سه گانه ایمنی برای صفحات پوشش باتری برق: مکانیسم حفاظت هم افزایی OSD، فیوز، و انفجار-شیر مقاوم

OSD (دستگاه ایمنی بیش از حد شارژ) که به عنوان اولین خط دفاعی خدمت می کند، یک ساختار محافظ جلو{0} است که به طور خاص برای رفع نقص شارژ بیش از حد باتری طراحی شده است و بر هشدار اولیه و مداخله فعال تمرکز دارد. هنگامی که الکترولیت داخلی به سرعت تجزیه می‌شود-به دلیل اضافه بار شارژ یا افزایش غیرعادی ولتاژ گاز تولید می‌کند-فشار داخلی بدنه به طور مداوم افزایش می‌یابد. پس از رسیدن به آستانه فشار بحرانی 0.4-0.5 مگاپاسکال، چرخاندن هسته OSD تحت یک وارونگی مکانیکی دقیق قرار می‌گیرد و با ساختار رسانای الکترود منفی تماس می‌گیرد تا یک مدار تخلیه جریان داخلی ایجاد کند. این مکانیسم افزایش غیرعادی ولتاژ در منبع را سرکوب می کند و پیشرفت شرایط شارژ اضافی را متوقف می کند. این طراحی دقیق مکانیکی ماشه معمولاً به شدت در صفحه پوشش آلومینیومی باتری ادغام می شود تا از واکنش سریع در مراحل اولیه یک ناهنجاری اطمینان حاصل شود.

دومین خط دفاعی فیوز است، یک مانع ایمنی مدار که مکمل OSD است و یک سیستم حفاظتی هماهنگ و کارآمد ایجاد می کند. هنگامی که OSD مدار تخلیه داخلی را راه اندازی و برقرار می کند، یک جریان موج عظیم-که به هزاران آمپر می رسد- فوراً تولید می شود. سپس فیوز به سرعت منفجر می شود و مدار رسانای اصلی سلول را به طور کامل قطع می کند. نقش اصلی آن این است که فوراً خطر خطا را مهار کند، و از ایجاد جریان بالا پایدار از ایجاد گرمای بیش از حد سلول، ایجاد قوس الکتریکی یا نقاط داغ حرارتی موضعی جلوگیری کند. این مکانیسم با قطع کردن خطر به صورت الکتریکی، محدودیت‌های حفاظت کاملاً مکانیکی را جبران می‌کند و از تشدید بیشتر خطا جلوگیری می‌کند. در طراحی‌های پیشرفته صفحه دوقطبی دو فلزی مس-آلومینیوم، ساختار گردن باریک{8} فیوز دقیقاً طراحی شده است تا اطمینان حاصل شود که عمل ذوب در چند میلی ثانیه انجام می‌شود.

اگر هم OSD و هم فیوز از کار بیفتند، سلول وارد حالت فرار حرارتی شدید می شود، در این مرحله شیر ضد انفجار (دریچه ایمنی) به عنوان محافظ نهایی فعال می شود. این شیر که معمولاً از یک ورق آلومینیومی با دقت بالا و یا یک ساختار کامپوزیت چند لایه ساخته می‌شود، دارای یک آستانه فشار دقیق کالیبره شده است. هنگامی که فشار داخلی به حد ایمنی 0.9 تا 1.0 مگاپاسکال می رسد، بخش نمره گذاری شده به صورت کنترل شده پاره می شود و گازها و ناخالصی های-در دمای بالا، فشار بالا-در چند میلی ثانیه آزاد می شود. این مکانیسم کاهش فشار فیزیکی{10}}به سرعت فشار را کاهش می‌دهد و خطر رویدادهای فاجعه‌بار مانند آتش‌سوزی یا انفجار باتری را به حداقل می‌رساند. به عنوان آخرین مانع برای ایمنی باتری، طراحی و ساخت سوپاپ ضد انفجار{12}از اولویت‌های مهم در کنترل کیفیت درپوش‌های باتری لیتیومی است.

مزیت اصلی این ساختار محافظ در طراحی آن برای افزونگی ایمنی بالا نهفته است. در طول کارکرد عادی، OSD، فیوز و سوپاپ ضد انفجار{1}در حالت آماده به کار غیرفعال باقی می‌مانند، بدون اینکه تأثیری بر عملکرد شارژ باتری-یا استفاده معمولی داشته باشد. با این حال، در صورت خرابی‌هایی مانند شارژ بیش از حد شدید، اتصال کوتاه داخلی، یا{4}}تزلزل دمای بالا، یک منطق حفاظتی پیشرونده ایجاد می‌شود: OSD برای کاهش خطر زودتر مداخله می‌کند، فیوز برق را برای جلوگیری از آسیب بیشتر قطع می‌کند، و شیر ضد انفجار{5}}تسکین فشار نهایی را فراهم می‌کند. این طراحی کاهش خطر چند لایه-به طور جامع از مسائل ایمنی مانند تورم باتری، آتش‌سوزی و انفجار جلوگیری می‌کند. برای درب باتری لیتیومی منشوری، این منطق هم افزایی کلید تضمین ایمنی بالا در شرایط عملیاتی پیچیده است.