קצר בסוללה הוא תקלה חמורה: האנרגיה הכימית האצורה בסוללה תאבד בצורה של אנרגיה תרמית, לא ניתן להשתמש במכשיר. יחד עם זאת, קצר חשמלי מהווה גם יצירת חום חמור, אשר לא רק מפחית את ביצועי חומר הסוללה, אלא אף עלול להוביל לשריפה או פיצוץ עקב בריחת תרמית. על מנת לבטל תנאים פוטנציאליים במכשיר שעלולים להוות קצר חשמלי וכדי להבטיח שקצר חשמלי לא יהווה מצב תפעול מסוכן, אנו יכולים להשתמש ב-COMSOL Multiphysics כדי ללמוד את התכנון של סוללות ליתיום-יון.
כיצד נוצר קצר חשמלי בסוללה?
הסוללה מסוגלת להמיר אנרגיה כימית מאוחסנת לאנרגיה חשמלית. במהלך פעולה רגילה, שתי האלקטרודות של הסוללה ייצרו תגובת הפחתת תגובות אלקטרוכימיות של האלקטרודה השלילית ותגובת החמצון של האנודה. במהלך תהליך הפריקה, האלקטרודה החיובית היא 0.10-600 והאלקטרודה השלילית חיובית; במהלך תהליך הטעינה, שני תווי האלקטרודה עוברים, כלומר, האלקטרודה החיובית היא חיובית והאלקטרודה השלילית שלילית.
אלקטרודה אחת משחררת אלקטרונים למעגל, ואילו האלקטרודה השנייה לוקחת אלקטרונים מהמעגל. התגובה הכימית החיובית הזו היא שמניעה את הזרם במעגל וכך כל מכשיר, כמו מנוע או נורה, מסוגל לקבל אנרגיה מהסוללה כאשר הוא מחובר אליו.
מה שנקרא קצר חשמלי הוא כאשר אלקטרונים אינם זורמים דרך המעגל המחובר למכשיר החשמלי, אלא נעים ישירות בין שתי האלקטרודות. מכיוון שהאלקטרונים האלה לא צריכים לעשות שום עבודה מכנית, ההתנגדות קטנה מאוד. כתוצאה מכך, התגובה הכימית מואצת והסוללה מתחילה להתרוקן מעצמה, ומאבדת את האנרגיה הכימית שלה מבלי לעשות שום עבודה מועילה. בעת קצר, הזרם המוגזם גורם להתנגדות הסוללה להתחמם (חום ג'ול), מה שעלול לגרום נזק למכשיר.
נזק מכני בסוללה הוא אחד הגורמים לקצר חשמלי. אם חפץ זר מתכתי נוקב את ערכת הסוללות או אם מארז הסוללות ניזוק מלישה, הוא יהווה מסלול מוליך פנימי ויהווה קצר חשמלי. "מבחן סיכה" הוא מבחן הבטיחות הסטנדרטי לסוללות ליתיום-יון. במהלך הבדיקה, מחט פלדה תנקב את הסוללה ותקצר אותה.
מניעת קצר בסוללה
יש להגן על הסוללה או מארז הסוללות מפני קצר חשמלי, כולל אמצעים למניעת מגע של הסוללה ואותה חבילת חומרים מוליכים זה עם זה. סוללות ארוזות בקופסאות להובלה ויש להפריד אותן זו מזו בתוך הקופסה, כאשר הקטבים החיובי והשלילי מכוונים לאותו כיוון כאשר הסוללות ממוקמות זו לצד זו.
מניעת קצר בסוללות כוללת, בין היתר, את השיטות הבאות.
א. היכן שניתן, השתמש באריזה פנימית סגורה לחלוטין העשויה מחומר לא מוליך (למשל, שקיות ניילון) עבור כל תא או כל מכשיר המופעל באמצעות סוללה.
ב. השתמש באמצעי מתאים לבידוד או אריזה של הסוללה כך שלא תוכל לבוא במגע עם סוללות, ציוד או חומרים מוליכים אחרים (למשל, מתכות) בתוך האריזה.
ג. השתמש במכסי מגן לא מוליכים, בסרט בידוד או באמצעי הגנה מתאימים אחרים עבור אלקטרודות או תקעים חשופים.
אם האריזה החיצונית אינה יכולה לעמוד בפני התנגשות, אזי אין להשתמש באריזה החיצונית בלבד כאמצעי למניעת שבירה או קצר חשמלי של אלקטרודות הסוללה. על הסוללה להשתמש גם בריפוד כדי למנוע תנועה, אחרת מכסה האלקטרודה רופף עקב תנועה, או שהאלקטרודה משנה כיוון כדי לגרום לקצר חשמלי.
שיטות הגנת אלקטרודות כוללות, בין היתר, את האמצעים הבאים:
א. הצמדת האלקטרודות בצורה מאובטחת לכיסוי בעל חוזק מספיק.
ב. הסוללה ארוזה באריזת פלסטיק קשיחה.
ג. השתמש בעיצוב שקוע או שתהיה לך הגנה אחרת לאלקטרודות הסוללה כך שהאלקטרודות לא ישברו גם אם החבילה תיפול.
זמן פרסום: פברואר 07-2023