globina praznjenja (DoD).
-
Polnilni in praznilni tokovi.
-
Temperatura.
-
Preostala kapaciteta po določenem številu ciklov.
Pri zgodovinskih preskusih Thunder Sky so bili predstavljeni tudi rezultati hitrega cikličnega obremenjevanja celic.
Vendar rezultat po 100 ciklih ne zadostuje za oceno celotne življenjske dobe akumulatorja.
Za primerjavo različnih LFP akumulatorjev je pomembnejši podatek o pričakovanem številu ciklov do določene preostale kapacitete, pogosto 80 % začetne kapacitete, pri jasno opredeljenih preskusnih pogojih.
7. Preskus odpornosti proti vibracijam
Vibracije so pomemben dejavnik pri uporabi akumulatorjev v električnih vozilih, industrijskih strojih, avtodomih in plovilih.
Pri preskusih se preverja, ali vibracije povzročajo mehanske poškodbe, izgubo električnega stika, puščanje ali druge nepravilnosti.
Pri nekaterih preskusih Thunder Sky so bile celice izpostavljene vibracijam v frekvenčnem območju 10–50 Hz.
Za konkretno uporabo pa je treba preveriti, po katerem standardu je bil preskus opravljen in kakšne obremenitve je akumulator dejansko prestal.
Kateri standardi potrjujejo varnost LFP akumulatorjev?
Pri izbiri LFP akumulatorja je pomembno preveriti ustrezno tehnično dokumentacijo in preskuse po standardih, ki veljajo za predvideno uporabo.
Med pomembnejšimi so:
-
IEC 62619: varnostne zahteve za sekundarne litij-ionske celice in baterije za industrijsko uporabo.
-
IEC 62133-2: varnostne zahteve za prenosne sekundarne litij-ionske celice in baterije.
-
UN 38.3: preskusi, povezani z varnim prevozom litij-ionskih celic in baterij.
Izpolnjevanje posameznega standarda ne pomeni samodejne primernosti za vse aplikacije. Zahteve so odvisne od vrste izdelka in njegove uporabe.
Zakaj je BMS ključen za varnost?
Tudi kakovostna LFP celica lahko postane nevarna, če deluje zunaj dovoljenih električnih in temperaturnih omejitev.
BMS (Battery Management System) spremlja napetosti celic, tokove in temperaturo ter ob zaznavi nevarnih pogojev omeji ali prekine delovanje.
Pri izbiri akumulatorja je zato pomembno preveriti ne samo kakovost celic, temveč tudi zmogljivost BMS, električne zaščite, konstrukcijo ohišja in ustreznost celotnega baterijskega sistema.
LiFePO4 akumulatorji imajo zaradi svoje kemijske sestave dobro toplotno stabilnost, kar predstavlja pomembno varnostno prednost. Vendar posamezni preskusi, tudi zgodovinski testi proizvajalca Thunder Sky, ne dokazujejo popolne varnosti vseh LFP akumulatorjev. Za zanesljivo uporabo so ključni kakovostne celice, ustrezen BMS, pravilna vgradnja in preverjena skladnost z zahtevami predvidene aplikacije.