Mis on ülepinge?
Sain eelmisel teisipäeval kõne Ohios pakiintegraatorilt. Neil oli 14S LFP pakett, mis tuli tagasi päikesepatarei paigaldamisest kahe elemendiga, mille võimsus oli 3,91 V. LFP. Tavakasutuses ei tohiks kunagi näha midagi üle 3,65 V. Rakud tundusid väljastpoolt korralikud, kuid kui me ühe lahti lõime, oli katoodi foolium servadest pruuniks muutunud. Klassikaline ülelaadimiskahjustus.
Selgus, et nad kasutasid plii{0}}happelaadijat. Klient vahetas selle sisse, kuna originaal suri. Plii-happe 48 V laadija annab 58,4 V ujuki. 14S LFP-paketil, mis töötab 4,17 V elemendi kohta. Plii{10}happe jaoks pole see probleem. LFP jaoks suur probleem.
Selliseid asju juhtub rohkem, kui inimesed tunnistavad.
Ülepinge tähendab elemendi surumist üle selle maksimaalse nimilaadimispinge. Arv sõltub keemiast. NMC ja NCA pinge on 4,20 V. Mõned suure energiatarbega NMC variandid on hinnatud 4,35 V-ni, kuid need on spetsiaalsed elemendid ja te peate teadma, mida nendega teete. LFP keemial on 3,65 V lagi. LTO on umbes 2,85 V. Need numbrid pärinevad raku tarnija andmelehelt. Ignoreeri neid ja sul on probleeme.
Rakkude sisemine lagunemine
See, mis elemendi sees liigpingel toimub, pole keeruline. Katoodimaterjal tahab hapnikust loobuda, kui sunnid sellest liiga palju liitiumi välja. See hapnik reageerib elektrolüüdiga. Samal ajal hakkab liitiummetall anoodi pinnale plaatuma, kuna grafiit ei suuda ioone piisavalt kiiresti absorbeerida. Plaat on halb kahel põhjusel. See on pöördumatu võimsuse kaotus ja see tekitab dendriite, mis võivad lõpuks rakku sisemiselt lühistada.
Paljud inimesed arvavad, et 4,20 V spetsifikatsioonile on sisse ehitatud varu. Ei ole.
Rakkude tootjad määravad selle piiri kohas, kus lagunemine muutub vastuvõetamatuks. Ühe korra 4,25 V peale minnes on ilmselt hea. Iga tsükkel sinna minnes tapab raku mõne tuhande asemel mõnesaja tsükliga. Kui pinge ületab 4,30 V ja te ei pruugi saada paarsada tsüklit. Olen näinud, kuidas elemendid paisuvad pärast ühte laadimist 4,35 V juures. Oleneb rakust.
BMS-i roll
BMS peaks sellest aru saama. Iga paki rakk saab oma meelejuhtme. AFE-kiip loeb kõiki raku pingeid ja võrdleb neid lävega. Kui mõni element läheb üle, siis laadimine peatub. Päris lihtne.
Välja arvatud BMS võib ebaõnnestuda. Olen näinud BMS-i plaate, millel on sensoorsete juhtmete pistikutel külmjoodet. Üks lahter lõpetab aruandluse ja püsivara vaikimisi nullib vea märgistamise asemel. Olen näinud AFE-kiipe, mis triivivad üle temperatuurist välja. TI BQ76940 on üldiselt kindel, kuid vanemal BQ76925-l oli probleeme sisemise referentsi nihutamisega. Odavamaid Hiina AFE-kiipe võib kõikjal olla.
Tasakaalustamine on olulisem, kui inimesed arvavad. Kümne järjestikuse elemendiga paki mahutavus on mõnevõrra erinev. Üks element laeb täis enne teisi. Kui tasakaalustamine on liiga aeglane, on kõrge elemendi pinge 4,20 V, samal ajal kui vool voolab pakki. Pinge sellel elemendil hiilib üles. Passiivse tasakaalustamisega piirab teid see, kui palju soojust saate tühjendustakistite kaudu välja lasta. Enamiku konstruktsioonide tasakaaluvool on 50 mA kuni 100 mA. Kui teie rakud ei ühti rohkem kui mõne protsendi võrra, ei pruugi sellest piisata.
Aktiivne tasakaalustamine viib laengu kõrgetelt elementidelt madalatele, selle asemel et seda maha põletada. Kallim. Keerulisem. Mõistlik suurte pakendite puhul, kus raisatud energia lisandub, või rakenduste jaoks, kus te ei talu võimsuse hajumist.
Laadija disain on võrrandi teine pool. Lohaka tagasiside reguleerimisega lülitusmuundur ületab väikese koormuse korral. Olen mõõtnud laadijaid, mis annavad 42,5 V pinget, kui pakk võtab laadimise lõpus alla 100 mA. See täiendav pool volti, mis on jagatud kümne elemendi vahel, on 50 mV. See pole katastroof, kuid see lisandub muudele tolerantidele.
Samuti on oluline temperatuuri kompenseerimine laadijas. Liitiumelemendid peaksid kuumalt laadima madalamale pingele. Mõned laadijad reguleerivad CV seadeväärtust termistori alusel. Enamik odavaid ei tee seda. Päikese käes 45 °C juures istuv pakk, mis laetakse normaalsele 4,20 V elemendi kohta, on tegelikult ülelaaditud.
Kaks kaitsekihti on parem kui üks. BMS jälgib raku pingeid. Sekundaarse kaitse IC saab jälgida paketi pinget ja katkestada FET-i, kui midagi läheb valesti. Kogu selle arutelu alustanud Ohio rühma jaoks ei eksisteerinud kumbagi. Neil oli loll BMS, mis tegeles ainult tasakaalustamisega. Kaitse puudub. Klient eeldas, et laadija saab sellega hakkama. Halb oletus.
Disaini kontrollnimekiri
Kui kujundate pakendeid, on kontrollnimekiri üsna lühike.
- Kasutage tõelise raku{0}}taseme OVP-ga BMS-i.
- Seadke lävi mõne varuga, võib-olla 4,18 V NMC jaoks.
- Veenduge, et tasakaalustamine suudab teie rakkude levikuga sammu pidada.
- Kvalifitseerige laadija kogu selle tööpiirkonnas, mitte ainult toatemperatuuril pingil.
- Lisage teisese kaitse tee, kui rakendus seda õigustab.
Ohio paketti ehitatakse ümber korraliku BMS-i ja LFP jaoks mõeldud laadijaga. Kallis õppetund. Oleks võinud hullem olla. Keegi viga ei saanud ja midagi ei süttinud. Alati need lood nii ei lõpe.
