Akun oikosulku on vakava vika: akkuun varastoitunut kemiallinen energia häviää lämpöenergian muodossa, laitetta ei voi käyttää. Samanaikaisesti oikosulku muodostaa myös vakavan lämmöntuoton, joka ei ainoastaan heikennä akkumateriaalin suorituskykyä, vaan voi jopa johtaa tulipaloon tai räjähdykseen lämmön karkaamisen vuoksi. Jotta laitteessa voitaisiin eliminoida mahdolliset oikosulun aiheuttavat olosuhteet ja varmistaa, ettei oikosulku muodosta vaarallista käyttötilaa, voimme COMSOL Multiphysicsin avulla tutkia litiumioniakkujen suunnittelua.
Miten akun oikosulku tapahtuu?
Akku pystyy muuttamaan varastoidun kemiallisen energian sähköenergiaksi. Normaalin toiminnan aikana akun kaksi elektrodia tuottavat sähkökemiallisia reaktioita negatiivisen elektrodin pelkistysreaktion ja anodin hapetusreaktion. Purkausprosessin aikana positiivinen elektrodi on 0,10-600 ja negatiivinen elektrodi on positiivinen; latausprosessin aikana kaksi elektrodimerkkiä vaihdetaan, eli positiivinen elektrodi on positiivinen ja negatiivinen elektrodi on negatiivinen.
Toinen elektrodi vapauttaa elektroneja piiriin, kun taas toinen elektrodi ottaa elektroneja piiristä. Juuri tämä suotuisa kemiallinen reaktio ohjaa virtaa piirissä ja siten mikä tahansa laite, kuten moottori tai hehkulamppu, pystyy saamaan energiaa akusta, kun se on kytketty siihen.
Ns. oikosulku on silloin, kun elektronit eivät virtaa sähkölaitteeseen kytketyn piirin läpi, vaan liikkuvat suoraan kahden elektrodin välillä. Koska näiden elektronien ei tarvitse tehdä mitään mekaanista työtä, vastus on hyvin pieni. Tämän seurauksena kemiallinen reaktio kiihtyy ja akku alkaa purkautua itsestään, menettäen kemiallisen energiansa tekemättä mitään hyödyllistä työtä. Oikosulkutilanteessa liiallinen virta saa akun resistanssin kuumenemaan (joule-lämpö), mikä voi vahingoittaa laitetta.
Akun mekaaninen vaurio on yksi oikosulun syistä. Jos metallinen vieras esine puhkaisee akun tai jos akku vaurioituu vaivaamisen seurauksena, se muodostaa sisäisen johtavan reitin ja muodostaa oikosulun. "Neulanpistotesti" on litiumioniakkujen standarditurvatesti. Testin aikana teräsneula lävistää akun ja oikosuluttaa sen.
Estä akun oikosulku
Akku tai akkupaketti tulee suojata oikosululta, mukaan lukien toimenpiteet, joilla estetään akku ja sama johtavien materiaalien paketti koskettamasta toisiaan. Paristot on pakattu laatikoihin kuljetusta varten, ja ne tulee erottaa toisistaan laatikon sisällä siten, että positiiviset ja negatiiviset navat on suunnattu samaan suuntaan, kun akut asetetaan vierekkäin.
Akkujen oikosulun estäminen sisältää, mutta ei rajoitu, seuraavat menetelmät.
a. Jos mahdollista, käytä jokaiselle kennolle tai jokaiselle paristokäyttöiselle laitteelle täysin suljettua sisäpakkausta, joka on valmistettu johtamattomasta materiaalista (esim. muovipusseista).
b. Käytä asianmukaista tapaa eristää tai pakkaa akku siten, että se ei pääse kosketuksiin muiden pakkauksessa olevien akkujen, laitteiden tai johtavien materiaalien (esim. metallien) kanssa.
c. Käytä sähköä johtamattomia suojakuoria, eristeteippiä tai muita sopivia suojakeinoja näkyville elektrodeille tai pistokkeille.
Jos ulkopakkaus ei kestä törmäystä, ulkopakkausta ei tule käyttää yksinään akun elektrodien rikkoutumisen tai oikosulun estämiseksi. Akussa on myös käytettävä pehmustetta liikkeen estämiseksi, muuten elektrodin kansi on löysällä liikkeen vuoksi tai elektrodin suunta muuttuu oikosulun aiheuttamiseksi.
Elektrodien suojausmenetelmiin kuuluvat seuraavat toimenpiteet, mutta eivät rajoitu niihin:
a. Kiinnitä elektrodit tukevasti riittävän vahvaan kanteen.
b. Akku on pakattu jäykkään muovipakkaukseen.
c. Käytä upotettua mallia tai muuta suojausta akkuelektrodeille, jotta elektrodit eivät katkea, vaikka pakkaus putoaisi.
Postitusaika: 07.02.2023