การลัดวงจรของแบตเตอรี่ถือเป็นข้อผิดพลาดร้ายแรง: พลังงานเคมีที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่จะสูญหายไปในรูปของพลังงานความร้อน อุปกรณ์จะไม่สามารถใช้งานได้ ในเวลาเดียวกัน การลัดวงจรยังก่อให้เกิดความร้อนอย่างรุนแรง ซึ่งไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพของวัสดุแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดเพลิงไหม้หรือการระเบิดเนื่องจากความร้อนที่หลบหนีออกไปอีกด้วย เพื่อที่จะกำจัดสภาวะที่อาจเกิดขึ้นในอุปกรณ์ที่อาจทำให้เกิดการลัดวงจร และเพื่อให้แน่ใจว่าการลัดวงจรไม่ก่อให้เกิดสภาวะการทำงานที่เป็นอันตราย เราสามารถใช้ COMSOL Multiphysics เพื่อศึกษาการวางแผนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
แบตเตอรี่ลัดวงจรเกิดขึ้นได้อย่างไร?
แบตเตอรี่สามารถแปลงพลังงานเคมีที่เก็บไว้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ในระหว่างการทำงานปกติ อิเล็กโทรดทั้งสองของแบตเตอรี่จะสร้างปฏิกิริยาการลดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดเชิงลบและปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอโนด ในระหว่างกระบวนการคายประจุ อิเล็กโทรดบวกคือ 0.10-600 และอิเล็กโทรดลบเป็นบวก ในระหว่างกระบวนการชาร์จ อักขระอิเล็กโทรดทั้งสองจะถูกสลับ นั่นคือ อิเล็กโทรดบวกเป็นบวก และอิเล็กโทรดลบเป็นลบ
อิเล็กโทรดตัวหนึ่งปล่อยอิเล็กตรอนเข้าสู่วงจร ในขณะที่อิเล็กโทรดอีกตัวหนึ่งจะดึงอิเล็กตรอนออกจากวงจร ปฏิกิริยาเคมีที่เป็นประโยชน์นี้เองที่ขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าในวงจร และอุปกรณ์ใดๆ เช่น มอเตอร์หรือหลอดไฟ สามารถรับพลังงานจากแบตเตอรี่เมื่อเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่
สิ่งที่เรียกว่าการลัดวงจรคือเมื่ออิเล็กตรอนไม่ไหลผ่านวงจรที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า แต่เคลื่อนที่โดยตรงระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง เนื่องจากอิเล็กตรอนเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องทำงานทางกล ความต้านทานจึงน้อยมาก เป็นผลให้ปฏิกิริยาเคมีเร่งตัวขึ้นและแบตเตอรี่เริ่มคายประจุเอง ทำให้สูญเสียพลังงานเคมีโดยไม่ได้ทำงานที่เป็นประโยชน์ใดๆ เมื่อลัดวงจร กระแสไฟฟ้าที่มากเกินไปจะทำให้ความต้านทานของแบตเตอรี่ร้อนขึ้น (ความร้อนของจูล) ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้
ความเสียหายทางกลในแบตเตอรี่เป็นสาเหตุหนึ่งของไฟฟ้าลัดวงจร หากวัตถุแปลกปลอมที่เป็นโลหะเจาะชุดแบตเตอรี่ หรือหากชุดแบตเตอรี่เสียหายจากการนวด จะทำให้เกิดทางเดินนำไฟฟ้าภายในและทำให้เกิดการลัดวงจร "การทดสอบ pinprick" คือการทดสอบความปลอดภัยมาตรฐานสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในระหว่างการทดสอบ เข็มเหล็กจะแทงแบตเตอรี่และทำให้แบตเตอรี่ลัดวงจร
ป้องกันการลัดวงจรของแบตเตอรี่
แบตเตอรี่หรือชุดแบตเตอรี่ควรมีการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร รวมถึงมาตรการป้องกันแบตเตอรี่และวัสดุนำไฟฟ้าชุดเดียวกันสัมผัสกัน แบตเตอรี่จะถูกบรรจุในกล่องเพื่อการขนส่ง และควรแยกออกจากกันภายในกล่อง โดยให้ขั้วบวกและขั้วลบอยู่ในทิศทางเดียวกันเมื่อวางแบตเตอรี่ไว้เคียงข้างกัน
การป้องกันการลัดวงจรของแบตเตอรี่รวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงวิธีการต่อไปนี้
ก. หากเป็นไปได้ ให้ใช้บรรจุภัณฑ์ภายในแบบปิดสนิทที่ทำจากวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า (เช่น ถุงพลาสติก) สำหรับแต่ละเซลล์หรืออุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แต่ละชิ้น
ข. ใช้วิธีการที่เหมาะสมในการแยกหรือบรรจุแบตเตอรี่เพื่อไม่ให้สัมผัสกับแบตเตอรี่ อุปกรณ์ หรือวัสดุนำไฟฟ้าอื่นๆ (เช่น โลหะ) ภายในบรรจุภัณฑ์
ค. ใช้ฝาครอบป้องกันที่ไม่นำไฟฟ้า เทปฉนวน หรือวิธีการป้องกันที่เหมาะสมอื่นๆ สำหรับอิเล็กโทรดหรือปลั๊กที่โผล่ออกมา
หากบรรจุภัณฑ์ด้านนอกไม่สามารถต้านทานการชนได้ ไม่ควรใช้บรรจุภัณฑ์ด้านนอกเพียงอย่างเดียวเป็นมาตรการป้องกันไม่ให้ขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่แตกหักหรือลัดวงจร แบตเตอรี่ควรใช้แผ่นรองเพื่อป้องกันการเคลื่อนไหว มิฉะนั้นฝาอิเล็กโทรดจะหลวมเนื่องจากการเคลื่อนไหว หรืออิเล็กโทรดเปลี่ยนทิศทางทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร
วิธีการป้องกันอิเล็กโทรดรวมถึงแต่ไม่จำกัดเฉพาะมาตรการต่อไปนี้:
ก. การติดอิเล็กโทรดเข้ากับฝาครอบที่มีความแข็งแรงเพียงพออย่างแน่นหนา
ข. แบตเตอรี่บรรจุอยู่ในบรรจุภัณฑ์พลาสติกแข็ง
ค. ใช้การออกแบบแบบฝังหรือมีการป้องกันอื่นสำหรับอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ เพื่อไม่ให้อิเล็กโทรดแตกหักแม้ว่าบรรจุภัณฑ์จะหล่นลงมาก็ตาม
เวลาโพสต์: Feb-07-2023