Varnost litij-ionske baterije: učinkovita dolgoročna strategija
Začnimo tako, da jasno povemo - litij -ionske baterije so lahko varne.
Vsako leto nastajajo milijarde litij-ionskih celic in to število bo v naslednjem desetletju še naprej raslo. S tako velikim številom celic lahko katera koli druga elektronska naprava ne uspe. Zato je izziv v bistvu za reševanje teh premajhnih jeder čim prej, preden se zgodi dogodek.
Za sisteme za shranjevanje energije je mogoče uporabiti različne ravni upravljanja varnosti. Medtem ko proizvajalci celic in sistemov spremljajo varnost celic in sistema prek nekaterih od teh konceptov, lahko operaterji tudi zagotovijo, da so njihovi sistemi varni z uporabo specializirane analize baterije.
Kaj lahko torej proizvajalci litij-ionskih celic, razvijalci sistema in operaterji naredijo, da zmanjšajo okvare in zagotovijo varnost? Vzdrževanje varnega in zanesljivega baterijskega sistema zahteva tri sloje.
1 plast: Nadzor kakovosti in testiranje staranja proizvodnje
2 plast: Sistemi za upravljanje baterij
3 plast: Izdelava delovanja oblaka
Te tri plasti so podobne reliju, kjer potrebujemo zanesljiv avtomobil, voznik in pilot.
1 plast: Preskusi nadzora kakovosti in staranja
Baterije lahko mislimo kot reli avtomobile. Za združevanje potrebujemo zanesljiv, kakovosten avtomobil.
Vendar proizvajalci celic ne morejo zagotoviti 100 -odstotne kakovosti za vsako celico. Zato ima testiranje kakovosti ključno vlogo pri tradicionalnem pristopu k preprečevanju okvare litijeve baterije.
Po proizvodnji se izvedejo zunaj linijski testi, da bi videli, ali celice izpolnjujejo dane standarde kakovosti. Vendar ti testi običajno niso zelo temeljiti in lahko presejejo številne teste, da bi našli očitna slaba jabolka. Kmalu po proizvodnji se analize, kot so začetne meritve zmogljivosti ali impedance, pogosto uporabljajo za pomoč pri prepoznavanju okvarjenih celic.
Certifikacijski testi so ključni za vsak izdelek, ker jih je treba izvajati s pravnega vidika. V teh testih je treba opraviti standardizirane teste in proizvajalec mora pokazati vedenje, povezano z varnostjo.
Da bi razumeli vedenje baterij, se v predpisanih laboratorijskih testih izvajajo koledarski testi in kolesarski testi v mesecih in letih. Vendar so ti testi zamudni, dragi, nadzorujejo le določene dele baterije in niso prilagodljivi za sisteme, nameščene na terenu. Baterije na naših cestah, v naših domovih ali povezane z omrežjem, doživljajo različne okoljske razmere in profile obremenitve kot tiste, ki so testirani v laboratoriju.
Testiranje kakovosti proizvodnje samo ocenjuje določeno točko v času, zato je potrebna dodatna plast varnosti.
2 plast: Sistem za upravljanje baterij
Sistemi za upravljanje baterij (BMS) je mogoče obravnavati kot reli voznike, ki se osredotočajo na cesto in dosledno varujejo svoje avtomobile na progi. Vendar pa potrebujejo več časa in sredstev, da si ogledajo večjo sliko.
BMS ohranjajo baterije v pričakovanem varnem delovnem območju in zmanjšajo vpliv ene same celične okvare na prizadet paket ali modul. To storijo z:
Merjenje napetosti, toka in temperature celic
Izračun in spremljanje stanja naboja (SOC)
Uravnoteženje celic na isto napetost za varno delovanje
Če so vrednosti blizu mejnih ali presegajo mejne pogoje, bi moral BMS s spremembo delovanja ali izklop baterijskega sistema spraviti v varno stanje. BMS je pasiven, a potreben varnostni ukrep.
Na žalost ima BMS svoje pomanjkljivosti:
Vidi samo trenutno stanje
Vidimo samo celice v ustreznem baterijskem paketu
Omejena računalniška moč in sledi preprostim pravilom
Zaradi teh omejitev BM ne more zaznati varnostnih anomalij, ki se pojavljajo v določenem območju vrednosti, zaženejo poglobljeno analitiko, da natančneje izračunajo stanje baterije ali napovedujejo dolgoročne trende. Kot so pokazali prejšnji incidenti, lahko omejitve BMS privedejo do okvare litij-ionskih baterij, ki lahko ogrozijo podjetja. To še povečuje zapletenost ocenjevanja varnostnih tveganj, saj je treba kakovost BMS upoštevati poleg kakovosti proizvodnje baterije. Senzorji morda ne bodo uspeli, kar vodi do varnostnih kritičnih dogodkov. Kakovost senzorja in računalniška moč se lahko izboljšata, kar vodi do višjih stroškov. Toda vprašanje ostaja: če BMS spremlja baterijo, kdo spremlja BMS?
3 plast: Izdelava delovanja oblaka
Analiza akumulatorja v oblaku je mogoče obravnavati kot pilot rally avtomobila, ki zagotavlja pravo pot in strategijo. BMS se osredotoča na takojšnjo težavo, medtem ko oblak skrbi za veliko sliko.
Analitika, ki temelji na oblaku, BMS doda dodatno plast varnosti. Podatki BMS se zbirajo v oblaku in ustvarjajo zgodovinsko bazo podatkov, ki omogoča globljo, naprednejšo analizo vedenja baterijskega sistema med delovanjem in polnjenje v resničnih pogojih. Ta analiza uporablja fizično zasnovane modele baterij in strojno učenje za določitev in napovedovanje staranja baterije in varnosti. V primerjavi z BMS je v oblaku analitika preventivni varnostni ukrep, ker analizirajo dolgoročne zdravstvene trende in odkrijejo anomalije. To je pomembno, ker se lahko pojavijo mehanizmi za varnostno kritično staranje, če BMS v celotnem življenjskem ciklu ohrani baterijo v svojem pričakovanem vrednosti.
