Mikä on ylijännite?
Sain puhelun pakkausintegraattorilta Ohiosta viime tiistaina. Heillä oli 14S LFP -paketti, joka palasi aurinkoasennuksesta ja jossa oli kaksi kennoa, joiden jännite oli 3,91 V. LFP. Normaalikäytössä ei pitäisi koskaan nähdä mitään yli 3,65 V. Kennot näyttivät ulkopuolelta hienoilta, mutta kun avasimme yhden, katodikalvo oli muuttunut ruskeaksi reunoista. Klassinen ylilatausvaurio.
Kävi ilmi, että he käyttivät lyijy{0}}happolaturia. Asiakas vaihtoi sen, koska alkuperäinen kuoli. Lyijy-happolaturi 48 V tuottaa 58,4 V kelluvaa jännitettä. 14S LFP -pakkauksessa, joka toimii 4,17 V:iin per solu. Ei ongelma lyijyhapolle. Suuri ongelma LFP:lle.
Tällaista tapahtuu enemmän kuin ihmiset myöntävät.
Ylijännite tarkoittaa kennon työntämistä yli sen suurimman nimellislatausjännitteen. Määrä riippuu kemiasta. NMC ja NCA ylittävät 4,20 V:n jännitteen. Jotkut korkean{4}}energian NMC-muunnelmat on mitoitettu 4,35 V:iin, mutta ne ovat erikoiskennoja, ja sinun on tiedettävä, mitä teet niillä. LFP Chemistryssä on 3,65 V katto. LTO on noin 2,85 V. Nämä luvut tulevat soluntoimittajan tietolomakkeesta. Jätä ne huomioimatta, niin sinulla on ongelmia.
Solun sisäinen hajoaminen
Se, mitä tapahtuu kennon sisällä ylijännitteellä, ei ole monimutkaista. Katodimateriaali haluaa luovuttaa happea, kun siitä pakotetaan liikaa litiumia. Tämä happi reagoi elektrolyytin kanssa. Samaan aikaan litiummetalli alkaa pinnoittaa anodin pinnalle, koska grafiitti ei pysty absorboimaan ioneja tarpeeksi nopeasti. Pinnoite on huono kahdesta syystä. Se on peruuttamaton kapasiteetin menetys ja se luo dendriittejä, jotka voivat lopulta oikosulkea solun sisäisesti.
Monet ihmiset ajattelevat, että 4,20 V:n spesifikaatioon on sisäänrakennettu marginaali. Ei ole.
Solunvalmistajat asettavat tämän rajan kohtaan, jossa hajoaminen on mahdotonta hyväksyä. 4,25 V:n syöttö kerran on varmaan hyvä. Sinne meneminen joka sykli tappaa solun muutamassa sadassa syklissä muutaman tuhannen sijasta. Kun jännite ylittää 4,30 V, et ehkä saa muutamaa sataa jaksoa. Olen nähnyt kennojen turpoavan 4,35 V:iin yhden latauksen jälkeen. Riippuu solusta.
BMS:n rooli
BMS:n oletetaan saavan tämän kiinni. Jokainen pakkauksen solu saa oman aistinjohtonsa. AFE-siru lukee kaikki solujen jännitteet ja vertaa niitä kynnykseen. Jos jokin kenno ylittää, lataus pysähtyy. Melko yksinkertainen.
Paitsi BMS voi epäonnistua. Olen nähnyt BMS-levyjä, joissa on kylmäjuoteliitokset sensorin johdinliittimissä. Yksi solu lopettaa raportoinnin ja laiteohjelmiston oletusarvo on nolla sen sijaan, että se ilmoittaisi viasta. Olen nähnyt AFE-siruja, jotka ajautuvat pois cal ylilämpötilasta. TI:n BQ76940 on yleensä kiinteä, mutta vanhemmassa BQ76925:ssä oli ongelmia sisäisen referenssin siirrossa. Halvempia kiinalaisia AFE-siruja voi olla kaikkialla.
Tasapainottaminen on tärkeämpää kuin ihmiset ajattelevat. Pakkauksessa, jossa on kymmenen kennoa sarjassa, kapasiteetti hajoaa jonkin verran. Yksi kenno latautuu täyteen ennen muita. Jos tasapainotus on liian hidasta, korkea kenno on 4,20 V:ssa, kun taas virta virtaa pakkaukseen. Sen kennon jännite hiipii ylöspäin. Passiivisella tasapainotuksella sinua rajoittaa se, kuinka paljon lämpöä voit purkaa vuotovastusten läpi. Useimmat mallit käyttävät 50 mA - 100 mA tasapainovirtaa. Jos solusi eivät täsmää yli muutaman prosentin, se ei ehkä riitä.
Aktiivinen tasapainotus siirtää varauksen korkeista kennoista alhaisiin kennoihin sen sijaan, että se polttaisi sen pois. Kalliimpia. Monimutkaisempi. On järkevää suurille pakkauksille, joissa hukkaenergia lisääntyy, tai sovelluksiin, joissa kapasiteetin hajoamista ei voi sietää.
Laturin suunnittelu on yhtälön toinen puoli. Kytkentämuunnin, jossa on huolimaton takaisinkytkentäsäätö, ylittää kevyellä kuormituksella. Olen mitannut latureita, jotka syöttävät 42,5 V, kun pakkaus kuluttaa alle 100 mA latauksen lopussa. Se ylimääräinen puoli volttia, joka jakautuu kymmeneen kennoon, on 50 mV. Ei katastrofi, mutta se lisää muita toleransseja.
Myös laturin lämpötilakompensaatiolla on merkitystä. Litiumkennojen tulee ladata alempaan jännitteeseen kuumina. Jotkut laturit säätävät CV-asetusarvon termistorin perusteella. Useimmat halvat eivät. Auringossa 45 C:ssa latautuva akku, joka latautuu normaaliin 4,20 V:iin per kenno, on käytännössä ylilatautunut.
Kaksi suojakerrosta on parempi kuin yksi. BMS tarkkailee solujen jännitteitä. Toissijainen suojaus-IC voi katsella paketin jännitettä ja katkaista FETin, jos jokin menee pieleen. Ohio-joukolle, joka aloitti tämän keskustelun, kumpaakaan ei ollut olemassa. Heillä oli tyhmä BMS, joka vain tasapainotti. Ei suojaa. Asiakas oletti, että laturi hoitaisi sen. Huono oletus.
Suunnittelun tarkistuslista
Jos suunnittelet paketteja, tarkistuslista on melko lyhyt.
- Käytä BMS:ää oikean solun{0}}tason OVP:llä.
- Aseta kynnys marginaalilla, ehkä 4,18 V NMC:lle.
- Varmista, että tasapainotus pysyy solujen leviämisen tahdissa.
- Hyväksy laturi sen toiminta-alueella, ei vain huoneenlämmössä pöydällä.
- Lisää toissijainen suojauspolku, jos sovellus perustelee sen.
Ohio-pakettia rakennetaan uudelleen asianmukaisella BMS:llä ja laturilla, joka on määritetty LFP:lle. Kallis oppitunti. Olisi voinut olla huonomminkin. Kukaan ei loukkaantunut eikä mikään syttynyt tuleen. Aina nämä tarinat eivät pääty näin.
