Thiết kế pin cho một thiết bị cầm tay khai khoáng an toàn nội tại là bài tập giới hạn năng lượng thay vì tối đa hóa nó, và các quy tắc trong IEC 60079-11 cho cell và pin thuộc nhóm chặt chẽ nhất trong toàn bộ tiêu chuẩn. Bài thứ hai này phát triển một bộ pin nickel-metal hydride (NiMH) kín cho đèn đội đầu và máy dò mê-tan cá nhân phải được chứng nhận Ex ia I Ma. Nó đi qua các yêu cầu pin của tiêu chuẩn — dùng các loại cell được công nhận, kiểm soát điện áp tối đa và dòng ngắn mạch dự kiến, bảo vệ nối tiếp chống lỗi cell, cấm phát tia lửa khi kết nối hoặc thay pin trong khu vực nguy hiểm — và chuyển chúng thành một bộ pin cụ thể: các cell đồng bộ, một cầu chì nối tiếp không thể sai và các thiết bị giới hạn dòng hoặc chặn được định cỡ theo đường cong bắt lửa mê-tan, lớp bọc hoặc vật mang kín ngăn đoản mạch ngẫu nhiên và rò điện phân, bảo vệ chống sạc ngược từng cell, cùng thiết kế cơ khí chịu được môi trường mỏ. Sau đó nó tính dung lượng cho ca mười một giờ với dung lượng dự trữ cảnh báo được bảo đảm, quy định bộ sạc — vốn như hầu hết việc sạc, chỉ dùng ngoài khu vực nguy hiểm — và đặt NiMH thẳng thắn cạnh các đối thủ: các khối axit-chì của đèn đội đầu cũ, nặng và chứa axit, cùng các hóa học lithium, mật độ năng lượng cao nhưng phải qua đánh giá an toàn nội tại và thermal-runaway khắt khe hơn nhiều. Bài viết cố ý trung thực về chỗ lithium thắng và vì sao, với nhiều thiết bị đeo người thuộc Nhóm I, điện áp mỗi cell thấp hơn, ứng xử bền bỉ với lạm dụng và hồ sơ an toàn đơn giản hơn của NiMH kín khiến nó thành lựa chọn hợp lý, thân thiện với chứng nhận.
IEC 60079-11 ràng buộc chặt chẽ pin: chỉ được dùng cell và pin thuộc loại được các thông số kỹ thuật được công nhận bao phủ; điện áp hở mạch tối đa xác định đường cong an toàn nội tại để đánh giá phần còn lại của mạch; và dòng ngắn mạch dự kiến phải được giới hạn để một đoản mạch trực tiếp qua các cực của bộ pin không thể tạo ra tia lửa bắt cháy. Các bộ pin sạc được thêm biện pháp chống sạc ngược bất kỳ cell nào khi xả và chống việc mắc song song các cell theo cách cho phép trao đổi dòng không kiểm soát.
Tiêu chuẩn cũng quy định cách pin được kết nối và thay thế: một đầu nối có thể bị tách ra trong khu vực nguy hiểm thì bản thân phải không bắt lửa, và trong các thiết kế bảo vệ cao nhất bộ pin được cố định và bọc kín, chỉ mở được ở khu vực an toàn. Các điều khoản này xác định kiến trúc bộ pin trước khi bất kỳ tính toán dung lượng nào bắt đầu.
Thiết kế an toàn nội tại bắt đầu từ sản lượng tình huống xấu nhất của pin và đi ra ngoài. Các cell nối tiếp xác định điện áp tối đa; với NiMH, 1,2 V danh nghĩa mỗi cell nghĩa là điện áp bộ pin khiêm tốn cho đèn đội đầu hay máy dò, giúp giữ thiết kế ở phần thuận lợi của đường cong bắt lửa Nhóm I. Một cầu chì nối tiếp không thể sai, thường được nhân đôi hoặc kết hợp với điện trở giới hạn dòng hay thiết bị chặn, chặn dòng ngắn mạch dự kiến dưới ngưỡng bắt cháy ngay cả khi có một sự cố, và mọi điện dung hay điện cảm trong bộ pin cùng dây dẫn được giữ dưới giới hạn năng lượng tích trữ cho phép.
Chính các linh kiện bảo vệ phải đáp ứng yêu cầu không thể sai của tiêu chuẩn — định mức cho dòng sự cố, được tách ra và khi cần được bọc kín để một sự cố đơn lẻ không thể vô hiệu hóa chúng. Hình động đầu tiên trình bày theo bước quy trình thiết kế này, từ chọn cell đến ngân sách năng lượng sự cố đã được xác thực; phân tích luôn được thực hiện ở trạng thái vừa sạc đầy, điện áp tối đa, là trường hợp xấu nhất cho bắt lửa bằng tia lửa.
Các thiết bị cầm tay khai khoáng được đổ phủ hoặc làm kín để các kết nối trong không thể bị chạm, bị đoản mạch do mảnh vụn hay lỏng do rung, và trong trường hợp hiếm khi cell xả hơi thì không điện phân nào chạm tới người dùng hay đường dẫn điện. Việc bọc kín theo các yêu cầu kết cấu liên quan khóa các cell, cầu chì và linh kiện giới hạn thành một cụm đã được đánh giá; mọi thay đổi nhà cung cấp cell hoặc bố trí đều đòi hỏi đánh giá bằng văn bản đối chiếu chứng nhận.
Bảo vệ đảo cell là thiết yếu cho các chuỗi NiMH mắc nối tiếp: nếu một cell cạn trước các cell khác, chuỗi còn lại có thể đẩy nó vào chiều ngược, vì vậy các cell đồng bộ và nhất quán theo lô, ngưỡng cắt cuối xả thận trọng, và nơi tiêu chuẩn yêu cầu là các phần tử rẽ nhánh hoặc chặn sẽ ngăn chặn. Về cơ khí, bộ pin chịu được nghiền, rơi và chu trình nhiệt của thiết bị đeo người, với giao diện có khóa và chốt không thể lắp sai trong bóng tối của phòng đèn.
Dung lượng được định cỡ từ hồ sơ tải LED và cảm biến đo được để vượt thời gian chạy được chứng nhận — mười một giờ với chùm sáng chính trên ngưỡng độ rọi yêu cầu của đèn mũ, cảm biến liên tục với cảnh báo tin cậy ở máy dò — với các hệ số hạ định mức cho nhiệt độ mỏ thấp, tự xả giữa các lần sạc và dung lượng cuối đời sau số chu kỳ định mức (các đèn được chứng nhận nhắm tới trên 500 chu kỳ và sạc dưới mười giờ). Một dung lượng dự trữ cảnh báo riêng đảm bảo cảnh báo mê-tan và cảnh báo pin yếu vẫn sẵn sàng sau khi người vận hành được yêu cầu sạc.
Vì bộ sạc hoạt động ở phòng đèn ngoài khu vực nguy hiểm, NiMH có thể dùng hồ sơ sạc trực tiếp, có giám sát — dòng điều khiển với kết thúc -delta-V hoặc đỉnh, các chốt dự phòng nhiệt độ và hẹn giờ — không bị ràng buộc phải sạc trong vùng khí nổ, và bộ sạc đội xe có thể ghi lại xu hướng dung lượng và điện trở nội để loại bỏ các bộ pin trước khi thời gian chạy rơi xuống dưới ngưỡng được chứng nhận.
Axit-chì là hóa học lịch sử của đèn mũ: rẻ và dễ tính, nhưng nặng đối với thiết bị đội đầu, chứa axit, yếu khi lạnh và tuổi thọ tương đối ngắn, mâu thuẫn với mục tiêu công thái học và thiết kế kín. Cell lithium-ion và lithium sơ cấp cho mật độ năng lượng cao nhất và thời gian chạy dài nhất trên mỗi gam, nhưng hồ sơ an toàn nội tại khó hơn đáng kể: điện áp mỗi cell cao đẩy thiết kế lên trên đường cong bắt lửa, và người đánh giá cũng phải xử lý lỗi cell trong và lan truyền nhiệt bằng bảo vệ bổ sung, dự phòng và đôi khi độ tin cậy bảo vệ thiết bị thấp hơn — một gánh nặng nghiêm trọng cho thiết bị an toàn tính mạng Ex ia Ma.
NiMH kín nằm ở điểm trung dung thực tế: 1,2 V mỗi cell và dòng sự cố dự kiến hạn chế giúp dễ dàng thiết kế giới hạn năng lượng, nó không chứa axit tự do, chịu được chu trình nhiệt độ mỏ và sử dụng nông hằng ngày, bền bỉ về cơ khí, và được vận chuyển theo quy tắc vận chuyển hàng không phải lithium. Hình động thứ hai chấm điểm các hóa học theo các trục quan trọng với thiết bị cầm tay Nhóm I; lithium vẫn hợp lý khi trọng lượng tối thiểu là tối quan trọng và kỹ thuật an toàn bổ sung được chấp nhận, trong khi NiMH thường là lựa chọn chứng nhận nhanh hơn, chịu lạm dụng tốt hơn và rủi ro vòng đời thấp hơn cho một đội đèn mũ và máy dò.
Trước khi chứng nhận, bộ pin được kiểm chứng trên băng ghế với tải đèn-cảm biến thực tế ở nhiệt độ và cuối vòng đời; cầu chì và linh kiện giới hạn được thử bằng cách cố tình tạo sự cố để xác nhận dòng ngắn mạch và năng lượng tia lửa nằm dưới ngưỡng Nhóm I; thử nghiệm đảo cell và xả sâu xác nhận lớp bảo vệ; còn rơi, rung và chu trình nhiệt kiểm chứng lớp bọc và kết nối. Thời gian chạy được đo theo yêu cầu độ rọi mười một giờ và dự trữ cảnh báo, thay vì dung lượng trên thông số kỹ thuật của cell.
Đầu ra là một bộ pin được đặc trưng và kiểm soát kết cấu, với ngân sách năng lượng sự cố có tài liệu, đường cong thời gian chạy-theo-nhiệt độ và danh mục vật liệu (BOM) được chứng nhận — chính là tạo tác mà chiến dịch thử nghiệm kiểu IECEx/ATEX trong bài cuối cùng yêu cầu, và là nền tảng để một OEM tự tin chỉ định NiMH trong thiết bị Ex ia I Ma.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất cell nickel-kim loại hydride kín cùng các bộ pin công nghiệp được ghép nối cho thiết bị ở vùng sâu, không nối lưới và liên quan đến an toàn, đồng thời hỗ trợ đối tác OEM bằng hồ sơ hiệu suất IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-2, đặc trưng hóa tải xung, thử nghiệm dải nhiệt rộng và đồng kiểm chứng bộ sạc/bộ pin. Hãy cho chúng tôi biết chu kỳ làm việc, dòng đỉnh, dải nhiệt độ, mục tiêu thời gian chạy và các tiêu chuẩn sản phẩm của bạn phải đáp ứng, kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định tổ hợp cell-và-bộ pin bảo vệ thời gian chạy, độ tin cậy và tuổi thọ. Xem toàn bộ dòng sản phẩm tại trang sản phẩm.
