با افزایش نیاز به باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر، شرکت‌ها و کارگاه‌های متعددی سعی در برطرف نمودن نیاز بازار دارند که به دلیل عدم رعایت نکات ایمنی و استانداردهای سل و پک باتری ، احتمال ایجاد خسارت‌های غیر قابل جبران وجود خواهد داشت. در بحث استانداردهای در حوزه‌ی باتری، بیان استانداردها برای دو حالت سل و پک انجام شده است که خود اهمیت کیفیت سل را نیز نشان می‌دهد. استفاده از سل‌های درجه یک بازار بسیار اهمیت دارد و اگر تولیدکننده‌ی پک از سل‌های مطمئن استفاده نکند، ضرر‌های جانی نیز برای مصرف‌کننده قابل پیش‌بینی خواهد بود.
در بحث استانداردهای باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر، سازمان‌های مختلفی در کاربردهای خاص، استانداردهایی را معرفی نمودند که از این میان می‌توان به استانداردهای “UN38.3: 2015″، “IEC 62281:2016 RLV”، “ISO 12405-3:2014″، “SAE J2929-2013″، “SAND 2005-3123” و یا “DOE-INL/EXT-15-34184” اشاره نمود. هر کدام از این استانداردها، سعی دارند حداکثر ایمنی را برای شرایط مد نظر خود ایجاد کنند تا ساخت و استفاده از پک‌های باتری لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر به ایمن‌ترین شکل صورت پذیرد.
استانداردهای مربوط به باتری به چهار دسته‌ی کلی تقسیم‌بندی می‌شوند که هرکدام دارای زیرمجموعه‌های تست هستند. این چهار دسته استاندارد عبارت‌انداز:
- استانداردهای دمایی
- استانداردهای مکانیکی
- استانداردهای الکتریکی
- استانداردهای محیطی
استانداردهای دمایی
شاید مهمترین استانداردهای سل و پک باتری، استاندارد دمایی باشد. در این دسته، سازمان‌ها با اعمال شرایط پرخطر دمایی، سعی دارند که عملکرد صحیح پک باتری و یا سل را بررسی نمایند. تنوع این شرایط خطرآفرین، زیاد می‌باشد و سازنده‌ی پک باتری باید به این شرایط آگاه بوده تا در هنگام طراحی نکات ایمنی را رعایت کند. از این شرایط و تست‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- شرایط دمایی مدت دار: نگه‌داری در دمای مشخص و زمان تعیین شده (مثلا 75 درجه 6 ساعت)
- شرایط دمایی سیکلی: اعمال شرط دمایی به صورت دوره ای (مثلا 10 بار)
- تست شوک دمایی: تغییر ناگهانی دما (مثلا تغییر دمای 120 درجه به مدت 30 دقیقه)
- اعمال شرایط دمایی سرد: (مثلا نگه داری در دمای 40- درجه سانتیگراد)
- شرایط قرارگیری در برابر آتش
- اعمال شرایط آتش گیری داخلی پک باتری
- حذف سیستم خنک کاری (برای پک های دارای سیستم خنک کاری- پک های بزرگ)
- اعمال شرایط دمایی در SOC های مختلف (جهت بررسی ایمنی انفجار و یا آتش سوزی)
- تست شارژ و دشارژ بی وقفه (مثلا 20 سیکل شارژ و دشارژ)
لازم به ذکر است که برای بررسی تحقق ایمنی در هر کدام از این شرایط، ملزوماتی ذکر شده که با مراجعه به منابع مربوط به استانداردها، می‌توان این ملزومات را به دست آورد. تکرار این نکته لازم است که برخی از این نوع تست‌ها مربوط به سل بوده که اطمینان از کیفیت سل باتری را حاصل می‌کند. به طور خلاصه می‌توان گفت که برای ساخت پک باتری، درنظر گرفتن شرایط دمایی بسیار اهمیت دارد و طراح پک باید به این نکات توجه کافی داشته باشد.
استانداردهای مکانیکی
بعد از استانداردهای مربوط به بحث دما، استانداردهای مکانیکی در اولویت بعدی قرار خواهند گرفت. این نوع از استانداردها سعی در حداقل کردن اتفاقاتی همچون ضربه خوردن، سوراخ شدن و یا اتصال کوتاه داخلی دارند که به صورت مختصر توضیح داده می‌شوند. شرایط زیر از مهمترین موارد در بررسی استاندارد مورد نظر است که طراح و سازنده‌ی پک باید به آن توجه کافی داشته باشد:
- لرزش مکانیکی (مثلا لرزش با تغییر فرکانس بین 7 تا 200 هرتز به مدت 15 دقیقه در طول زمان 3 ساعت با شتاب حداکثر 30 در واحد SI)
- شوک مکانیکی (مثلا 150g به مدت 6 میلی ثانیه)
- تست ضربه (مثلا انداختن یک جسم به وزن 9.1 کیلوگرم از ارتفاع 61 سانتیمتر بر روی سل)
- تست افتادن از ارتفاع (مثلا از ارتفاع 2 متر)
- تست نفوذ جسم رسانا (مثلا قطر سیم 3 میلی متر)
- تست خراش (مثلا استفاده از استیل به قطر 3 تا 8 میلی‌متر به سرعت 1 تا 4 سانتیمتر بر ثانیه)
- تست چرخش (مثلا چرخ در سه جهت به اندازه 360 درجه با سرعت 6 درجه بر ثانیه)
در هر کدام از تست‌ها و شرایط بالا، باتری یا سل نباید دچار مشکل شود که جزئیات قبول شدن این شرایط با رجوع به منابع این حوزه قابل بررسی است. لازم به تکرار است که سازنده‌ی پک علاوه بر استفاده از سل‌های با کیفیت، ملزم به رعایت نکات مکانیکی جهت به حداقل رساندن آسیب‌های مکانیکی است.
استانداردهای الکتریکی
تست‌های الکتریکی یکی دیگر از تست‌های مورد نیاز برای بررسی صحت استانداردهای سل و پک باتری است که به دلیل استفاده از بردهای محافظ در برخی کاربردها، تنوع بیشتری دارند اما به طور کلی می‌توان این تست‌ها را به صورت زیر تقسیم بندی نمود:
- تست اتصال کوتاه (مثلا مقاومت 0.1 اهم به مدت 1 ساعت)
- تست اضافه جریان شارژ (مثلا دو برابر جریان پیشنهادی کارخانه )
- تست اضافه شارژ (مثلا شارژ تا 2 برابر 100%SOC)
- تست شارژ طولانی (مثلا شارژ شدن به مدت 7 روز با ولتاژ ثابت)
- تست دشارژ کامل (مثلا دشارژ با سری کردن یک منبع ولتاژ 12 ولت با حداکثر جریان باتری)
- تست حفاظت از دشارژ کامل (برای بردهای حفاظتی)
- تست الکترومغناطیسی (مخصوص استاندارد SAE J2929-2013)
- تست حفاظت در برابر اضافه ولتاژ شارژ (برای بردهای حفاظتی)
- تست حفاظتی جداکننده‌ی داخلی باتری مخصوص سل (مخصوص استاندارد SAE J2464:2009)
- تست شارژ آن‌بالانس (با اختلاف 50%SOC مخصوص استاندارد UL 2580:2013)
در تست‌های بالا استانداردها سعی دارند که اتفاقاتی را که از بی اطلاعی و بی احتیاطی مصرف کننده نشئت می‌گیرد، به حداقل برساند. سازندگان باتری به این موارد بی‌تفاوت نباشند حتی اگر سفارش دهنده سواد کافی در این زمینه داشته باشد چرا که ممکن از بعد گذشت مدت زمان زیاد از ساخت پک، مصرف‌کننده پک را در اختیار دیگران قرار دهد. این تست‌ها زمانی اهمیت جدی پیدا می‌کند که سازنده علاوه بر ساخت پک، اقدام به طراحی بردهای مربوطه کند که در این صورت حداکثر دقت برای تست‌های مهم اجباری است.
تست‌های محیطی
استانداردهای مربوط به محیط، در معدودی از پروژه‌ها الزامی است اما حداقل‌هایی را هم دارد. الزام رعایت حداقل‌ها برای افزایش طول عمر پک، اعتماد مصرف‌کننده را جلب خواهد کرد. اصولا با رعایت این نوع از استانداردها، هزینه‌ی نهایی پک افزایش خواهد یافت که باید با توجه به کاربرد، اقدامات لازم صورت گیرد. در ادامه به برخی از این تست‌ها اشاره می‌شود:
- تست ارتفاع از سطح دریا (مثلا اعمال فشار 11.6 کیلو پاسکال به مدت 6 ساعت در دمای 25 درجه سانتیگراد)
- قرارگیری در برابر دما و آتش (مثلا 20 درجه بالاتر از حداکثر دما)
- تست رطوبت ( مثلا اعمال شرایط مطابق با IEC 60068-2-30)
- تست ضد آب بودن (مثلا شناور بودن باتری در آب با 5 درصد نمک به مدت 2 ساعت)
- تست پاشش نمک (مطابق با IEC-60068-2-52)
در این مقاله سعی شد یک مرور مختصر از تست‌ها، شرایط و استانداردهای موجود در حوزه‌ی باتری‌های لیتیوم یون و لیتیوم پلیمر بیان شود تا طراحان پک باتری و بردهای مربوطه، از اتفاقات ناخواسته جلوگیری‌کنند. لازم به ذکر است که مصرف کنندگان نباید به هر سازنده‌ی پک اعتماد کنند و باید از کیفیت و ایمنی سل‌های مورد استفاده در پک اطمینان حاصل شود. علاوه بر این پک کردن باتری‌ها باید با دقت صورت گیرد و در صورت مشاهده‌ی آسیب فیزیکی به هیچ عنوان از باتری استفاده نگردد.