Mi az a túlfeszültség?
Múlt kedden hívott egy Ohio-i csomagintegrátor. Volt egy 14S LFP csomagjuk, ami egy napelemes telepítésből érkezett, két cellával, amelyek 3,91 V-ot olvastak. LFP. Normál használat mellett soha nem kell látnia 3,65 V feletti feszültséget. A cellák kívülről jól néztek ki, de amikor feltörtünk egyet, a katódfólia széle megbarnult. Klasszikus túltöltési kár.
Kiderült, hogy ólom-savtöltőt használtak. Az ügyfél kicserélte, mert az eredeti meghalt. Az ólom-savas 48 V-os töltő 58,4 V úszófeszültséget ad ki. 14S LFP csomagon, amely cellánként 4,17 V-ig működik. Az ólomsav{10}}nem jelent problémát. Nagy probléma az LFP-vel.
Az ilyesmi gyakrabban történik, mint azt az emberek bevallják.
A túlfeszültség azt jelenti, hogy egy cellát a maximális névleges töltési feszültség fölé tolnak. A szám a kémiától függ. Az NMC és az NCA felső feszültsége 4,20 V. Egyes nagy-energiájú NMC-változatok névleges feszültsége 4,35 V, de ezek speciális cellák, és tudnia kell, mit csinál velük. Az LFP Chemistry 3,65 V-os mennyezetű. Az LTO 2,85 V körül van. Ezek a számok a cella szállítói adatlapjáról származnak. Hagyja figyelmen kívül őket, és gondjai lesznek.
Belső sejtlebontás
Ami a cellában túlfeszültségnél történik, az nem bonyolult. A katód anyaga fel akar adni oxigént, ha túl sok lítiumot kényszerít ki belőle. Az oxigén reakcióba lép az elektrolittal. Eközben a lítium fém elkezd bevonódni az anód felületére, mivel a grafit nem tudja elég gyorsan elnyelni az ionokat. A bevonat két okból rossz. Ez visszafordíthatatlan kapacitásvesztés, és dendriteket hoz létre, amelyek végül rövidre zárhatják a sejtet.
Sokan azt hiszik, hogy a 4,20 V-os specifikációba be van építve a tartalék. Nincs.
A cellagyártók ezt a határt azon a ponton határozzák meg, ahol a lebomlás elfogadhatatlanná válik. Ha egyszer 4,25 V-ra megyünk, az valószínűleg jó. Ha minden ciklusban odamegy, néhány ezer ciklus helyett néhány száz ciklus alatt megöli a sejtet. Ha 4,30 V fölé megy, előfordulhat, hogy nem lesz néhány száz ciklus. Láttam, hogy a cellák 4,35 V-on duzzadnak egyetlen töltés után. A cellától függ.
A BMS szerepe
A BMS-nek ezt el kell fogadnia. A csomag minden sejtje saját érzékelő vezetéket kap. Az AFE chip beolvassa az összes cellafeszültséget, és összehasonlítja a küszöbértékkel. Ha valamelyik cella túllép, a töltés leáll. Elég egyszerű.
Kivéve, hogy a BMS meghibásodhat. Láttam BMS táblákat hideg forrasztásos csatlakozásokkal az érzékelő vezeték csatlakozóin. Az egyik cella leállítja a jelentést, és a firmware alapértelmezés szerint nulla, ahelyett, hogy hibát jelezne. Láttam AFE-chipeket, amelyek kiesnek a cal over hőmérsékletből. A TI BQ76940 általában szilárd, de a régebbi BQ76925-nél problémák voltak a belső referencia eltolásával. Olcsóbb kínai AFE chipek mindenhol lehet.
Az egyensúlyozás fontosabb, mint azt az emberek gondolják. A tíz soros cellát tartalmazó csomag kapacitása némileg megoszlik. Az egyik cella a többi előtt tölti fel teljesen. Ha a kiegyensúlyozás túl lassú, a magas cella 4,20 V-on áll, miközben az áram folyamatosan folyik a csomagba. A cellán a feszültség felfelé kúszik. A passzív kiegyenlítéssel korlátozza, hogy mennyi hőt tud átengedni a légtelenítő ellenállásokon. A legtöbb kivitel 50 mA és 100 mA közötti egyensúlyi áramot futtat. Ha a cellák több mint néhány százalékos eltérést mutatnak, az nem biztos, hogy elég.
Az aktív kiegyensúlyozás a töltést a magas cellákról az alacsony cellákra mozgatja ahelyett, hogy leégetné. Drágább. Bonyolultabb. Értelmes nagy kiszerelések esetén, ahol az elpazarolt energia összeadódik, vagy olyan alkalmazásokhoz, ahol nem tolerálható a kapacitás megoszlása.
A töltő kialakítása az egyenlet másik fele. A hanyag visszacsatolásszabályozású kapcsolókonverter kis terhelésnél túllő. Megmértem azokat a töltőket, amelyek 42,5 V-ot adnak le, amikor a csomag 100 mA-nél kevesebbet vesz fel a töltés végén. A tíz cellára szétosztott plusz fél volt egyenként 50 mV. Nem katasztrófa, de összeadódik a többi tűréshatárral.
A töltőben a hőmérséklet-kompenzáció is számít. A lítium celláknak alacsonyabb feszültségre kell tölteniük, amikor melegek. Egyes töltők a CV alapjelet termisztor alapján állítják be. A legtöbb olcsó nem. A napsütésben 45 °C-on ülő, cellánkénti normál 4,20 V-ra feltöltött csomag gyakorlatilag túl van töltve.
Két védőréteg jobb, mint egy. A BMS figyeli a cellafeszültségeket. A másodlagos védelmi IC figyeli a csomagfeszültséget, és levágja a FET-et, ha valami baj van. Az egész vitát elindító ohiói csapat számára egyik sem létezett. Volt egy buta BMS-ük, ami csak egyensúlyozást végzett. Nincs védelem. Az ügyfél feltételezte, hogy a töltő kezeli. Rossz feltételezés.
Tervezési ellenőrzőlista
Ha csomagokat tervez, az ellenőrzőlista meglehetősen rövid.
- Használjon BMS-t valós cella{0}}szintű OVP-vel.
- Állítsa be a küszöböt némi tartalékkal, esetleg 4,18 V-ot az NMC-hez.
- Győződjön meg arról, hogy az egyensúlyozás lépést tud tartani a sejtterjedéssel.
- Minősítse a töltőt a működési tartományban, ne csak szobahőmérsékleten a padon.
- Adjon hozzá másodlagos védelmi elérési utat, ha az alkalmazás indokolja.
Az ohiói csomagot megfelelő BMS-szel és LFP-hez specifikált töltővel újjáépítik. Drága lecke. Lehetett volna rosszabb is. Senki sem sérült meg, és semmi sem gyulladt ki. Ezek a történetek nem mindig így végződnek.
