Normas de seguridad y medidas aplicables
Se incorporan varias características de seguridad para mitigar estos riesgos. Entre ellas se encuentra el uso de materiales ignífugos, así como circuitos electrónicos de protección y fusibles térmicos. Cumplir con las pautas de uso adecuadas también es extremadamente importante.
Las normas y reglamentos aplicables a las baterías de iones de litio especifican las medidas de seguridad y de reducción de riesgos necesarias.
Estas son la IEC 62133 en Europa, para celdas y baterías de litio secundarias estancas portátiles, que incluye consideraciones generales de seguridad en relación con el diseño mecánico, la resistencia al uso indebido y los peligros eléctricos, como aquellos que pueden dar lugar a un sobrecalentamiento o fuga térmica. Se aplica además la IEC 61000-4-2 para la protección ESD y la norma de ensayos de inmunidad IEC 61000-4-4 para transitorios eléctricos rápidos (EFT).
En los EE. UU. se aplica la norma UL 2054, que cubre las baterías domésticas y comerciales, y la UL 1642, que se aplica específicamente a las celdas de iones de litio. Estas normas se centran específicamente en la reducción del riesgo de lesiones por incendio o explosión.
Asimismo, la subsección 38.3 del Manual de pruebas y criterios de las Naciones Unidas (UN/DOT 38.3) describe los requisitos para el transporte seguro de baterías de iones de litio, además de para el embalaje, el etiquetado y los procedimientos de prueba.
Seguridad primaria y secundaria
Por lo general, se implementan varias funciones de seguridad y mitigación de riesgos como parte del sistema de gestión de baterías (BMS), como los circuitos integrados indicadores del nivel de combustible y los MOSFET de control de carga/descarga. Estas funciones se pueden considerar características de seguridad primarias que evitan que ocurran situaciones peligrosas.
Con circuitos integrados como la regulación de tensión para garantizar que la tensión aplicada a la batería permanezca dentro de los límites seguros, así como fusibles y circuitos limitadores de corriente, el BMS puede evitar una tensión de carga excesiva, cortocircuitos debidos a defectos de fabricación, el sobrecalentamiento, una corriente de descarga excesiva y una descarga a un nivel peligrosamente bajo.
El circuito BMS se centra en prevenir que ocurran peligros conocidos. No obstante, también se necesitan dispositivos de protección secundarios que respondan para proteger las celdas contra situaciones peligrosas cuando estas ocurran. Estos son necesarios a nivel de celda, a nivel del paquete de batería y a nivel del puerto de carga (figura 1).
A nivel de celda, la protección de circuitos contra una sobre corriente y una sobrecarga se puede implementar usando un mini disyuntor de batería, como el MHP-TAT18 de Littelfuse o un dispositivo PPTC, como el PPTC LSP. Estos se pueden añadir como sistema «a prueba de fallos» para proteger los circuitos integrados de gestión de baterías y los indicadores de nivel de combustible. Para proteger la interfaz de comunicación de una sobre corriente y eventos ESD, el PPTC compacto zeptoSMDC de Littelfuse se puede combinar con una matriz de diodos TVS.
A nivel de paquete de baterías, se utilizan dispositivos como los protectores de batería ITV de Littelfuse, que protegen contra sobrecorrientes y sobrecargas. Estos dispositivos de montaje en superficie de tres terminales disponen de un elemento fusible incorporado que corta el circuito en caso de que se produzca una sobre corriente. Los protectores ITV también integran un calentador directamente debajo del elemento fusible para quemar el fusible si el circuito indicador de nivel de combustible o si un MOSFET de carga/descarga falla.
