Kaj je varnostna zaščita baterije?

Naj bom takoj iskren: večina požarov akumulatorjev, ki smo jih videli v tej industriji, ni bila skrivnostna. Bili so predvidljivi. Nekdo je preskočil zaščitno plast, da bi prihranil 50 USD, ali je vodja nabave izbral najcenejši BMS na Alibabi, ali-in to se zgodi pogosteje, kot bi si mislili-upravljavec viličarja poleti pustil stvar, da se polni čez noč v lopi brez prezračevanja.

Varnostna zaščita baterije ni nek abstrakten inženirski koncept. To je zbirka strojne, programske in oblikovalske izbire, ki preprečuje, da bi se vaš paket baterij v vrednosti 15.000 USD spremenil v zavarovalni zahtevek v vrednosti 150.000 USD. Ali še huje.

Že več kot desetletje izdelujemo pakete LiFePO4 za ravnanje z materialom in industrijska vozila. Ta članek je pravzaprav vse, kar bi si želeli, da bi nam kdo povedal, ko smo začeli-in nekaj dragih lekcij, ki smo se jih naučili na težji način.

Industrijske prizmatične celice zahtevajo robustne nadzorne sisteme.

Zakaj LiFePO4 in zakaj še vedno potrebuje zaščito

Tukaj je vprašanje, ki ga nenehno dobivamo od strank: "Mislil sem, da je litijev železov fosfat varna kemija. Zakaj potrebujem vse te zaščitne stvari?"

Poštena točka. LiFePO4 je resnično varnejši od NCM ali NCA. Kristalna struktura olivina ne sprošča kisika, ko se segreje, kar pomeni, da ne bo podžgala lastnega ognja, kot to lahko stori ternarna kemija. Na celicah petih različnih dobaviteljev smo izvedli teste prodiranja žebljev-LiFePO4 celice običajno dosežejo morda 150 stopinj in samo sedijo tam in kadijo. NCM celice v istem testu? Videli smo 600 stopinj + in dejanske plamene.

Vendar "varnejši" ne pomeni "varen". Leta 2021 smo imeli stranko-logističnega podjetja v Guangdongu-ki je ugotovila, da LiFePO4 pomeni, da ne potrebuje spremljanja temperature. Prihranite morda 800 RMB na paket. Potem je prišel avgust, skladišče je doseglo temperaturo 45 stopinj, polnilni sistem ni imel toplotnega zmanjšanja in na koncu so imeli tri nabrekle pakete in enega, ki je dejansko odzračil. K sreči ni bil nihče poškodovan. Toda zdaj so naše najbolj navdušene stranke za BMS s popolnimi funkcijami.

Stvari, ki dejansko povzročajo požare

Potem ko smo videli na desetine napak na terenu (naših in konkurentov), ​​gre tukaj pravzaprav narobe:

Pri polnjenju se pojavi 70 % težav.Brez praznjenja, brez shranjevanja-polnjenja. Natančneje:

• Polnjenje pod 0 stopinj brez-zaščite pri nizkih temperaturah. Litijeve plošče na anodo namesto pravilne interkalacije. Ne vidiš, da se dogaja. Šest mesecev kasneje, notranji kratek stik, toplotni pobeg. Imeli smo stranko v Harbinu, ki se je tega naučila na drag način.
• Prekomerno polnjenje, ker se je meritev napetosti BMS premaknila in tega nihče ni opazil. Celice, ocenjene za 3,65 V, se v vsakem ciklu potisnejo na 3,8 V. Deluje dobro tri mesece, potem pa nekega dne ne.
• Napaka v komunikaciji polnilnika-BMS. Polnilnik misli, da je baterija 50 % SOC, baterija je dejansko 95 %. Poln tok v skoraj-poln paket. Slabi časi.

Neravnovesje celic, ki ga nihče ne spremlja.Če ima ena celica v paketu 16S za 50 mAh manjšo zmogljivost od drugih, bo dosegla 100 % SOC, preden paket. Nadaljujte s kolesarjenjem brez uravnoteženja, ta celica se vsakič prenapolni. Videli smo pakete, ki so se vrnili zaradi garancije, kjer je bila ena celica na 3,9 V, medtem ko so ostale na 3,5 V. To je požar, ki čaka, da se zgodi.

Mehanske poškodbe, ki ogrožajo separator.Viličarji se zaletavajo v stvari. To je pač realnost. Če udarec poškoduje celice znotraj-tudi če je zunanji pregled videti v redu-lahko dobite zakasnjene notranje kratke hlače. Zato za viličarje uporabljamo jeklena ohišja, ne aluminija. Da, težji je. Ja, vredno je.

Aktivna zaščita: Preprečevanje zagona težav

Industrija to zaščito deli na »aktivno« in »pasivno«. Aktiven pomeni preprečiti, da bi se zgodile slabe stvari. Pasivno pomeni obvladovanje škode, ko se vseeno zgodi.

Začnite s samimi celicami

Sliši se očitno, vendar: kupujte dobre celice. Skozi leta smo testirali celice morda 20 različnih dobaviteljev. Širjenje kakovosti je resnično šokantno. Enake nominalne specifikacije, popolnoma drugačno obnašanje pri testiranju zlorabe.

Na kaj morate biti pozorni, če ocenjujetedobavitelj industrijskih litijevih baterij:

• Prosite za video posnetke testa penetracije žebljev. Ne podatkovni listi-dejanski videoposnetki. Dobre celice kadijo in sikajo. Slabe celice curek plamena.
• Preverite specifikacije separatorja. Keramično{1}}prevlečeni separatorji veliko bolje prenašajo toplotno obremenitev. Leta 2019 smo prešli izključno na keramično-prevleko, potem ko je slaba serija običajnih separatorjev povzročila tri okvare na terenu v enem četrtletju.
• Dodatki elektrolitov so pomembni. Dodatki za zaviranje gorenja, dodatki za zaščito pred prenapolnjenostjo-to ni trženje, ampak razlika med celico, ki odpove elegantno, in tisto, ki odpove silovito.

Za kvalifikacijo našega trenutnega dobavitelja celic smo porabili dve leti. Štirikrat obiskal tovarno. Gledal sem njihov postopek QC. To je dolgočasno delo, a zato ponoči spimo.

BMS je možgani baterije, ki spremlja napetost, tok in temperaturo.

BMS: možgani, ki ohranjajo vse pri življenju

Bodimo realni-BMS je lahko karkoli, od rešitve z enim-čipom za 15 USD do sistema z več{4}}ploščami z redundanco za 500 USD. Dobiš, kar plačaš.

Težave s poceni BMS, ki smo jih videli:

• Natančnost merjenja napetosti ±30mV. Pri celici s 100 mV med "polno" in "nevarno prenapolnjeno" to ni dovolj dobro.
• Brez uravnoteženja celic ali samo pasivno uravnoteženje. Pasivno uravnoteženje pri 50 mA traja dobesedno tedne, da se popravi znatno neravnovesje.
• Zasnove-točke--odpovedi. En MOSFET umre, celoten paket je nezaščiten.
• Brez temperaturnih senzorjev ali en senzor za celoten paket. Toplotni gradient znotraj paketa z 20 kWh zlahka doseže 15 stopinj. En senzor ti nič ne pove.

Kaj naredi pravi BMS:

• Nadzoruje napetost vsake celice posebej. Ni ravni-modula, ravni-celice.
• Aktivno uravnoteženje pri pomembnih tokovih (na naših paketih uporabljamo 1A+)
• Več temperaturnih senzorjev z beleženjem položaja
• Zaznavanje toka je dovolj natančno za resnično kulonsko štetje
• Komunikacija s polnilnikom za usklajeno zaščito
• Varnostno kopiranje strojne opreme se prekine neodvisno od glavnega procesorja

Razlika v stroških med BMS za smeti in pravim je lahko 200-300 USD za paket viličarja. Paket stane 8 $,000+. Viličar stane 30 $,000+. Skladišče, v katerem je, je vredno ... vidite, kam to pelje.

Ko nas stranke prosijo za nasvet pri izbiri aproizvajalec litijevih baterij, jim rečemo: vprašajte o BMS. Prosite za ogled sheme. Če ti ne pokažejo, pojdi stran.

Nadzor polnjenja: kjer večina požarov dejansko nastane

To smo že omenili, vendar velja ponoviti. Polnjenje je nevarno.

Pravilna zaščita pred polnjenjem je videti tako:

Temperaturno{0}}kompenzirano polnjenje.Pod 0 stopinj? Ne polnite ali polnite z drastično zmanjšanim tokom. Nad 45 stopinj? Isti dogovor. To ni izbirno. Naši standardni paketi ne sprejmejo niti polnjenja pod -10 stopinj - BMS preprosto noče zapreti polnilnega kontaktorja.

Dodatna opomba: prodajalci so strankam obljubljali "zmogljivost polnjenja -20 stopinj", potem pa mora inženiring pojasniti, zakaj se to ne dogaja. Litij prevleka je litij prevleka. Fiziki ni mar za vaš cilj prodaje.

Zaključek-na podlagi napetosti z rezervo.Če so celice ocenjene na največ 3,65 V, končamo pri 3,60 V. Da, morda izgubite 2-3% uporabne zmogljivosti. Prav tako ne razstreliš. Dober kompromis.

Pasivna zaščita: Ko gre vseeno kaj narobe

Poglejte, zgradimo lahko najboljše zaščitne sisteme na svetu, pa bodo stvari še vedno občasno odpovedale. Čez vaš akumulator zapelje tovornjak. Poplava izklopi elektroniko. Nekdo ignorira vsako opozorilo in vsili polnjenje pri -30 stopinjah, ker mora dostava iti ven.

Pri pasivni zaščiti gre za omejevanje škode, ko aktivna zaščita odpove.

Toplotne pregrade

Med celicami, med moduli in okoli zunanjosti paketa. Cilj ni ustaviti toplotnega bežanja-ko se začne, gre. Cilj je upočasniti širjenje, da imate čas za odziv.

Uporabljamo kombinacijo plošč iz keramičnih vlaken med modulom in aerogelnimi oblogami na notranjih stenah. Ni poceni. Toda ko ena celica ugasne, imajo sosednje celice dodatnih 30-60 sekund, preden dosežejo kritično temperaturo. To je pogosto dovolj časa, da se sistemi za zatiranje aktivirajo ali da se paket odklopi in varno odzrači.

Za vse, ki nabavljajo pri aPonudnik rešitev za baterije LiFePO4, vprašajte o specifikacijah toplotne pregrade. Če vam ne znajo povedati toplotne prevodnosti in odpornosti proti vžigu njihovih pregradnih materialov, je to rdeča zastava.

Gašenje požara

Za namestitve visoke{0}}vrednosti potrebujete namensko zatiranje. Standardni gasilni aparati ne delujejo dobro na litijeve baterije-požar je notranji, poganjajo ga samo{3}}segrevalne reakcije, ki jih voda ne more zaustaviti.

Delali smo s sistemi za zatiranje, ki uporabljajo sredstva na osnovi-perfluoroheksanona. Hladijo celice, hkrati pa kemično motijo ​​gorenje. Ni popolno, a dramatično boljše od poskusa razprševanja CO2 pri notranji kemični reakciji.

Vendar pravi govor: zatiranje je zadnja možnost. Če se vaš sistem za zatiranje aktivira, je vaša baterija že uničena. Na tej točki samo omejiš kolateralno škodo. Bolje, da ga nikoli ne potrebujete.

Zasnova ohišja

Ohišje mora narediti več stvari:

• Zadržite morebitne izpušne pline in jih usmerite stran od ljudi
• Preživeti mehansko zlorabo (paketi viličarjev se spustijo, udarijo, se zaletijo v stvari)
• Ohranite oceno IP tudi po udarcih
• Omogočajo odvajanje toplote med običajnim delovanjem, hkrati pa zadržujejo toploto med toplotnimi dogodki

Specificiramo jeklena ohišja z usmerjenimi odzračevalnimi potmi za vse naše aplikacije viličarjev. Prezračevalna pot je pomembna-ne želite, da je pregret plin usmerjen proti upravljavcu ali proti vnetljivim materialom.

Diagnoza napak: odkrivanje težav, preden postanejo požari

To je del, ki loči resne baterijske sisteme od poceni.

-Sprotno spremljanje v realnem času zazna takojšnje nevarnosti-pad napetosti med praznjenjem pomeni, da je prišlo do kratkega stika; skokovita temperatura med polnjenjem pomeni, da je nekaj narobe. Ti zahtevajo takojšen zaščitni odziv.

Toda dragocena stvar je analiza trendov. Celica, ki je dosledno 5 stopinj toplejša od svojih sosedov, ima verjetno povečan notranji upor. Danes ni nevarno. Čez šest mesecev bo. Dober BMS zabeleži te podatke, označi trend in vam omogoči, da ga obravnavate med načrtovanim vzdrževanjem namesto med požarom v skladišču.

Mesečno zbiramo podatke o vseh paketih, ki so-uvedeni v naši floti. Vsaj ducatkrat smo zasledili razvoj napak, ki bi postale napake na terenu, če bi jih prezrli. En paket je pokazal, da je ena sama celica v treh mesecih nihala 20 mV visoko. Potegnil sem ga, pregledal, ugotovil degradacijo separatorja v zgodnji-stopnji. Zamenjal sem modul, paket dve leti kasneje še vedno dobro deluje.

Če se pogovarjate s potencialomlitijeva baterija OEM partnerpovprašajte o njihovih diagnostičnih zmožnostih. Zahtevajte vzorčna poročila o podatkih o voznem parku. Če vam ne morejo pokazati analize trendov in podatkov o predvidenem vzdrževanju, njihov BMS verjetno izvaja samo osnovno spremljanje pragov-, kar je najmanjši minimum.

Standardi in kaj dejansko pomenijo

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 – te certifikate boste videli povsod. Tukaj je neprijetna resnica: izpolnjevanje teh standardov pomeni, da vaša baterija izpolnjuje minimalne zahteve. To ne pomeni, da je dobro.

Preizkusili smo konkurenčne pakete, ki so imeli vse certifikate, vendar kljub temu niso prestali osnovnih testov zlorabe, ki jih- izvajamo doma. Standardi so tla, ne strop.

Kljub temu, če vam dobavitelj ne more pokazati teh potrdil, pobegnite. So namizni vložki. Samo ne domnevajte, da je certifikat enak kakovosti.

Naše interno testiranje presega standardne zahteve. Nižje temperaturne meje. Zloraba višjega toka. Podaljšano toplotno kroženje. Želimo vedeti, kako so naši paketi neuspešni, ne samo, da so prestali določen test.

Za stranke, ki potrebujejo konfiguracije po meri-nenavadne napetosti, posebne faktorje oblike, integracijo z lastniškimi sistemi-ki delajo zproizvajalec litijevih baterij po merikdor izvaja tovrstno razširjeno testiranje, je vreden premije. Certifikat vam pove, da paket ustreza kodi. Razširjeno testiranje vam pove, kako se bo dejansko obneslo v vaši aplikaciji.

Kaj pravzaprav priporočamo

Po vsem tem, kaj bi pravzaprav morali storiti, če določate baterije za industrijsko uporabo?

Iskreno povedano, ta industrija je v zadnjih petih letih postala veliko boljša. Ko smo začeli, je bila polovica paketov na trgu v bistvu časovne bombe. Zdaj večina resnih dobaviteljev gradi dokaj varne sisteme. Toda "razmerno varno" še vedno pušča prostor za takšno znižanje-stroškov, ki povzroča požare. Vaša naloga je ugotoviti, kateri dobavitelji dejansko opravljajo delo in kateri samo potrdijo polja.

Varnost baterije ni seksi. To ne pomeni dobrega trženja. Nihče ni nikoli kupil viličarja, ker je imela baterija veliko odpornost proti širjenju toplote.

Toda če se zmotite, vse ostalo hitro preneha biti pomembno. Naš ugled smo zgradili na paketih, ki delujejo leto za letom v pogojih, ki bi uničili cenejše sisteme. To je tisto, kar bi morali iskati pri vsakem dobavitelju, ki ga ocenjujete.

Vprašanja? Vedno se z veseljem pogovarjamo prek posebnih aplikacij. Za to smo tukaj.