Pin lithium ion có ưu điểm là năng lượng riêng cao, điện áp cao, tuổi thọ chu kỳ dài và tự xả thấp. Nó đã trở thành một trong những nguồn cung cấp điện chính cho các sản phẩm điện tử di động như truyền thông di động, máy tính xách tay và các công cụ điện. Tuy nhiên, trong các điều kiện sử dụng sai (như nóng, quá tải, ngắn mạch, rung động, đùn, v.v.), pin lithium-ion có thể gây cháy, nổ và thậm chí là thương tích cá nhân. Do đó, vấn đề an toàn của pin lithium-ion đã trở thành nút thắt cổ chai trong quá trình phát triển của nó. Hiện nay, nhiều quốc gia hoặc tổ chức thử nghiệm đang nghiên cứu các công nghệ an toàn pin lithium mới và xây dựng các tiêu chuẩn khoa học và hoàn thiện hơn. Ví dụ, các tiêu chuẩn thử nghiệm áp dụng cho pin lithium cho thiết bị di động là: 1EC62133, UL1642, JIS C8714, IFEE1625, UN38.3, v.v. Bài báo này chủ yếu phân tích và so sánh sự khác biệt giữa phiên bản năm 2002 và phiên bản năm 2012 của tiêu chuẩn IEC62133 cho pin lithium-ion cho các thiết bị di động từ các khía cạnh về cách sắp xếp nội dung của các mục thử nghiệm, đối tượng thử nghiệm, thông số thử nghiệm, v.v.

1.Các mục thử nghiệm

IEC62133 : 2002 và 2012 đã thực hiện một số điều chỉnh và thay đổi đối với các hạng mục thử nghiệm của thử nghiệm pin lithium ion, cả hạng mục thử nghiệm và đối tượng thử nghiệm. Về các hạng mục thử nghiệm, phiên bản 2012 đã xóa các hạng mục thử nghiệm liên quan đến chức năng bảo vệ của pin đơn trong quá trình rung, sốc cơ học, chu kỳ nhiệt độ, áp suất không khí thấp và sạc tốc độ cao trong phiên bản 2002 và thêm hai hạng mục mới: thử nghiệm vận chuyển và thử nghiệm ngắn mạch bên trong cưỡng bức. Thử nghiệm vận chuyển trong IEC62281 bao gồm các hạng mục thử nghiệm áp suất không khí thấp, chu kỳ nhiệt độ, rung, va đập, ngắn mạch bên ngoài, va đập và đùn. Mặc dù tên thử nghiệm giống nhau trong dự án thử nghiệm, nhưng hoạt động thử nghiệm thực tế lại khá khác nhau. Ví dụ, các yêu cầu về nội dung thử nghiệm ngắn mạch bên ngoài đối với giá trị điện trở đường dây, cùng một mẫu cần hoàn thành thử nghiệm liên tục trong quá trình thử nghiệm vận chuyển và các quy trình sạc ép khác nhau, sẽ được so sánh và phân tích chi tiết sau.

Về đối tượng thử nghiệm, các hạng mục thử nghiệm chu kỳ rung, sốc và nhiệt độ trong tiêu chuẩn IEC62,133:2002 được áp dụng cho thử nghiệm các cell điện và bộ pin; Tuy nhiên, thử nghiệm vận chuyển trong tiêu chuẩn năm 2012 chỉ tập trung vào thử nghiệm lõi điện, cũng nhấn mạnh vào việc đánh giá an toàn của lõi điện trong quá trình vận chuyển. Đối với thử nghiệm quá tải, tiêu chuẩn mới chỉ tập trung vào an toàn quá tải của bộ pin.

2. Phân tích sự khác biệt giữa các tiêu chuẩn

2.1 So sánh các mục kiểm tra giống nhau

Ngoài quy trình sạc giống như quy trình sạc của phiên bản năm 2002, tức là sạc ở nhiệt độ môi trường (20 ± 5) ℃ theo phương pháp do nhà sản xuất công bố. Phiên bản năm 2012 cũng quy định các quy trình sạc mới cho việc lạm dụng có thể dự đoán được một cách hợp lý (ngắn mạch bên ngoài của cell pin và cụm pin), lạm dụng nhiệt, ép đùn và thử nghiệm ngắn mạch bên trong cưỡng bức, tức là, xử lý trước khi sạc (hiện đang được sử dụng cho pin lithium) được thực hiện ở nhiệt độ thử nghiệm giới hạn trên là 45 ℃ và nhiệt độ thử nghiệm giới hạn dưới là 10 ℃ với điện áp sạc giới hạn trên là 4,25V/cell và dòng điện sạc tối đa do nhà sản xuất chỉ định.

Nếu điện áp sạc giới hạn trên mới và nhiệt độ thử nghiệm giới hạn trên và dưới được áp dụng, một số thử nghiệm nhất định sẽ được thực hiện để đáp ứng các tiêu chuẩn chấp nhận của các thử nghiệm có liên quan và đảm bảo an toàn cho pin. Nội dung thử nghiệm cụ thể: dựa trên tính ổn định cấu trúc của vật liệu dương, tính ổn định cấu trúc của chất điện phân và các đặc tính vật liệu khác, cần đảm bảo an toàn cho pin đã sạc ở nhiệt độ thử nghiệm giới hạn trên mới và thêm 5C vào nhiệt độ thử nghiệm giới hạn trên mới để áp dụng các điều kiện sạc trong 8.1.2 của IEC62133:2012 và đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm; Dựa trên khả năng hấp thụ ion lithium của vật liệu điện cực âm và độ linh động của ion lithium của chất điện phân (tương ứng với nhiệt độ), cần đảm bảo an toàn cho pin đã sạc ở nhiệt độ thử nghiệm giới hạn dưới mới và thêm – 5 ℃ vào nhiệt độ thử nghiệm giới hạn dưới mới để áp dụng các điều kiện sạc của 8.1.2 và đáp ứng các yêu cầu thử nghiệm tương ứng.

(1) Quá tải

Kiểm tra quá tải là để mô phỏng các mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn của pin khi phát hiện điện áp bộ sạc sai, bộ sạc bị lỗi hoặc sử dụng bộ sạc không đúng. Nhìn chung, kiểm tra quá tải của cell pin lithium là một mục kiểm tra khó vượt qua và các yêu cầu về điện áp sạc 10V quá nghiêm ngặt. Trên thực tế, hầu hết các loại pin đều được trang bị bảng bảo vệ PCB và mạch bảo vệ giới hạn điện áp, có thể ngăn ngừa hiệu quả tình trạng quá tải của cell pin. Trong tiêu chuẩn năm 2012, kiểm tra quá tải của cell pin đã bị loại bỏ và kiểm tra quá tải cho bộ pin đã được thiết kế. Nghĩa là, bộ pin đã xả hoàn toàn sẽ được sạc bằng dòng điện không đổi 2,0l (IA = C Ah / 1h) và điện áp không được vượt quá điện áp sạc tối đa được khuyến nghị hoặc 5,0V / cell, đủ để duy trì dòng điện không đổi.

(2) Ngắn mạch bên ngoài

Thử nghiệm ngắn mạch bên ngoài trong tiêu chuẩn IEC62133:2002 bao gồm thử nghiệm ngắn mạch ở hai nhiệt độ (20 ± 5) ℃ và (55 ± 5) ℃. Điện trở của mạch ngoài không được vượt quá 100 m Ω. Pin đơn hoặc bộ pin phải được thử nghiệm trong 24 giờ hoặc cho đến khi nhiệt độ vỏ giảm 20% so với nhiệt độ tối đa, tùy theo nhiệt độ nào ngắn hơn. Tuy nhiên, đã có những thay đổi lớn trong tiêu chuẩn năm 2012: đầu tiên, cell pin hoặc bộ pin áp dụng quy trình sạc mới; Thứ hai, giá trị điện trở của mạch ngoài phải cụ thể hơn, cụ thể là (80 ± 20) m Ω; Cuối cùng, tách nhiệt độ môi trường để thử nghiệm cell và pin, nghĩa là thử nghiệm cell được tiến hành ở (20 ± 5) ℃, trong khi thử nghiệm pin được tiến hành ở (55 ± 5) ℃. Có thể thấy rằng việc thay đổi chế độ sạc pin đã nâng cao mức độ kiểm tra an toàn pin lithium. Đồng thời, giới hạn giá trị điện trở đối với thiết bị kiểm tra cũng nghiêm ngặt hơn.