Защо батериите експлодират? Ролята на контрола на качеството

Разбиране на термичното бягство

Когато говорим за експлозии на батерии, най-често използваният научен термин е термично претоварване. Това е верижна реакция в клетката на батерията, при която повишаването на температурата променя условията по начин, който причинява по-нататъшно повишаване на температурата, често водещо до разрушителен резултат. С прости думи, батерията генерира топлина по-бързо, отколкото може да я разсее. След като вътрешната температура достигне определен праг – обикновено околоот 130°C до 150°C—сепараторът между анода и катода започва да се топи, причинявайки огромно освобождаване на енергия. Този процес се случва за секунди и след като започне, е почти невъзможно да се спре без специализирано пожарогасене.

Опасността от вътрешни къси съединения

Вътрешното късо съединение е основният тих убиец на батериите. То се получава, когато положителните и отрицателните електроди осъществят директен контакт вътре в клетката. При нормални обстоятелства, тънка пореста мембрана, наречена сепаратор, ги държи разделени, като същевременно позволява на йоните да текат. Ако обаче тази мембрана е нарушена поради механичен удар или производствен дефект, електричеството протича по път на най-малко съпротивление. Този концентриран поток от ток създава гореща точка (хххх). Тъй като енергийната плътност в съвременните литиево-йонни или оловно-киселинни батерии с висок капацитет е толкова висока, дори микроскопично нарушение може да доведе до пълна повреда на клетката.

Външен стрес и въздействие на околната среда

Батериите са чувствителни към околната среда. Физическите повреди, като пробиване или смачкване на батерия, са очевидна причина за горене. Топлината на околната среда обаче е също толкова опасна. Съхранението на батерии във високотемпературни складове или в близост до машини, които генерират топлина, влошава химическата стабилност на електролита. При оловно-киселинните батерии прекомерната топлина води до загуба на вода и термично издуване, където корпусът се разширява. При литиевите батерии топлината ускорява растежа на слоевете СЕИ (Твърдо Електролит Интерфаза), което в крайна сметка увеличава вътрешното съпротивление и прави батерията по-склонна към прегряване по време на употреба.

Цикли на зареждане и управление на напрежението

Процесът на зареждане е моментът, в който батерията е най-уязвима. Презареждането се случва, когато зарядното напрежение надхвърли определения лимит на батерията. Това принуждава излишните йони да навлязат в структурата на електрода, което я прави нестабилна. В оловно-киселинните системи презареждането води до електролиза на вода, отделяйки запалим водороден газ. В литиевите батерии това може да причини литиево покритие, при което се образува метален литий на повърхността на анода. Тези метални отлагания са остри и в крайна сметка могат да пробият сепаратора, което води до вътрешно късо съединение, споменато по-рано. Използването на висококачествена система за управление на батерията (Сграда за управление на сградата (BMS)) е първата линия на защита, но физическата батерия трябва да бъде изградена така, че да се справи с тези натоварвания.

Производствени дефекти и примеси

Много повреди на батерии могат да бъдат проследени до чистите помещения – или до липсата им – по време на етапа на производство. Малки прахови частици или метални стружки (гранули), въведени по време на процеса на сглобяване, може да не причинят незабавна повреда. Вместо това, те действат като предвестници на проблеми. В продължение на десетки цикли на зареждане и разреждане тези примеси могат да мигрират или да причинят локализирано напрежение върху вътрешната структура на клетката. Ето защо производителите на висок клас батерии инвестират сериозно в среда без прах и автоматизирани системи за проверка. Един-единствен микроскопичен метален фрагмент е достатъчен, за да превърне високопроизводителна батерия в опасност за безопасността месеци след като напусне фабриката.

Значението на заваряването на оловни части

В света на индустриалните батерии начинът, по който вътрешните компоненти са свързани, е жизненоважен. При производството на оловно-киселинни батерии, за свързване на клетки се използва заваряване през стената. Ако този заваръчен шев е слаб, неравномерен или съдържа кухини, той създава високо електрическо съпротивление. Когато от батерията се изтегля висок ток – например при стартиране на двигател – слабата точка на заваряване ще се нагрее бързо. Ако температурата в точката на заваряване достигне точката на топене на оловото или запали околните газове, батерията може да експлодира.дълбочина и налягане на заваряванеса двата най-важни параметъра, които определят дали една батерия е надежден източник на енергия или бомба със закъснител.

Глобални стандарти за контрол на качеството

Безопасността не е случайност; тя е резултат от строги протоколи за тестване. Надеждните батерии преминават през набор от тестове, включително вибрации, механичен удар, симулация на външно късо съединение и екстремни температурни цикли. За B2B купувачите е от решаващо значение да се провери дали доставчикът използва автоматизирано тестване. Ръчната проверка е податлива на човешки грешки, особено при производствени линии с голям обем. Автоматизацията гарантира, че всяка отделна единица отговаря на абсолютно един и същ праг на безопасност. Записването на данни по време на процеса на сглобяване позволява на производителите да проследят повредена единица до конкретната минута, в която е произведена, като идентифицират дали партида суровини е била дефектна или дали е имало промяна в калибрирането на машината.

Оптимизиране на производството с помощта на съвременни технологии

За да предотвратят рисковете, свързани с лоши вътрешни връзки и дефекти при заваряване, водещите производители разчитат на интегрирани решения катоНапълно автоматична ЦПУ машина за инспекция на заваряване през стенаот По-добре Технология Група Ограничено. Тази усъвършенствана система рационализира производството на оловно-киселинни батерии, като комбинира прецизно Северна Каролина (цифрово програмно управление) заваряване с незабавен контрол на качеството. Чрез автоматизиране на процеса на заваряване през стената, машината гарантира100% постоянство в здравината на заварката, което значително намалява риска от вътрешно съпротивление и случайно запалване. Възможностите му за наблюдение в реално време улавят дефекти, които човешкото око би пропуснало, като гарантират, че всяка батерия, напускаща линията, е оптимизирана за безопасност и дългосрочна производителност. За компании, които искат да подобрят безопасността и ефективността на производството си, това цялостно решение осигурява техническата прецизност, необходима за конкуренция на световния пазар.