Aşırı Gerilim Nedir?
Geçen Salı günü Ohio'daki bir paket entegratöründen bir telefon aldım. Güneş enerjisi kurulumundan gelen ve iki hücrenin 3,91V okuduğu bir 14S LFP paketi vardı. LFP. Normal kullanımda asla 3,65V'un üzerinde bir şey görmemelisiniz. Hücreler dışarıdan iyi görünüyordu ama birini açtığımızda katot folyosunun kenarları kahverengiye dönmüştü. Klasik aşırı şarj hasarı.
Kurşun{0}}asit şarj cihazı kullandıkları ortaya çıktı. Orijinali öldüğü için müşteri onu değiştirdi. Kurşun-asit 48V şarj cihazı 58,4V şamandıra sağlar. Hücre başına 4,17V'a kadar çalışan bir 14S LFP paketinde. Kurşun{10}}asit için sorun değil. LFP için büyük sorun.
Bu tür olaylar insanların kabul ettiğinden daha sık yaşanıyor.
Aşırı voltaj, bir hücreyi maksimum nominal şarj voltajının üzerine itmek anlamına gelir. Sayı kimyaya bağlıdır. NMC ve NCA 4,20V'ta zirveye çıkıyor. Bazı yüksek-enerjili NMC çeşitleri 4,35V olarak derecelendirilmiştir ancak bunlar özel hücrelerdir ve onlarla ne yaptığınızı bilmeniz gerekir. LFP kimyasının 3,65V tavanı vardır. LTO 2,85V civarındadır. Bu sayılar cep telefonu satıcısının veri sayfasından gelir. Bunları görmezden gelirseniz sorun yaşarsınız.
İç hücre bozulması
Aşırı gerilim durumunda hücrenin içinde olup bitenler karmaşık değildir. Katot malzemesi, içinden çok fazla lityum çıkardığınızda oksijenden vazgeçmek ister. Bu oksijen elektrolitle reaksiyona girer. Bu arada, grafit iyonları yeterince hızlı ememediğinden lityum metali anot yüzeyinde kaplanmaya başlar. Kaplama iki nedenden dolayı kötüdür. Bu geri dönüşü olmayan bir kapasite kaybıdır ve sonuçta hücrenin dahili olarak kısa devre yapmasına neden olabilecek dendritler oluşturur.
Pek çok insan 4.20V spesifikasyonunda marj bulunduğunu düşünüyor. Yok.
Hücre üreticileri bu sınırı, bozulmanın kabul edilemez hale geldiği noktada belirler. Bir kez 4,25V'a gitmek muhtemelen iyidir. Her döngüde oraya gitmek, hücreyi birkaç bin yerine birkaç yüz döngüde öldürecektir. 4,30V'un üzerine çıktığınızda birkaç yüz döngü elde edemeyebilirsiniz. Tek bir şarjdan sonra hücrelerin 4,35V'ta şiştiğini gördüm. Hücreye bağlıdır.
BMS'nin Rolü
BMS'in bunu yakalaması gerekiyor. Paketteki her hücre kendi algılama teline sahiptir. AFE çipi tüm hücre voltajlarını okur ve bir eşikle karşılaştırır. Herhangi bir hücre taşarsa şarj durur. Oldukça basit.
BMS'nin başarısız olması dışında. Algılama teli konnektörlerinde soğuk lehim bağlantılarına sahip BMS kartlarını gördüm. Bir hücre raporlamayı durdurur ve bellenim, bir arızayı işaretlemek yerine varsayılan olarak sıfırlanır. Aşırı sıcaklıktan çıkan AFE çiplerini gördüm. TI'nin BQ76940'ı genel olarak sağlamdır ancak eski BQ76925'in dahili referans kaymasıyla ilgili sorunları vardı. Daha ucuz Çin AFE çipleri her yerde bulunabilir.
Dengeleme insanların düşündüğünden daha önemlidir. Seri olarak on hücreli bir paketin kapasitesi bir miktar yayılacaktır. Bir hücre diğerlerinden önce tam şarja ulaşır. Dengeleme çok yavaşsa yüksek hücre 4,20V'ta kalırken akım pakete akmaya devam eder. O hücredeki voltaj artıyor. Pasif dengeleme ile sızıntı dirençlerinden ne kadar ısı aktarabileceğinizle sınırlıdır. Çoğu tasarım 50mA ila 100mA denge akımını çalıştırır. Hücreleriniz yüzde birkaçtan fazla uyumsuzsa bu yeterli olmayabilir.
Aktif dengeleme, yükü yakmak yerine yüksek hücrelerden düşük hücrelere taşır. Daha pahalı. Daha karmaşık. Boşa harcanan enerjinin biriktiği büyük paketler veya herhangi bir kapasite yayılımını tolere edemediğiniz uygulamalar için mantıklıdır.
Şarj cihazı tasarımı denklemin diğer yarısıdır. Özensiz geri besleme düzenlemesine sahip bir anahtarlama dönüştürücüsü, hafif yükte hedefi aşacaktır. Paket, şarjın sonuna yaklaşıldığında 100mA'dan daha az çektiğinde 42,5V veren şarj cihazlarını ölçtüm. On hücreye dağıtılan ekstra yarım voltun her biri 50 mV'dir. Bir felaket değil ama diğer toleranslarla birleşiyor.
Şarj cihazındaki sıcaklık telafisi de önemlidir. Lityum piller sıcakken daha düşük bir voltajla şarj edilmelidir. Bazı şarj cihazları CV ayar noktasını bir termistöre göre ayarlar. Ucuz olanların çoğu bunu yapmaz. Güneşte 45°C'de duran ve hücre başına normal 4,20V'ye kadar şarj edilen bir paket, fiilen aşırı şarj ediliyor.
İki koruma katmanı birden daha iyidir. BMS hücre voltajlarını izler. İkincil koruma IC'si paket voltajını izleyebilir ve bir şeyler ters giderse FET'i kesebilir. Tüm bu tartışmayı başlatan Ohio ekibi için ikisi de mevcut değildi. Yalnızca dengeleme yapan aptal bir BMS'leri vardı. Koruma yok. Müşteri, şarj cihazının bu işi halledeceğini varsaydı. Kötü varsayım.
Tasarım Kontrol Listesi
Paket tasarlıyorsanız kontrol listesi oldukça kısadır.
- Gerçek hücre düzeyinde OVP'ye sahip bir BMS kullanın-.
- Eşiği bir miktar marjla, belki NMC için 4,18V olarak ayarlayın.
- Dengelemenin hücre yayılımınıza ayak uydurabildiğinden emin olun.
- Şarj cihazını yalnızca tezgah üzerinde oda sıcaklığında değil, çalışma süresi boyunca nitelendirin.
- Uygulamanın gerektirdiği durumlarda ikincil bir koruma yolu ekleyin.
Ohio paketi, uygun bir BMS ve LFP için özel olarak tasarlanmış bir şarj cihazıyla yeniden oluşturuluyor. Pahalı ders. Daha kötü olabilirdi. Kimse yaralanmadı ve hiçbir şey alev almadı. Bu hikayeler her zaman böyle bitmiyor.
