Kaj je prenapetost?
Prejšnji torek me je poklical integrator paketov iz Ohia. Imeli so paket 14S LFP, ki se je vrnil iz solarne namestitve z dvema celicama, ki odčitavata 3,91 V. LFP. Pri normalni uporabi nikoli ne bi smel videti ničesar nad 3,65 V. Celice so bile od zunaj videti v redu, ko pa smo eno odprli, je katodna folija na robovih postala rjava. Klasična škoda zaradi preobremenitve.
Izkazalo se je, da so uporabljali polnilnik s svinčeno{0}}kislino. Stranka ga je zamenjala, ker je original umrl. Polnilnik s svinčeno-kislino 48 V oddaja lebdečo napetost 58,4 V. Na paketu 14S LFP, ki deluje do 4,17 V na celico. Ni problem za svinčeno{10}}kislino. Velik problem za LFP.
Takšne stvari se zgodijo več, kot si ljudje priznajo.
Prenapetost pomeni potiskanje celice čez njeno največjo nazivno polnilno napetost. Število je odvisno od kemije. NMC in NCA dosežeta vrh pri 4,20 V. Nekatere visoko{4}}različice NMC so ocenjene na 4,35 V, vendar so to posebne celice in morate vedeti, kaj počnete z njimi. LFP kemija ima zgornjo mejo 3,65 V. LTO je okoli 2,85 V. Te številke izvirajo iz podatkovnega lista prodajalca celic. Ignorirajte jih in imeli boste težave.
Notranja razgradnja celic
Kaj se dogaja znotraj celice pri prenapetosti, ni zapleteno. Katodni material se želi odpovedati kisiku, ko iz njega iztisnete preveč litija. Kisik reagira z elektrolitom. Medtem se kovinski litij začne nanašati na površino anode, ker grafit ne more dovolj hitro absorbirati ionov. Prevleka je slaba iz dveh razlogov. Gre za nepopravljivo izgubo zmogljivosti in ustvarja dendrite, ki lahko sčasoma skrajšajo celico v notranjosti.
Veliko ljudi misli, da je rezerva vgrajena v specifikacijo 4,20 V. Ni ga.
Proizvajalci celic to mejo postavijo na točko, kjer degradacija postane nesprejemljiva. Enkratni prehod na 4,25 V je verjetno v redu. Če greste tja vsak cikel, boste celico ubili v nekaj sto ciklih namesto v nekaj tisočih. Če presežete 4,30 V, morda ne boste dosegli nekaj sto ciklov. Videl sem, da celice nabreknejo pri 4,35 V po enem polnjenju. Odvisno od celice.
Vloga BMS
BMS naj bi to ujel. Vsaka celica v paketu dobi svojo čutno žico. Čip AFE bere vse napetosti celice in jih primerja s pragom. Če katera koli celica preseže, se polnjenje ustavi. Precej preprosto.
Razen BMS lahko odpove. Videl sem BMS plošče s hladnimi spajkanimi spoji na konektorjih senzorske žice. Ena celica preneha poročati in vdelana programska oprema se privzeto nastavi na nič, namesto da bi označila napako. Videl sem čipe AFE, ki so zaradi temperature odstopali od cal. TI-jev BQ76940 je na splošno soliden, vendar je imel starejši BQ76925 težave z notranjim referenčnim premikom. Cenejši kitajski AFE čipi so lahko povsod.
Ravnovesje je pomembnejše, kot si ljudje mislijo. Paket z desetimi celicami v serijah bo imel nekoliko razpršeno zmogljivost. Ena celica se popolnoma napolni pred drugimi. Če je uravnoteženje prepočasno, visoka celica ostane pri 4,20 V, medtem ko tok še naprej teče v paket. Napetost na tej celici raste. Pri pasivnem uravnoteženju ste omejeni s količino toplote, ki jo lahko oddate skozi odzračevalne upore. Večina modelov deluje z uravnoteženim tokom od 50 mA do 100 mA. Če se vaše celice ne ujemajo za več kot nekaj odstotkov, to morda ne bo dovolj.
Aktivno uravnoteženje premakne naboj iz visokih celic v nizke celice, namesto da bi ga izgorelo. Dražje. Bolj zapleteno. Smiselno je za velika pakiranja, kjer se potrata energije sešteva, ali za aplikacije, kjer ne morete tolerirati širjenja zmogljivosti.
Zasnova polnilnika je druga polovica enačbe. Preklopni pretvornik s površno regulacijo povratnih informacij bo preskočil pri majhni obremenitvi. Izmeril sem polnilnike, ki oddajajo 42,5 V, ko paket porabi manj kot 100 mA blizu konca polnjenja. Tega dodatnega pol volta, porazdeljenega po desetih celicah, je vsaka 50 mV. Ni katastrofa, vendar se prišteje k drugim tolerancam.
Pomembna je tudi temperaturna kompenzacija v polnilniku. Litijeve celice naj se vroče polnijo na nižjo napetost. Nekateri polnilniki prilagodijo nastavljeno vrednost CV na podlagi termistorja. Večina poceni ne. Paket, ki sedi na soncu pri 45 C in se polni na običajnih 4,20 V na celico, je dejansko prenapolnjen.
Dve zaščitni plasti sta boljši od ene. BMS spremlja napetost celice. Sekundarni zaščitni IC lahko spremlja napetost paketa in prekine FET, če gre kaj narobe. Za trop iz Ohia, ki je začel celotno to razpravo, ne obstaja ne eno ne drugo. Imeli so neumnega BMS, ki je samo balansiral. Brez zaščite. Stranka je predvidevala, da bo polnilnik to prenesel. Slaba predpostavka.
Kontrolni seznam oblikovanja
Če oblikujete pakete, je kontrolni seznam precej kratek.
- Uporabite BMS s pravim OVP-na ravni celice.
- Nastavite prag z nekaj rezerve, morda 4,18 V za NMC.
- Prepričajte se, da bo uravnoteženje sledilo vaši celici.
- Polnilnik kvalificirajte v njegovem delovnem območju, ne le pri sobni temperaturi na delovni mizi.
- Dodajte sekundarno zaščitno pot, če aplikacija to upravičuje.
Paket Ohio se obnavlja z ustreznim BMS in polnilnikom, prilagojenim za LFP. Draga lekcija. Lahko bi bilo slabše. Nihče ni bil poškodovan in nič ni zagorelo. Te zgodbe se ne končajo vedno tako.
