Mikä on ylivirta?

Ylivirta tarkoittaa, että akkua pyydetään antamaan tai ottamaan vastaan enemmän virtaa kuin se on rakennettu. Yksinkertaista. Solu lämpenee, kemia stressaantuu ja asiat menevät sivuttain, jos kukaan ei puutu asiaan.

Näen tämän ongelman jatkuvasti kenttäpalautuksissa. Pakkauksissa on palaneita jälkiä, sulaneita välilehtiä, soluja, jotka näyttävät hyvältä ulkopuolelta, mutta ovat kuolleita sisältä. Yhdeksän kertaa kymmenestä joku veti liikaa virtaa tai suojaus epäonnistui.

Litiumkennoilla on kovat rajat. Kenno, joka on mitoitettu jatkuvalle 10 A:lle, kestää 10 A koko päivän huoneenlämmössä. Työnnä se 15A ja sisälämpötila nousee. Paina se 30A ja sinulla on ehkä sekunteja ennen kuin jokin antaa.

Lämmön muodostus litiumkennossa seuraa I²R:ää. Tyypillisen 18650:n sisäinen vastus on noin 15-30 mΩ riippuen kennosta ja sen iästä. Suorita numerot 25 mΩ kennossa.

10 A:lla: 10² × 0.025=2.5W 20 A:lla: 20² × 0.025=10W 40 A:lla: 40² × 0.025=40W

Tuolla 40 W:lla ei ole minne mennä teräspurkin sisään. Solun lämpötila nousee. Elektrolyytti alkaa hajota noin 80 asteessa. Yli 130 astetta erotin voi epäonnistua. Sen jälkeen lämpökarkaamisesta tulee todellinen mahdollisuus.

Latausylivirta noudattaa samaa fysiikkaa, mutta ylimääräisellä ongelmalla. Litiumpinnoitus. Työnnä latausvirta liian korkeaksi ja litiummetallikerrostuu anodin pinnalle sen sijaan, että interkaloituisi kunnolla. Tämä pinnoitus on pysyvä kapasiteetin menetys. Se aiheuttaa myös dendriitin muodostumisriskin.

Overcurrent

Ulkoiset shortsittapahtuu enemmän kuin valmistajat haluavat myöntää. Löysä ruuvi kotelossa. Vaurioitunut lanka hankaa runkoa vasten. Veden sisäänpääsy luo johtavan reitin. Työskentelin palautuksen parissa, jossa pakkauksen liittimessä oli suunnitteluvirhe, joka antoi positiivisen nastan koskettaa kotelon maadoitusta asettamisen aikana. Tuhannet pakkaukset lähtivät ulos ennen kuin kukaan sai sen kiinni.

Latausvirheetnäkyvät jatkuvasti sähkötyökalusovelluksissa. Harjatut moottorit pysähtyvät 6-8x käyntivirralla. Harjaton FOC-ohjauksella kahvat pysähtyvät paremmin, mutta piikkejä silti kovaa. Akku näkee sen piikin, tekeekö moottoriohjain asialle mitään vai ei.

Laturin ongelmiaovat yleensä hienovaraisia. Laturi, joka on suunniteltu 4S-pakkaukselle liitettynä 3S-pakkaukseen. Jänniterajat saattavat silti toimia, mutta virtaprofiili on väärä. Tai laturin tunnistusjohto katkeaa ja laturi vain painaa täyttä virtaa, kunnes jokin laukeaa.

Solujen yhteensopimattomuussarjapakkauksissa on salakavala. Neljä kennoa sarjassa, joista kolme 3000 mAh, joista yksi itse asiassa 2700 mAh, koska se oli kuumassa varastossa kuusi kuukautta. Tuo heikko kenno latautuu ensin täyteen. Kolme muuta jatkavat työntämistä. Tuo heikko kenno ylilatautuu, tuottaa kaasua, lämpenee, ja nyt sinulla on paikallinen ylivirtatila, joka tapahtuu yksittäisen kennon sisällä, kun pakkausjännite näyttää hyvältä.

Välitön seuraus on kuumuus. Jatkuva ylivirta kaksinkertaisella teholla työntää useimmat kennot yli 60 asteen muutamassa minuutissa. Solu selviää luultavasti, mutta syklin käyttöikä iskee.

Toistuvat ylivirtatapahtumat aiheuttavat kumulatiivisia vahinkoja. Anodin SEI-kerros paksunee. Sisäinen vastus hiipii. Kapasiteetti heikkenee. Kenno, joka alkoi 3000 mAh:sta ja 20 mΩ:sta, saattaa olla 2400 mAh ja 35 mΩ 200 väärinkäyttöjakson jälkeen. Se olisi tehnyt 800 sykliä asianmukaisessa käytössä.

Vakavat ylivirta{0}}oikosulkuolosuhteet-voivat katkaista solun sekunneissa. Virta huipentuu mihin tahansa kennon sisäiseen resistanssiin sen rajoittaessa. Täysin ladattu korkea-nielu 18650 kovaan oikosulkuun voi nähdä 200-300 A hetkellisen virran. Kielekehitsaukset ovat usein ensimmäinen vikakohta. Jos kielekkeet pitävät kiinni, hyytelörulla lämpenee niin nopeasti, että tuuletus tapahtuu muutamassa sekunnissa.

Olen nähnyt soluja, jotka tuulettivat niin voimakkaasti, että positiivinen korkki laukaistiin labrassa. Suojalasit eivät ole valinnaisia testattaessa oikosulkureaktiota.

Overcurrent

Hyvä pakkaussuunnittelu käyttää useita suojamekanismeja. Yksikään laite ei käsittele jokaista vikatilaa.

PTC:tistua useimpien hyvämaineisten valmistajien lieriömäisten kennojen sisällä. Ne laukeavat lämpötilan perusteella, eivät suoraan virran perusteella. PTC voi olla mitoitettu pitämään 7 A ja laukaisu 15 A, mutta laukaisumekanismi on lämpö. Vastausaika on hidas-sadasta millisekunnista sekuntiin. PTC:t eivät pelasta sinua kovalta oikosululta. Ne käsittelevät kohtalaista ylivirtaa ja antavat paketille aikaa jäähtyä.

Sulakkeetpuhaltaa kerran ja pysy puhaltamassa. Pakkaus-tason sulakkeet ovat kooltaan normaalia käyttövirtaa suuremmat, ja niissä on marginaali inrush- ja transienteille. 10 A jatkuvassa paketissa voi käyttää 15 A nopeaa-sulaketta. Sulake poistaa kovan oikosulun nopeammin kuin PTC, tyypillisesti alle 100 ms suurilla vikavirroilla. Mutta se myös tappaa lauman pysyvästi. Takuuvaatimukset seuraavat.

Suojaus-IC:tvalvoa virtaa tuntovastuksen kautta. Seikon, TI:n ja muiden yleiset osat tarjoavat ylivirtakynnykset, jotka voidaan ohjelmoida ulkoisten vastusten kautta tai koodata sisäisesti. Havaintoviiveet ovat tyypillisesti 8-24 ms. Oikosulun havaitseminen on nopeampaa, usein alle 500 µs. IC ohjaa ulkoisia FET-laitteita paketin irrottamiseksi.

Aistivastuksen arvolla on väliä. 5 mΩ sensorivastus antaa paremman resoluution, mutta pudottaa enemmän jännitettä ja haihduttaa enemmän tehoa suurilla virroilla. 2mΩ vastus kuluttaa vähemmän tehoa, mutta tarvitsee herkemmän etuosan. Useimmat kuluttajapakkaukset käyttävät 3-10mΩ virtaluokasta riippuen.

BMSisommissa pakkauksissa lisää älykkyyttä. Aktiivinen virtarajoitus pelkän laukaisun/ei{1}}matkan sijaan. Lämpötilakompensoidut-kynnykset. Tapahtumien kirjaaminen diagnostiikkaa varten. Hyvä BMS vähentää ylivirtarajoja kennon lämpötilan noustessa pitäen kennot turvallisessa toimintaikkunassa myös dynaamisissa kuormituksessa.

CID:tsolujen sisällä tarjoavat viimeisen{0}}mekaanisen suojan. Nykyinen keskeytyslaite aktivoituu sisäisen paineen kasvaessa. Kun CID laukeaa, solu on jo kokenut merkittävää stressiä. CID-aktivointi tarkoittaa yleensä sitä, että solu on romutettu.

Tietosivujen luokitukset edellyttävät erityisiä ehtoja. Samsung 30Q, joka on mitoitettu 15A jatkuvaan tehoon, olettaa 25 asteen ympäristön ja riittävän jäähdytyksen. Kiinnitä kenno eristettyyn koteloon 35 asteen ympäristön lämpötilassa ja 15 A työntää sen turvallisen lämpötilan yli.

Pulssiarvot näyttävät houkuttelevilta, mutta niihin on kiinnitetty nauhat. Kenno voi vaatia 30 A 10 sekuntia, mutta tämä olettaa, että solu käynnistyy 25 asteessa ja ehtii jäähtyä ennen seuraavaa pulssia. Takaisin-to-takaisin pulssit ilman palautumisaikaa keräävät lämpöä kuten jatkuva virta.

Latausnopeudet ovat usein konservatiivisempia kuin purkunopeudet. 20 A purkausta käsittelevä kenno voi sietää vain 4 A latausta. Syynä on litiumpinnoitusriski. Jotkut uudemmat kennot, joissa on pii{5}}seostetut anodit, ovat vielä herkempiä latausnopeudelle.

Solujen ikä muuttaa kaiken. Uusi kenno, jossa on 20mΩ sisäinen vastus, kestää 20A paremmin kuin vuoden vanha kenno 30mΩ. Pakkauksen suojauksen tulee ottaa huomioon -lopun -kesto, ei vain uusien solujen tekniset tiedot.

Jokainen pakkaussuunnittelu vaatii ylivirtatarkistuksen. Testausvälineillä on väliä.

Elektronisten kuormien täytyy vaimentaa virtaa nopeammin kuin suoja reagoi. Suojaus-IC, jossa on 10 ms:n tunnistusviive, tarvitsee kuorman, joka saavuttaa tavoitevirran alle 1 ms:ssa. Hidas kuormitusramppi-anntaa suojan laukeaa aikaisin ja antaa väärää luottamusta.

Nykyinen mittaus tarvitsee kaistanleveyttä. 10mΩ sensorivastus 100A:lla antaa 1V signaalin. Varsinaisen huipun kaappaaminen vaatii vähintään 10 kHz kaistanleveyttä, mieluiten enemmän. Asianmukaisella maadoituksella varustetut mittapäät välttävät meluongelmia, jotka antavat roskatietoja.

Lämpötilatestaus havaitsee suunnitteluongelmia, jotka huonelämpötilatestauksesta puuttuvat. Suojaus-IC-kynnykset ajautuvat lämpötilan mukaan. FET Rds(on) kasvaa korkeassa lämpötilassa, mikä lisää jännitehäviötä. Sense vastus TCR on tärkeä, kun vastus lämpenee ohitetusta vikavirrasta. Testaa vähintään -20 astetta, +25 astetta ja +55 astetta.

Testimatriisi kasvaa suureksi. Latausylivirta, purkausylivirta, oikosulku. Jokainen kolmessa lämpötilassa. Jokainen useilla SOC-tasoilla, koska solun impedanssi vaihtelee varaustilan mukaan. Kerro otoskoolla tilastollisen luotettavuuden saamiseksi. Perusteellinen validointi suorittaa satoja testejä.

Overcurrent

UL 2054kattaa kannettavat akut Pohjois-Amerikan markkinoille. Oikosulkutestaus käyttää kuollutta oikosulkua 10 sekunnin ajan. Pakkaus ei saa syttyä tuleen tai räjähtää. Lämpötilaa valvotaan, mutta mitään erityistä rajaa ei kutsuta. Tämä on vähimmäistaso.

IEC 62133-2pätee kansainvälisesti. Ulkoinen oikosulkutestaus käyttää alle 100 mΩ:n kokonaisvastusta, jota pidetään yllä tunnin ajan tai kunnes lämpötila tasaantuu. Kestoltaan tiukempi kuin UL 2054.

YK 38.3säätelee lähetystä. Testi 5 vaatii oikosulun alle 0,1 Ω. Kennot tai akut eivät saa purkaa tai syttyä tuleen. Tällä on merkitystä, koska UN 38.3:n rikkominen tarkoittaa, että tuotettasi ei voida kuljettaa laillisesti.

SAE J2464kattaa sähkökäyttöiset sovellukset, joilla on tiukemmat vaatimukset. Oikosulkuvastus putoaa 5 mΩ:iin ja termiset/mekaaniset kriteerit ovat tarkemmat.

Näiden testien läpäiseminen ei tarkoita, että suojaussuunnitelma olisi hyvä. Se tarkoittaa, että suojaussuunnittelu on riittävä sertifiointiin. Todellinen -väkivalta voi ylittää testiolosuhteet.

Johdon mittari nousee jatkuvasti. Alimittainen lanka lisää vastusta ja luo lämpöä liitäntöihin. Johto itse saattaa kestää virran, mutta puristatuista liittimistä tai juotosliitoksista tulee kuumia kohtia. "Akkuvian" vuoksi palautetuissa pakkauksissa näkyy usein palaneita johtoliittimiä, kun kennot ovat kunnossa.

Liittimen valinta on toinen heikko kohta. XT60-liittimet ovat oletettavasti mitoitettuja 60A jatkuvaan käyttöön. Tämä luokitus edellyttää täydellistä puristusta ja puhtaita kosketuksia. Käytännössä heikennetty 30-40 % luotettavuuden vuoksi. Anderson Powerpolesilla on samanlaiset näkökohdat.

Solujen kielekehitsaus vaatii huomiota. Hyvällä hitsillä on alhainen vastus ja mekaaninen lujuus. Kylmähitsaus näyttää hyvältä, mutta epäonnistuu tärinän tai lämpösyklin vaikutuksesta. Palanut hitsi vaurioitti tölkkiä ja luo heikon kohdan. Hitsausaikataulut on vahvistettava vetotestauksella ja vastusmittauksella.

Lämmönhallinta liittyy ylivirtakykyyn. Aktiivijäähdytyksellä varustettu pakkaus voi kestää suurempia virtoja kuin suljettu pakkaus ilman ilmavirtausta. Jotkut mallit käyttävät termistoreita kennoissa laukaisemaan virran pienenemisen ennen kuin lämpötilat muuttuvat kriittisiksi.

Ylivirta tappaa litiumakut. Joskus nopeasti, joskus hitaasti, mutta aina vahingollista. Nykyiset rajat ovat olemassa fysiikkaan ja kemiaan liittyvistä syistä, ei mielivaltaisesta konservatiivisuudesta.

Hyvä suojaus vaatii useita kerroksia, koska jokaisessa suojatyypissä on heikkouksia. PTC:t ovat hitaita. Sulakkeet ovat yksi-laukaus. IC:t riippuvat aistitarkkuudesta. BMS lisää kustannuksia ja monimutkaisuutta. CID:t tarkoittavat, että solu on jo vaurioitunut.

Testauksen on vastattava todellisia käyttöolosuhteita ja väärinkäyttöskenaarioita. Sertifiointikokeiden läpäiseminen on välttämätöntä, mutta ei riittävää.

Pakkauksen suunnitteluvaihtoehdot-johto, liittimet, lämpöpatterit, marginaalit-määrittävät, suojaako suoja vai näyttääkö se vain hyvältä paperilla.

Solut, joihin luotan, tulevat valmistajilta, joilla on tasalaatuinen ja julkaistut tiedot. Paketit, joihin luotan, käyttävät hyvämaineisten toimittajien suojapiirejä asianmukaisella sovellussuunnittelulla. Kaikkeen muuhun suhtaudutaan varoen, kunnes toisin todistetaan.