Co je bezpečnostní ochrana baterie?

Dovolte mi být upřímný předem: většina požárů baterií, které jsme v tomto odvětví viděli, nebyla záhadná. Byli předvídatelní. Někdo přeskočil ochrannou vrstvu, aby ušetřil 50 USD, nebo manažer nákupu vybral nejlevnější BMS na Alibabě, nebo-a to se stává víc, než byste si mysleli-operátor vysokozdvižného vozíku nechal věc nabíjet přes noc v kůlně s nulovou ventilací v létě.

Bezpečnostní ochrana baterie není nějaký abstraktní technický koncept. Je to soubor možností hardwaru, softwaru a designu, díky kterým se vaše baterie v hodnotě 15 000 USD nepromění v pojistnou událost v hodnotě 150 000 USD. Nebo ještě hůř.

Již více než deset let vyrábíme balíčky LiFePO4 pro manipulaci s materiálem a průmyslová vozidla. Tento článek obsahuje v podstatě vše, co jsme si přáli, aby nám někdo řekl, když jsme začínali,-a několik drahých lekcí, které jsme se naučili tvrdě.

Prizmatické buňky průmyslové kvality vyžadují robustní monitorovací systémy.

Proč LiFePO4 a proč stále potřebuje ochranu

Od zákazníků neustále dostáváme otázku: "Myslel jsem, že fosforečnan lithný je bezpečná chemie. Proč potřebuji všechny ty ochranné věci?"

Spravedlivý bod. LiFePO4 je skutečně bezpečnější než NCM nebo NCA. Krystalová struktura olivínu neuvolňuje kyslík, když se zahřeje, což znamená, že nebude přiživovat svůj vlastní oheň tak, jak to umí ternární chemie. Provedli jsme testy penetrace nehtem na buňkách od pěti různých dodavatelů-Články LiFePO4 obvykle narazí na 150 stupňů a jen tam sedí a kouří. NCM buňky ve stejném testu? Viděli jsme 600 stupňů + a skutečné plameny.

Ale „bezpečnější“ neznamená „bezpečné“. V roce 2021 jsme měli zákazníka -logistickou společnost v Guangdongu{10}}, který si myslel, že LiFePO4 znamená, že nepotřebují monitorování teploty. Ušetřeno možná 800 RMB za balíček. Pak přišel srpen, teplota ve skladu dosáhla 45 stupňů, nabíjecí systém neměl žádné tepelné snížení a skončili se třemi nafouknutými balíčky a jedním, který se skutečně odvětrával. Nikdo se naštěstí nezranil. Ale nyní jsou našimi nejnadšenějšími zákazníky pro plnohodnotné BMS.

Věci, které ve skutečnosti způsobují požáry

Poté, co jsme viděli desítky chyb v terénu (našich i konkurentů), tady je to, co se ve skutečnosti pokazilo:

Při nabíjení dochází k 70 % problémů.Nevybíjí se, nenabíjí se-z úložiště. Konkrétně:

• Nabíjení pod 0 stupňů bez ochrany proti nízké teplotě. Lithiové desky na anodu místo toho, aby správně interkalovaly. Nevidíš, že se to děje. O šest měsíců později, vnitřní zkrat, tepelný únik. Měli jsme zákazníka v Harbinu, který se to naučil drahým způsobem.
• Přebíjení, protože měření napětí BMS se pohybovalo a nikdo si toho nevšiml. Články dimenzované na 3,65 V jsou při každém cyklu stlačeny na 3,8 V. Funguje dobře tři měsíce, pak jednoho dne ne.
• Chyba komunikace nabíječky-BMS. Nabíječka si myslí, že baterie je na 50 % SOC, baterie je ve skutečnosti na 95 %. Plný proud do téměř-plného balení. Špatné časy.

Buněčná nerovnováha, kterou nikdo nesleduje.V 16S balení, pokud má jeden článek o 50 mAh nižší kapacitu než ostatní, dosáhne 100% SOC dříve, než to udělá balení. Pokračujte v jízdě bez vyvažování, tento článek se pokaždé přebije. Viděli jsme, že se vracely balíčky se zárukou, kde jeden článek byl na 3,9 V, zatímco zbytek seděl na 3,5 V. To je oheň, který čeká, až se stane.

Mechanické poškození, které ohrožuje separátor.Vysokozdvižné vozíky narážejí do věcí. To je prostě realita. Pokud náraz poškodí články interně-i když vnější kontrola vypadá dobře-, můžete mít opožděné vnitřní zkraty. To je důvod, proč pro vysokozdvižné vozíky specifikujeme ocelové pláště, nikoli hliníkové. Ano, je těžší. Ano, stojí to za to.

Aktivní ochrana: Zabránění spuštění problémů

Průmysl to rozděluje na „aktivní“ a „pasivní“ ochranu. Aktivní znamená předcházet špatným věcem. Pasivní znamená kontrolu škod, když k nim přesto dojde.

Začněte se samotnými buňkami

Zní to samozřejmě, ale: kupte si dobré buňky. V průběhu let jsme testovali články od asi 20 různých dodavatelů. Šíření kvality je skutečně šokující. Stejné nominální specifikace, zcela odlišné chování při testování zneužití.

Co hledat, pokud hodnotítedodavatel průmyslových lithiových baterií:

• Požádejte o videa z testu penetrace nehtů. Nikoli datové listy-aktuální videa. Dobré buňky kouří a syčí. Špatné buňky proudí plamenem.
• Zkontrolujte specifikace oddělovače. Ceramic-potažené separátory mnohem lépe zvládají tepelné namáhání. V roce 2019 jsme přešli na keramiku-potaženou výhradně v roce 2019 poté, co špatná šarže konvenčních separátorů způsobila tři výpadky v poli během jednoho čtvrtletí.
• Důležité jsou přísady elektrolytů. Přísady zpomalující hoření, přísady na ochranu proti přebití-toto není marketing, je to rozdíl mezi článkem, který selže elegantně, a článkem, který selže násilně.

Strávili jsme dva roky kvalifikací našeho současného dodavatele buněk. Navštívil továrnu čtyřikrát. Sledoval jejich proces kontroly kvality. Je to nudná práce, ale proto v noci spíme.

BMS je mozkem baterie, monitoruje napětí, proud a teplotu.

BMS: mozek, který udržuje vše při životě

Buďme skuteční-BMS může být cokoli, od jednočipového-řešení za 15 USD až po vícedeskový systém za 500 USD-s redundancí. Dostanete to, za co zaplatíte.

Levné problémy s BMS, které jsme viděli:

• Přesnost měření napětí ±30mV. Na článku se 100 mV mezi "plným" a "nebezpečně přebitým" to nestačí.
• Žádné vyvažování buněk nebo pouze pasivní vyvažování. Pasivní vyvažování při 50 mA trvá doslova týdny, než se vyřeší významná nerovnováha.
• Jeden-bod-neúspěchu-návrhů. Jeden MOSFET zemře, celé balení je nechráněné.
• Žádné teplotní senzory nebo jeden senzor pro celé balení. Teplotní gradienty uvnitř 20kWh balení mohou snadno dosáhnout 15 stupňů. Jeden senzor vám nic neřekne.

Co dělá správný BMS:

• Monitoruje napětí každého článku samostatně. Ne na úrovni modulu-, na úrovni buňky-.
• Aktivní vyvažování při smysluplných proudech (na našich balíčcích provozujeme 1A+)
• Více teplotních senzorů se záznamem polohy
• Snímání proudu dostatečně přesné, aby bylo možné skutečně počítat coulombů
• Komunikace s nabíječkou pro koordinovanou ochranu
• Hardwarová záloha se odpojí nezávisle na hlavním procesoru

Rozdíl v nákladech mezi BMS na odpadky a řádným může být 200-300 $ na balení vysokozdvižného vozíku. Balíček stojí 8 $,000+. Vysokozdvižný vozík stojí 30 $,000+. Sklad, ve kterém stojí, stojí... vidíte, kam to vede.

Když nás zákazníci žádají o radu při výběru avýrobce lithiových baterií, říkáme jim: zeptejte se na BMS. Požádejte o zobrazení schématu. Pokud vám to neukážou, odejděte.

Řízení nabíjení: kde skutečně začíná většina požárů

Už jsme to zmínili, ale stojí za to to zopakovat. Nabíjení je nebezpečné.

Správná ochrana nabíjení vypadá takto:

Nabíjení s kompenzací teploty-.Pod 0 stupňů? Nenabíjejte nebo nenabíjejte drasticky sníženým proudem. Nad 45 stupňů? Stejná dohoda. Toto není volitelné. Naše standardní baterie nepřijmou ani nabíjení pod -10 stupňů – BMS jednoduše odmítne sepnout stykač nabíjení.

Vedlejší poznámka: nechali jsme obchodníky, aby zákazníkům slíbili „možnost nabíjení -20 stupňů“ a poté musí technici vysvětlit, proč se tak neděje. Lithium pokovování je lithiové pokovování. Fyzika se nestará o váš prodejní cíl.

Ukončení-napětí s marží.Pokud jsou články dimenzovány na max. 3,65 V, skončíme na 3,60 V. Ano, ztratíte možná 2-3% využitelné kapacity. Taky nevybouchneš. Dobrý kompromis.

Pasivní ochrana: Když se věci stejně pokazí

Podívej, dokážeme vybudovat nejlepší ochranné systémy na světě a věci stejně občas selžou. Nákladní auto přejede vaši baterii. Povodeň vyřadí elektroniku. Někdo ignoruje každé varování a vynutí nabití při -30 stupních, protože dodávka musí zhasnout.

Pasivní ochrana je o omezení poškození, když aktivní ochrana selže.

Tepelné bariéry

Mezi články, mezi moduly a kolem vnějšku balení. Cílem není zastavit tepelný útěk,-jakmile to začne, jde to. Cílem je zpomalit šíření, abyste měli čas reagovat.

Na vnitřní stěny používáme kombinaci desek z keramických vláken mezi modulové a aerogelové přikrývky. Není levná. Ale když jedna buňka odejde, sousední buňky mají navíc 30-60 sekund, než dosáhnou kritické teploty. To je často dost času na to, aby se aktivovaly systémy potlačení nebo aby se sada bezpečně odpojila a odvzdušnila.

Pro každého, kdo získává zdroje od aPoskytovatel řešení baterií LiFePO4, zeptejte se na specifikace tepelné bariéry. Pokud vám nemohou sdělit tepelnou vodivost a odolnost proti vznícení jejich bariérových materiálů, je to červená vlajka.

Hašení požáru

Pro instalace s vysokou{0}}hodnotou chcete vyhrazené potlačení. Standardní hasicí přístroje na lithiové baterie nefungují dobře-oheň je vnitřní, poháněný samovolně se zahřívajícími-reakcemi, které voda nemůže zastavit.

Pracovali jsme s potlačovacími systémy, které používají látky na bázi perfluorhexanonu-. Chladí články a přitom chemicky zasahují do spalování. Není to dokonalé, ale dramaticky lepší než pokusit se rozprášit CO2 při vnitřní chemické reakci.

Skutečné řeči: potlačení je poslední možnost. Pokud se váš systém potlačení aktivuje, vaše baterie je již zničená. V tom okamžiku jen omezujete vedlejší škody. Je lepší to nikdy nepotřebovat.

Design skříně

Kryt musí udělat několik věcí:

• Zachyťte případné ventilační plyny a nasměrujte je mimo dosah lidí
• Přežijte mechanické zneužívání (balíky vysokozdvižného vozíku padnou, narazí, narazí do věcí)
• Udržujte IP hodnocení i po nárazech
• Umožněte odvod tepla během normálního provozu a zároveň zadržujte teplo během tepelných událostí

Pro všechny naše aplikace vysokozdvižných vozíků specifikujeme ocelové skříně s nasměrovanými ventilačními cestami. Na odvětrávací cestě záleží-nechcete, aby přehřátý plyn směřoval na obsluhu nebo na hořlavé materiály.

Diagnostika závad: Záchyt problémů, než se stanou požáry

Toto je část, která odděluje seriózní bateriové systémy od levných.

Monitorování v reálném čase- zachytí bezprostřední nebezpečí-pokles napětí během vybíjení znamená, že je něco zkratováno; Nárůst teploty během nabíjení znamená, že něco není v pořádku. Ty potřebují okamžitou ochrannou reakci.

Ale cennou věcí je analýza trendů. Buňka, která je trvale o 5 stupňů teplejší než její sousedé, má pravděpodobně zvýšený vnitřní odpor. Dnes to není nebezpečné. Bude to za šest měsíců. Dobrý BMS zaznamenává tato data, označí trend a umožní vám jej řešit během plánované údržby namísto během požáru skladu.

Provádíme měsíční stahování dat o všech balíčcích{0}}nasazených ve flotile. Nejméně tucetkrát jsme zachytili vývoj poruch, které by se staly selháním v poli, kdyby byly ignorovány. Jedno balení ukázalo, že jeden článek unášel 20 mV vysoko po dobu tří měsíců. Vytáhli to, zkontrolovali, zjistili ranou-degradaci separátoru fáze. Modul vyměněn, balíček stále běží v pořádku o dva roky později.

Pokud mluvíte s potenciálemOEM partner lithiové baterie, zeptejte se na jejich diagnostické možnosti. Požádejte o zobrazení vzorových zpráv o údajích o vozovém parku. Pokud vám nemohou ukázat analýzu trendů a data prediktivní údržby, jejich BMS pravděpodobně provádí pouze základní monitorování prahových hodnot,-což je naprosté minimum.

Standardy a co vlastně znamenají

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 – tyto certifikace uvidíte všude. Zde je nepříjemná pravda: splnění těchto norem znamená, že vaše baterie splňuje minimální požadavky. Neznamená to, že je to dobré.

Testovali jsme konkurenční balíčky, které měly všechny certifikace, a přesto neprošly základními testy zneužití, které provozujeme-ve vlastní firmě. Standardy jsou podlaha, ne strop.

To znamená, že pokud vám dodavatel nemůže ukázat tyto certifikáty, utečte. Jsou to sázky na stůl. Jen nepředpokládejte, že certifikace se rovná kvalitě.

Naše interní testování jde nad rámec standardních požadavků. Nižší teplotní limity. Zneužívání vyššího proudu. Prodloužené tepelné cyklování. Chceme vědět, jak naše smečky selhávají, nejen to, že projdou specifickým testem.

Pro zákazníky, kteří potřebují vlastní konfigurace-neobvyklé napětí, specifické tvarové faktory, integraci s proprietárními systémy-pracující szakázkový výrobce lithiových bateriíkdo dělá tento druh rozšířeného testování, stojí za to. Certifikace vám sdělí, že balíček splňuje kód. Rozšířené testování vám řekne, jak bude skutečně fungovat ve vaší aplikaci.

Co vlastně doporučujeme

Co byste po tom všem měli vlastně dělat, když specifikujete baterie pro průmyslové aplikace?

Upřímně řečeno, toto odvětví se za posledních pět let výrazně zlepšilo. Když jsme začínali, polovina balení na trhu byly v podstatě časované bomby. Nyní většina seriózních dodavatelů buduje přiměřeně bezpečné systémy. Ale „přiměřeně bezpečné“ stále ponechává prostor pro druh-snižování nákladů, který způsobuje požáry. Vaším úkolem je zjistit, kteří dodavatelé skutečně dělají práci, a kteří z nich pouze zaškrtávají políčka.

Bezpečnost baterie není sexy. Nedělá to dobrý marketing. Nikdo si nikdy nekoupil vysokozdvižný vozík, protože baterie měla velký tepelný odpor proti šíření.

Ale mýlíte se a na všem ostatním dost rychle přestane záležet. Svou pověst jsme vybudovali na balíčcích, které prostě fungují rok co rok v podmínkách, které by zabily levnější systémy. To je to, co byste měli hledat u každého dodavatele, kterého hodnotíte.

Otázky? S konkrétními aplikacemi si vždy rádi promluvíme. Od toho jsme tady.