Čo je prepätie?
Minulý utorok mi zavolal integrátor balíkov v Ohiu. Mali 14S LFP balík, ktorý sa vrátil zo solárnej inštalácie s dvoma článkami s napätím 3,91 V. LFP. Pri bežnom používaní by ste nikdy nemali vidieť niečo nad 3,65 V. Články zvonku vyzerali dobre, ale keď sme jeden rozlomili, katódová fólia na okrajoch zhnedla. Klasické poškodenie prebitia.
Ukázalo sa, že používali olovenú-nabíjačku. Zákazník ho vymenil, pretože originál zomrel. Olovená-nabíjačka 48 V vydáva 58,4 V plavák. Na 14S LFP balení, ktoré funguje na 4,17 V na článok. Pre olovenú-kyselinu to nie je problém. Veľký problém pre LFP.
Takéto veci sa stávajú viac, ako si ľudia pripúšťajú.
Prepätie znamená pretlačenie článku za jeho maximálne menovité nabíjacie napätie. Počet závisí od chémie. NMC a NCA sa napájajú na 4,20 V. Niektoré vysokoenergetické varianty NMC sú dimenzované na 4,35 V, ale sú to špeciálne články a musíte vedieť, čo s nimi robíte. LFP chémia má strop 3,65V. LTO je okolo 2,85V. Tieto čísla pochádzajú z údajového listu dodávateľa bunky. Ignorujte ich a budete mať problémy.
Vnútorná degradácia buniek
Čo sa deje vo vnútri článku pri prepätí, nie je zložité. Katódový materiál sa chce vzdať kyslíka, keď z neho vytlačíte príliš veľa lítia. Že kyslík reaguje s elektrolytom. Medzitým sa lítium začne pokovovať na povrchu anódy, pretože grafit nedokáže dostatočne rýchlo absorbovať ióny. Pokovovanie je zlé z dvoch dôvodov. Ide o nevratnú stratu kapacity a vytvára dendrity, ktoré môžu nakoniec bunku vnútorne skratovať.
Mnoho ľudí si myslí, že v špecifikácii 4,20 V je zabudovaná rezerva. Nie je.
Výrobcovia článkov stanovujú tento limit v bode, kde sa degradácia stáva neprijateľnou. Ísť raz na 4,25V je asi v poriadku. Ísť tam každý cyklus zabije bunku v niekoľkých stovkách cyklov namiesto niekoľkých tisíc. Ak prekročíte 4,30 V, nemusíte získať niekoľko stoviek cyklov. Videl som, že články napučiavajú pri 4,35 V po jednom nabití. Závisí od bunky.
Úloha BMS
Toto má zachytiť BMS. Každá bunka v balení dostane svoj vlastný snímací drôt. Čip AFE číta všetky napätia článku a porovnáva ich s prahovou hodnotou. Ak dôjde k prebitiu niektorého článku, nabíjanie sa zastaví. Celkom jednoducho.
Ibaže BMS môže zlyhať. Videl som dosky BMS so studenými spájkovanými spojmi na konektoroch snímacieho vodiča. Jedna bunka prestane hlásiť a firmvér sa namiesto hlásenia chyby nastaví na nulu. Videl som čipy AFE, ktoré sa pri nadmernej teplote pohybujú mimo kalórie. TI BQ76940 je vo všeobecnosti pevný, ale starší BQ76925 mal problémy s vnútorným posunom referencie. Lacnejšie čínske čipy AFE môžu byť všade.
Na rovnováhe záleží viac, ako si ľudia myslia. Balenie s desiatimi článkami v sérii bude mať určitú kapacitu. Jeden článok sa úplne nabije skôr ako ostatné. Ak je vyvažovanie príliš pomalé, vysoký článok sedí na 4,20 V, zatiaľ čo prúd prúdi do bloku. Napätie na tom článku stúpa. Pri pasívnom vyvážení ste obmedzení tým, koľko tepla môžete vypustiť cez odvzdušňovacie odpory. Väčšina návrhov beží 50 mA až 100 mA vyrovnávacieho prúdu. Ak sa vaše bunky nezhodujú o viac ako niekoľko percent, nemusí to stačiť.
Aktívne vyvažovanie presúva náboj z vysokých článkov na nízke namiesto toho, aby ho spálil. Drahšie. Zložitejšie. Má zmysel pre veľké balenia, kde sa plytvanie energiou sčítava, alebo pre aplikácie, kde nemôžete tolerovať žiadne rozšírenie kapacity.
Dizajn nabíjačky je druhou polovicou rovnice. Spínací menič s nedbalou spätnoväzbovou reguláciou pri nízkej záťaži prekmitne. Meral som nabíjačky, ktoré vydávajú 42,5 V, keď súprava na konci nabíjania odoberá menej ako 100 mA. Tento extra polvolt distribuovaný medzi desať článkov je 50 mV každý. Nie je to katastrofa, ale pridáva sa to k ostatným toleranciám.
Dôležitá je aj teplotná kompenzácia v nabíjačke. Lítiové články by sa mali za tepla nabíjať na nižšie napätie. Niektoré nabíjačky upravujú žiadanú hodnotu CV na základe termistora. Väčšina lacných nie. Balík, ktorý sedí na slnku pri 45 °C a nabíja sa na normálnych 4,20 V na článok, sa skutočne prebíja.
Dve ochranné vrstvy sú lepšie ako jedna. BMS sleduje napätie článkov. Sekundárny ochranný IC môže sledovať napätie balenia a prerušiť FET, ak sa niečo pokazí. Pre Ohio pack, ktorý začal celú túto diskusiu, ani jeden neexistoval. Mali hlúpy BMS, ktorý iba vyrovnával. Žiadna ochrana. Zákazník predpokladal, že to zvládne nabíjačka. Zlý predpoklad.
Kontrolný zoznam dizajnu
Ak navrhujete balíčky, kontrolný zoznam je dosť krátky.
- Použite BMS so skutočnou{0}}úrovňou OVP na úrovni buniek.
- Nastavte prah s určitou rezervou, možno 4,18 V pre NMC.
- Uistite sa, že vyvažovanie môže držať krok s rozšírením vašich buniek.
- Kvalifikujte nabíjačku v rámci jej prevádzkovej obálky nielen pri izbovej teplote na stole.
- Pridajte cestu sekundárnej ochrany, ak to aplikácia oprávňuje.
Balík Ohio je prestavaný so správnym BMS a nabíjačkou špecifikovanou pre LFP. Drahá lekcia. Mohlo to byť horšie. Nikto sa nezranil a nič nezačalo horieť. Nie vždy sa tieto príbehy končia.
