Kas ir pārstrāva?

Pārstrāva nozīmē, ka akumulatoram tiek lūgts piegādāt vai pieņemt lielāku strāvu, nekā tas ir paredzēts. Tik vienkārši. Šūna uzsilst, ķīmija kļūst saspringta, un lietas iet uz sāniem, ja neviens neiejaucas.

Es pastāvīgi redzu šo problēmu lauka atdevēs. Pakas atgriežas ar apdegušām pēdām, izkusušām cilnēm, šūnām, kas izskatās labi no ārpuses, bet iekšēji ir mirušas. Deviņas reizes no desmit kāds izvilka pārāk lielu strāvu vai arī neizdevās aizsardzība.

Litija šūnām ir stingri ierobežojumi. Šūna, kas paredzēta 10A nepārtrauktai strāvai, istabas temperatūrā panes 10A visu dienu. Nospiediet to līdz 15A, un iekšējā temperatūra paaugstinās. Nospiediet to uz 30A, un jums ir dažas sekundes, pirms kaut kas padodas.

Siltuma veidošanās litija šūnā seko I²R. Iekšējā pretestība tipiskajam 18650 ir aptuveni 15-30 mΩ atkarībā no šūnas un tās vecuma. Ievadiet skaitļus 25 mΩ šūnā.

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

Tiem 40W nav kur iet iekšā tērauda bundžā. Šūnu temperatūra paaugstinās. Elektrolīts sāk sadalīties ap 80 grādiem. Virs 130 grādiem atdalītājs var neizdoties. Pēc tam termiskā bēgšana kļūst par reālu iespēju.

Uzlādes pārstrāva notiek pēc tās pašas fizikas, bet ar papildu problēmu. Litija pārklājums. Nospiediet pārāk augstu uzlādes strāvu un litija metāla nogulsnes uz anoda virsmas tā vietā, lai pareizi interkalētos. Šis pārklājums ir pastāvīgs jaudas zudums. Tas arī rada dendrīta veidošanās risku.

Overcurrent

Ārējie šortinotiek vairāk, nekā ražotāji vēlas atzīt. Vaļīga skrūve korpusā. Bojāta stieple berzē pret rāmi. Ūdens iekļūšana, radot vadošu ceļu. Es strādāju pie atsaukšanas, kur iepakojuma savienotājam bija konstrukcijas trūkums, kas ievietošanas laikā ļāva pozitīvajai tapai saskarties ar korpusa zemi. Tūkstošiem paku izgāja ārā, pirms kāds to noķēra.

Slodzes defektipastāvīgi parādās elektroinstrumentu lietojumos. Matēti motori apstājas pie 6-8x darba strāvas. Brushless ar FOC vadības rokturiem labāk apstājas, bet joprojām ir smagi. Akumulators redz šo smaili neatkarīgi no tā, vai motora kontrolieris kaut ko dara, vai ne.

Problēmas ar lādētājumēdz būt smalks. Lādētājs, kas paredzēts 4S komplektam, kas pievienots 3S komplektam. Sprieguma ierobežojumi joprojām var darboties, taču pašreizējais profils ir nepareizs. Vai arī pārtrūkst lādētāja sensora līnija, un lādētājs vienkārši nospiež pilnu strāvu, līdz kaut kas nostrādā.

Šūnu neatbilstībasērijveida iepakojumos ir mānīgs. Četras virknes šūnas, trīs no tām 3000 mAh, viena no tām faktiski 2700 mAh, jo tā sešus mēnešus stāvēja karstā noliktavā. Šī vājā šūna vispirms pilnībā uzlādējas. Pārējie trīs turpina spiest. Šī vājā šūna tiek pārlādēta, ģenerē gāzi, uzsilst, un tagad jums ir lokāls pārstrāvas stāvoklis, kas notiek vienā šūnā, kamēr paketes spriegums izskatās labi.

Tūlītējās sekas ir karstums. Ilgstoša pārstrāva ar 2x nominālo vērtību dažu minūšu laikā vairumam šūnu pārsniegs 60 grādus. Šūna, iespējams, izdzīvo, bet cikla dzīve piedzīvo triecienu.

Atkārtoti pārsprieguma notikumi rada kumulatīvus bojājumus. SEI slānis uz anoda sabiezē. Iekšējā pretestība paaugstinās. Jauda zūd. Šūna, kas sākās ar 3000mAh un 20mΩ, pēc 200 ļaunprātīgiem cikliem varētu būt 2400mAh un 35mΩ. Pareizi lietojot, tas būtu veicis 800 ciklus.

Smagas pārstrāvas-īssavienojuma apstākļi-var pārtraukt šūnu dažu sekunžu laikā. Strāvas maksimums ir neatkarīgi no šūnas iekšējās pretestības ierobežojuma. Pilnībā uzlādēts liels-noplūde 18650 cietā īssavienojumā var redzēt 200–300 A momentāno strāvu. Mīlītes metināšanas šuves bieži ir pirmais bojājuma punkts. Ja cilpas turas, želejas rullis uzsilst tik ātri, ka dažu sekunžu laikā notiek atgaisošana.

Esmu redzējis šūnas, kas tik spēcīgi izvadīja pozitīvo vāciņu, kas tika palaists pāri laboratorijai. Pārbaudot īssavienojuma reakciju, aizsargbrilles nav obligātas.

Overcurrent

Labs iepakojuma dizains izmanto vairākus aizsardzības mehānismus. Neviena ierīce neapstrādā katru atteices režīmu.

PTCsēdēt lielākajā daļā cienījamu ražotāju cilindrisko šūnu. Tie izslēdzas, pamatojoties uz temperatūru, nevis tieši strāvu. PTC var noturēt 7A un izslēgt 15A, taču izslēgšanas mehānisms ir termisks. Reakcijas laiks ir lēns,{5}}no simtiem milisekundēm līdz sekundēm. PTC neglābs jūs no smagas īssavienojuma. Tie iztur mērenu pārstrāvu un dod iepakojumam laiku atdzist.

Drošinātājiuzpūš vienu reizi un paliek pūsts. Pack-līmeņa drošinātāju izmēri pārsniedz parasto darba strāvu ar rezervi ieslēgšanai un pārejām. Nepārtrauktam 10 A blokam var tikt izmantots 15 A ātrs{5}}drošinātājs. Drošinātājs dzēš īssavienojumu ātrāk nekā PTC, parasti zem 100 ms pie lielas bojājuma strāvas. Bet tas arī nogalina iepakojumu neatgriezeniski. Tālāk seko garantijas prasības.

Aizsardzības ICuzraudzīt strāvu caur sensoru rezistoru. Kopējās Seiko, TI un citu daļas nodrošina pārstrāvas sliekšņus, kas programmējami ar ārējiem rezistoriem vai iekšēji kodēti. Noteikšanas aizkave parasti ilgst 8–24 ms. Īssavienojuma noteikšana ir ātrāka, bieži vien zem 500 µs. IC vada ārējos FET, lai atvienotu pakotni.

Sajūtu rezistora vērtībai ir nozīme. 5 mΩ sensora rezistors nodrošina labāku izšķirtspēju, bet pazemina vairāk sprieguma un izkliedē vairāk jaudas pie lielām strāvām. 2mΩ rezistors patērē mazāk enerģijas, bet tam ir nepieciešams jutīgāks priekšējais gals. Lielākā daļa patērētāju iepakojumu izmanto 3-10 mΩ atkarībā no pašreizējās klases.

BMSlielākos iepakojumos papildina inteliģenci. Aktīva strāvas ierobežošana, nevis tikai ceļojums/bez -ceļojuma. Temperatūras-kompensētie sliekšņi. Notikumu reģistrēšana diagnostikai. Laba BMS samazina pārstrāvas ierobežojumus, paaugstinoties elementu temperatūrai, saglabājot šūnas drošā darbības logā pat dinamiskas slodzes apstākļos.

KIDšūnās nodrošina pēdējo{0}}resora mehānisko aizsardzību. Pašreizējā pārtraukuma ierīce aktivizējas, palielinoties iekšējam spiedienam. Līdz brīdim, kad CID nokļūst, šūna jau ir piedzīvojusi ievērojamu stresu. CID aktivizēšana parasti nozīmē, ka šūna ir lūžņos.

Datu lapu vērtējumi paredz īpašus nosacījumus. Samsung 30Q, kas paredzēts 15A nepārtrauktai strāvai, nodrošina 25 grādu apkārtējo temperatūru un atbilstošu dzesēšanu. Ievietojiet šo elementu izolētā korpusā 35 grādu apkārtējā temperatūrā, un 15 A to pārsniegs drošai temperatūrai.

Pulsa reitingi izskatās pievilcīgi, taču tiem ir pievienotas virknes. Šūna var pieprasīt 30 A 10 sekundes, taču tiek pieņemts, ka šūna sāka darboties 25 grādos un tai ir laiks atdzist pirms nākamā impulsa. Atpakaļ-pret-impulsi bez atjaunošanās laika uzkrāj siltumu tāpat kā nepārtraukta strāva.

Uzlādes likmes bieži ir konservatīvākas nekā izlādes likmes. Šūna, kas apstrādā 20A izlādi, var izturēt tikai 4A uzlādi. Iemesls ir litija pārklājuma risks. Dažas jaunākas šūnas ar silīcija{5}}leģētiem anodiem ir vēl jutīgākas pret uzlādes ātrumu.

Šūnu vecums maina visu. Jauna šūna ar 20 mΩ iekšējo pretestību iztur 20 A labāk nekā gadu veca šūna ar 30 mΩ. Iepakojuma aizsardzībai ir jāņem vērā izturība pret -darba beigām-, nevis tikai jauno šūnu specifikācijas.

Katram iepakojuma dizainam ir nepieciešama pārslodzes validācija. Pārbaudes aprīkojumam ir nozīme.

Elektroniskām slodzēm ir jānogremdē strāva ātrāk, nekā reaģē aizsardzība. Aizsardzības IC ar 10 ms noteikšanas aizkavi nepieciešama slodze, kas sasniedz mērķa strāvu mazāk nekā 1 ms laikā. Lēna slodzes palielināšana{4}}ļauj aizsardzībai agri atslēgties un rada nepatiesu pārliecību.

Pašreizējam mērījumam ir nepieciešams joslas platums. 10mΩ sensora rezistors pie 100A dod 1V signālu. Lai uzņemtu faktisko maksimumu, ir nepieciešams vismaz 10 kHz joslas platums, vēlams vairāk. Tēmas zondes ar atbilstošu zemējumu novērš trokšņa problēmas, kas sniedz atkritumu datus.

Temperatūras testēšana novērš dizaina problēmas, kuras istabas temperatūras testēšanā netiek novērstas. Aizsardzības IC sliekšņi mainās atkarībā no temperatūras. FET Rds(on) palielinās augstā temperatūrā, pievienojot sprieguma kritumu. Sense rezistors TCR ir svarīgs, kad rezistors uzsilst no bojājuma strāvas. Pārbaude pie -20 grādiem , +25 grādiem un +55 grādiem.

Testa matrica kļūst liela. Uzlādes pārstrāva, izlādes pārstrāva, īssavienojums. Katrs trīs temperatūrās. Katrs vairākos SOC līmeņos, jo šūnu pretestība mainās atkarībā no uzlādes stāvokļa. Lai iegūtu statistisko ticamību, reiziniet ar izlases lielumu. Rūpīga validācija veic simtiem testu.

Overcurrent

UL 2054attiecas uz pārnēsājamiem akumulatoru blokiem Ziemeļamerikas tirgiem. Īssavienojuma testēšana uz 10 sekundēm izmanto īsslēgumu. Iepakojums nedrīkst aizdegties vai eksplodēt. Temperatūra tiek uzraudzīta, bet netiek izsaukts īpašs ierobežojums. Šī ir minimālā josla.

IEC 62133-2attiecas starptautiski. Ārējā īssavienojuma pārbaude izmanto mazāk nekā 100 mΩ kopējo ķēdes pretestību, kas tiek turēta vienu stundu vai līdz temperatūra stabilizējas. Stingrāka par UL 2054 ilgumu.

ANO 38.3regulē kuģošanu. 5. pārbaudei nepieciešams īssavienojums, kas mazāks par 0,1 Ω. Šūnas vai baterijas nedrīkst izjaukt vai aizdegties. Tas ir svarīgi, jo neatbilstība ANO 38.3 nozīmē, ka jūsu izstrādājumu nevar likumīgi transportēt.

SAE J2464attiecas uz EV lietojumiem ar stingrākām prasībām. Īssavienojuma pretestība samazinās līdz 5 mΩ, un termiskie/mehāniskie kritēriji ir specifiskāki.

Šo testu nokārtošana nenozīmē, ka aizsardzības dizains ir labs. Tas nozīmē, ka aizsardzības dizains ir piemērots sertifikācijai. Ļaunprātīga izmantošana-reālā pasaulē var pārsniegt pārbaudes nosacījumus.

Vada mērītājs pastāvīgi parādās. Neliela izmēra stieple palielina pretestību un rada siltumu pie savienojumiem. Pats vads var izturēt strāvu, bet saspiestie spailes vai lodēšanas savienojumi kļūst par karstajiem punktiem. Akumulatora atteices dēļ atdotajās pakotnēs bieži vien ir sadeguši vadu spailes, kamēr šūnas ir kārtībā.

Savienotāja izvēle ir vēl viens vājais punkts. Domājams, ka XT60 savienotāji ir paredzēti 60A nepārtrauktai strāvai. Šis vērtējums paredz ideālus gofrējumus un tīrus kontaktus. Praksē uzticamības dēļ samazināts par 30-40%. Andersonam Powerpolesam ir līdzīgi apsvērumi.

Cilņu metināšanai uz šūnām jāpievērš uzmanība. Labam metinājumam ir zema pretestība un mehāniskā izturība. Aukstā metināšana izskatās labi, bet neizdodas vibrācijas vai termiskās cikla laikā. Sadegusi metināšana sabojāja kannu un izveido vāju vietu. Metināšanas grafiki ir jāapstiprina ar vilkšanas testu un pretestības mērīšanu.

Siltuma vadība ir saistīta ar pārstrāvas spēju. Komplekts ar aktīvo dzesēšanu var uzturēt lielāku strāvu nekā noslēgts iepakojums bez gaisa plūsmas. Dažos dizainos uz elementiem tiek izmantoti termistori, lai aktivizētu strāvas samazināšanu, pirms temperatūra kļūst kritiska.

Pārstrāva nogalina litija baterijas. Dažreiz ātri, dažreiz lēni, bet vienmēr kaitīgi. Pašreizējie ierobežojumi pastāv ar fiziku un ķīmiju saistītu iemeslu dēļ, nevis patvaļīgu konservatīvismu.

Labai aizsardzībai ir nepieciešami vairāki slāņi, jo katram aizsardzības veidam ir trūkumi. PTC ir lēni. Drošinātāji ir viens-izsitiens. IC ir atkarīgi no sajūtu precizitātes. BMS palielina izmaksas un sarežģītību. CID nozīmē, ka šūna jau ir bojāta.

Testēšanai ir jāatspoguļo faktiskie lietošanas apstākļi un ļaunprātīgas izmantošanas scenāriji. Sertifikācijas testu nokārtošana ir nepieciešama, bet ar to nepietiek.

Iepakojuma dizaina izvēles-vads, savienotāji, termoelementi, malas-nosaka, vai aizsardzība patiešām aizsargā vai vienkārši izskatās labi uz papīra.

Šūnas, kurām es uzticos, nāk no ražotājiem ar nemainīgu kvalitāti un publicētiem datiem. Pakas, kurām es uzticos, izmanto aizsardzības shēmas no cienījamiem pārdevējiem ar atbilstošu lietojumprogrammu dizainu. Viss pārējais tiek apstrādāts piesardzīgi, līdz tiek pierādīts pretējais.