Kaj je nadtok?

Prekomerni tok pomeni, da mora baterija oddati ali sprejeti več toka, kot je bila izdelana. Preprosto kot to. Celica se segreje, kemija je obremenjena in stvari gredo na stran, če nihče ne vskoči.

To težavo nenehno vidim pri vračilih s terena. Paketi se vrnejo z zažganimi sledmi, stopljenimi zavihki, celicami, ki so na zunaj videti v redu, znotraj pa so mrtve. Devetkrat od desetih je nekdo potegnil preveč toka ali pa je zaščita odpovedala.

Litijeve celice imajo stroge omejitve. Celica, ocenjena za 10 A neprekinjeno, prenaša 10 A ves dan pri sobni temperaturi. Potisnite ga na 15 A in notranja temperatura se dvigne. Potisnite ga na 30 A in imeli boste morda nekaj sekund, preden nekaj popusti.

Proizvodnja toplote v litijevi celici sledi I²R. Notranji upor na tipičnem 18650 je okoli 15-30 mΩ, odvisno od celice in njene starosti. Zaženite številke na celici 25 mΩ.

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

Ta 40W nima kam v jekleno pločevinko. Temperatura celice naraste. Elektrolit začne razpadati okoli 80 stopinj. Nad 130 stopinj lahko separator odpove. Po tem postane toplotni beg realna možnost.

Nadtok polnjenja sledi isti fiziki, vendar z dodatno težavo. Litijeva prevleka. Tok potisnega polnjenja je previsok in kovinski litij se usede na površini anode, namesto da bi se pravilno vgradil. Ta obloga je trajna izguba zmogljivosti. Prav tako ustvarja tveganje za nastanek dendritov.

Overcurrent

Zunanje kratke hlačezgodi več, kot proizvajalci radi priznajo. Zrahljan vijak v ohišju. Poškodovana žica se drgne ob okvir. Vdor vode ustvarja prevodno pot. Delal sem na odpoklicu, kjer je imel konektor paketa konstrukcijsko napako, zaradi katere je pozitivni zatič med vstavljanjem omogočil stik z ozemljitvijo ohišja. Na tisoče paketov je pošlo, preden ga je kdo ujel.

Napake obremenitvenenehno pojavljajo v aplikacijah električnih orodij. Brušeni motorji zastanejo pri 6-8x tekalnem toku. Brezkrtačni s krmiljenjem FOC bolje obvladuje zastoje, vendar še vedno trde. Baterija opazi to konico, ne glede na to, ali krmilnik motorja glede tega kaj naredi ali ne.

Težave s polnilnikomponavadi subtilni. Polnilnik, zasnovan za paket 4S, priključen na paket 3S. Omejitve napetosti morda še delujejo, vendar je trenutni profil napačen. Ali pa se linija zaznavanja polnilnika prekine in polnilnik samo potiska polni tok, dokler se nekaj ne sproži.

Neujemanje celicv serijskih paketih je zahrbtna. Štiri celice v seriji, tri od njih 3000 mAh, ena od njih dejansko 2700 mAh, ker je šest mesecev ležala v vročem skladišču. Ta šibka celica se najprej popolnoma napolni. Ostali trije vztrajajo. Ta šibka celica se prenapolni, ustvari plin, se segreje in zdaj imate lokalno stanje nadtoka, ki se dogaja znotraj ene same celice, medtem ko je napetost paketa videti v redu.

Takojšnja posledica je vročina. Vzdržen previsoki tok pri nazivni vrednosti 2x bo potisnil večino celic čez 60 stopinj v nekaj minutah. Celica verjetno preživi, toda življenje v ciklu trpi.

Ponavljajoči se dogodki prekomernega toka povzročijo kumulativno škodo. Plast SEI na anodi se zgosti. Notranji upor se poveča. Zmogljivost zbledi. Celica, ki se je začela pri 3000 mAh in 20 mΩ, je lahko po 200 zlorabah 2400 mAh in 35 mΩ. Ob pravilni uporabi bi naredil 800 ciklov.

Hudi pretokovni-pogoji kratkega stika-lahko uničijo celico v nekaj sekundah. Tok je najvišji pri tistem, na kar ga omejuje notranji upor celice. Popolnoma napolnjen visoko-odvod 18650 v trdi kratki stik lahko vidi trenutni tok 200–300 A. Zvari so pogosto prva točka napake. Če jezički zdržijo, se zvitek želeja segreje tako hitro, da sledi odzračevanje v nekaj sekundah.

Videl sem celice, ki so tako močno odzračevale pozitiven pokrovček, ki je bil sprožen po laboratoriju. Zaščitna očala pri preskušanju odziva na kratek stik niso neobvezna.

Overcurrent

Dobra zasnova embalaže uporablja več zaščitnih mehanizmov. Nobena posamezna naprava ne obravnava vseh načinov napake.

PTC-jisedijo v večini cilindričnih celic priznanih proizvajalcev. Sprožijo se glede na temperaturo, ne neposredno na tok. PTC je lahko ocenjen tako, da drži 7 A in sproži pri 15 A, vendar je sprožilni mehanizem termični. Odzivni čas je počasen-od sto milisekund do sekund. PTC-ji vas ne bodo rešili pred trdim kratkim stikom. Prenašajo zmeren previsok tok in dajejo paketu čas, da se ohladi.

Varovalkepihni enkrat in ostani prepihan. Varovalke na nivoju -paketa so dimenzionirane nad običajnim obratovalnim tokom z rezervo za vklop in prehodne pojave. 10-A neprekinjen paket lahko uporablja 15-A hitro varovalko-. Varovalka prekine močan kratki stik hitreje kot PTC, običajno pod 100 ms pri visokih okvarnih tokovih. Vendar tudi trajno ubije trop. Sledijo garancijski zahtevki.

Zaščita ICspremljajte tok skozi senzorski upor. Skupni deli proizvajalcev Seiko, TI in drugih zagotavljajo nadtokovne pragove, ki jih je mogoče programirati prek zunanjih uporov ali jih je mogoče vnesti v kodo. Zakasnitve zaznavanja so običajno 8-24 ms. Zaznavanje kratkega stika je hitrejše, pogosto pod 500 µs. IC poganja zunanje FET-je za odklop paketa.

Vrednost senzorskega upora je pomembna. Zaznavni upor 5 mΩ daje boljšo ločljivost, vendar pade več napetosti in razprši več moči pri visokih tokovih. Upor z 2 mΩ porabi manj energije, vendar potrebuje bolj občutljiv sprednji del. Večina potrošniških paketov uporablja 3-10 mΩ, odvisno od trenutnega razreda.

BMSv večjih pakiranjih dodaja inteligenco. Aktivno omejevanje toka namesto samo izklopa/brez-izklopa. Temperaturno{3}}kompenzirane mejne vrednosti. Beleženje dogodkov za diagnostiko. Dober BMS zmanjša mejne vrednosti nadtoka, ko se temperatura celice dvigne, s čimer ohranja celice v varnem delovnem oknu tudi pri dinamičnih obremenitvah.

CID-jinotranje celice zagotavljajo-skrajno mehansko zaščito. Naprava za prekinitev toka se aktivira ob povečanju notranjega tlaka. Do trenutka, ko CID sproži, je celica že doživela velik stres. Aktivacija CID običajno pomeni, da je celica odpad.

Ocene na podatkovnem listu predvidevajo posebne pogoje. Samsung 30Q z oznako za 15 A neprekinjeno predvideva 25 stopinj okolja in ustrezno hlajenje. To celico vstavite v izolirano ohišje pri 35 stopinjah okolja in 15 A jo bo potisnilo čez varne temperature.

Ocene pulza so videti privlačne, vendar so priložene vrvice. Celica lahko zahteva 30 A za 10 sekund, vendar to predpostavlja, da je celica začela delovati pri 25 stopinjah in ima čas, da se ohladi pred naslednjim impulzom. Nazaj--impulzi brez obnovitvenega časa kopičijo toploto tako kot neprekinjeni tok.

Stopnje polnjenja so pogosto bolj konzervativne kot stopnje praznjenja. Celica, ki prenese 20 A razelektritev, lahko prenese le 4 A naboj. Razlog je tveganje litijeve prevleke. Nekatere novejše celice z anodami,-dopiranimi s silicijem, so še bolj občutljive na hitrost naboja.

Starost celice spremeni vse. Nova celica z notranjim uporom 20 mΩ prenese 20 A bolje kot leto-stara celica pri 30 mΩ. Zaščita paketa bi morala upoštevati--odpornost ob koncu življenjske dobe, ne le novih specifikacij celic.

Vsaka zasnova paketa potrebuje preverjanje nadtoka. Testna oprema je pomembna.

Elektronska bremena morajo potopiti tok hitreje, kot se zaščita odzove. Zaščitni IC z zakasnitvijo zaznavanja 10 ms potrebuje obremenitev, ki doseže ciljni tok v manj kot 1 ms. Počasno povečanje-obremenitve omogoča, da se zaščita sproži predčasno in daje lažno zaupanje.

Trenutna meritev potrebuje pasovno širino. Zaznavni upor 10 mΩ pri 100 A daje signal 1 V. Za zajemanje dejanskega vrha je potrebna pasovna širina vsaj 10 kHz, po možnosti več. Merilne sonde z ustrezno ozemljitvijo se izognejo težavam s hrupom, ki daje podatke o smeti.

Preizkušanje temperature ujame težave pri načrtovanju, ki jih preizkušanje sobne temperature zgreši. Mejne vrednosti zaščitnega IC se spreminjajo s temperaturo. FET Rds(on) se poveča pri visoki temperaturi in doda padec napetosti. Zaznavanje upora TCR je pomembno, ko se upor segreje zaradi prehoda okvarjenega toka. Preizkusite pri -20 stopinjah, najmanj +25 stopinjah in +55 stopinjah.

Testna matrika postane velika. Nadtok polnjenja, nadtok praznjenja, kratek stik. Vsak pri treh temperaturah. Vsak na več ravneh SOC, ker se impedanca celice spreminja glede na stanje napolnjenosti. Za statistično zaupanje pomnožite z velikostjo vzorca. Temeljita validacija izvede na stotine testov.

Overcurrent

UL 2054zajema prenosne baterije za severnoameriške trge. Preskušanje kratkega stika povzroči mrtvi kratki stik za 10 sekund. Embalaža se ne sme vneti ali eksplodirati. Temperatura se spremlja, vendar ni določena nobena posebna omejitev. To je minimalna vrstica.

IEC 62133-2velja mednarodno. Preskušanje zunanjega kratkega stika uporablja manj kot 100 mΩ celotnega upora tokokroga, ki ga vzdržujemo eno uro ali dokler se temperatura ne stabilizira. Strožji od UL 2054 glede trajanja.

ZN 38.3ureja ladijski promet. Test 5 zahteva kratek stik z manj kot 0,1 Ω. Celice ali baterije se ne smejo razstaviti ali zagoreti. To je pomembno, ker neuspeh UN 38.3 pomeni, da vašega izdelka ni mogoče zakonito prevažati.

SAE J2464pokriva aplikacije EV s strožjimi zahtevami. Upornost kratkega stika pade na 5 mΩ, termični/mehanski kriteriji pa so bolj specifični.

Opravljeni testi ne pomenijo, da je zaščitna zasnova dobra. To pomeni, da je zaščitna zasnova primerna za certificiranje. Zloraba-v resničnem svetu lahko preseže testne pogoje.

Premer žice se nenehno povečuje. Premajhna žica dodaja odpornost in ustvarja toploto na povezavah. Žica sama lahko prenese tok, vendar postanejo stisnjene sponke ali spajkalne točke vroče točke. Paketi, vrnjeni zaradi "odpovedi baterije", pogosto kažejo ožgane žične sponke, medtem ko so celice v redu.

Izbira priključka je še ena šibka točka. Konektorji XT60 so ocenjeni za neprekinjeno 60A, menda. Ta ocena predvideva popolno stiskanje in čiste kontakte. V praksi zmanjšana za 30-40 % zaradi zanesljivosti. Anderson Powerpoles imajo podobne premisleke.

Varjenje jezičkov na celicah zahteva pozornost. Dober zvar ima nizko odpornost in mehansko trdnost. Hladen zvar je videti v redu, vendar odpove pod vibracijami ali termičnimi cikli. Zažgan zvar je poškodoval pločevinko in ustvaril šibko mesto. Razporedi varjenja potrebujejo validacijo s preskusom vleke in merjenjem upora.

Toplotno upravljanje je povezano z zmogljivostjo nadtoka. Paket z aktivnim hlajenjem lahko vzdrži višje tokove kot zaprt paket brez pretoka zraka. Nekateri modeli uporabljajo termistorje na celicah, da sprožijo zmanjšanje toka, preden postanejo temperature kritične.

Previsok tok uniči litijeve baterije. Včasih hitro, včasih počasi, a vedno škodljivo. Trenutne omejitve obstajajo zaradi razlogov, povezanih s fiziko in kemijo, ne pa samovoljnega konzervativizma.

Dobra zaščita zahteva več plasti, saj ima vsaka vrsta zaščite slabosti. PTC-ji so počasni. Varovalke so en-strel. IC-ji so odvisni od točnosti zaznavanja. BMS poveča stroške in zaplete. CID pomeni, da je celica že poškodovana.

Testiranje mora odražati dejanske pogoje uporabe in scenarije zlorabe. Opravljanje certifikacijskih testov je potrebno, vendar ne zadostuje.

Izbire zasnove paketa-žica, konektorji, toplota, robovi-odločijo, ali zaščita dejansko ščiti ali samo izgleda dobro na papirju.

Celice, ki jim zaupam, prihajajo od proizvajalcev z dosledno kakovostjo in objavljenimi podatki. Paketi, ki jim zaupam, uporabljajo zaščitna vezja uglednih prodajalcev z ustrezno zasnovo aplikacij. Vse ostalo se obravnava previdno, dokler se ne dokaže nasprotno.