Co je přepětí?
Minulé úterý mi volal integrátor balíčků v Ohiu. Měli sadu 14S LFP, která se vrátila ze solární instalace se dvěma články s napětím 3,91 V. LFP. Při běžném používání by nikdy nemělo být vidět nic nad 3,65 V. Články vypadaly zvenčí dobře, ale když jsme jeden rozbili, katodová fólie na okrajích zhnědla. Klasické poškození přebití.
Ukázalo se, že používali olověnou nabíječku-kyselin. Zákazník jej vyměnil, protože originál zemřel. Olověná-kyselina 48V nabíječka vydává 58,4V plovák. Na 14S LFP packu, který pracuje na 4,17 V na článek. U olova{10}}není problém. Velký problém pro LFP.
Takové věci se dějí víc, než si lidé připouštějí.
Přepětí znamená vytlačení článku za jeho maximální jmenovité nabíjecí napětí. Počet závisí na chemii. NMC a NCA dodávají napětí 4,20 V. Některé vysokoenergetické -varianty NMC jsou dimenzovány na 4,35 V, ale to jsou speciální články a musíte vědět, co s nimi děláte. Chemie LFP má strop 3,65V. LTO je kolem 2,85V. Tato čísla pocházejí z datového listu dodavatele buňky. Ignorujte je a budete mít problémy.
Vnitřní buněčná degradace
Co se děje uvnitř článku při přepětí, není složité. Katodový materiál se chce vzdát kyslíku, když z něj vytlačíte příliš mnoho lithia. Ten kyslík reaguje s elektrolytem. Mezitím lithiový kov začíná pokovovat povrch anody, protože grafit nemůže dostatečně rychle absorbovat ionty. Pokovení je špatné ze dvou důvodů. Je to nevratná ztráta kapacity a vytváří dendrity, které mohou nakonec uvnitř buňky zkratovat.
Mnoho lidí si myslí, že ve specifikaci 4,20V je zabudovaná marže. Není.
Výrobci článků nastavují tento limit v bodě, kdy se degradace stává nepřijatelnou. Jednou přejít na 4,25V je pravděpodobně v pořádku. Jít tam každý cyklus zabije buňku v několika stovkách cyklů namísto několika tisíc. Pokud překročíte 4,30 V, nemusíte mít několik set cyklů. Viděl jsem nabobtnání článků při 4,35V po jediném nabití. Záleží na buňce.
Role BMS
BMS to má zachytit. Každá buňka ve smečce dostane svůj vlastní snímací drát. Čip AFE čte všechna napětí článku a porovnává je s prahovou hodnotou. Pokud dojde k přebití některého článku, nabíjení se zastaví. Docela jednoduché.
Až na to, že BMS může selhat. Viděl jsem desky BMS se studenými pájenými spoji na konektorech snímacího drátu. Jedna buňka přestane hlásit a firmware se místo hlášení chyby nastaví na nulu. Viděl jsem čipy AFE, které se při přehřátí vzdalují. TI BQ76940 je obecně pevný, ale starší BQ76925 měl problémy s vnitřním posunem reference. Levnější čínské čipy AFE mohou být všude.
Na vyvážení záleží víc, než si lidé myslí. Balení s deseti články v sérii bude mít určitou kapacitu. Jeden článek se plně nabije dříve než ostatní. Pokud je vyvažování příliš pomalé, vysoký článek sedí na 4,20 V, zatímco proud teče do bloku. Napětí na tom článku se plíživě zvyšuje. S pasivním vyvažováním jste omezeni množstvím tepla, které můžete vypustit přes spouštěcí odpory. Většina návrhů má balanční proud 50 mA až 100 mA. Pokud se vaše buňky neshodují o více než několik procent, nemusí to stačit.
Aktivní vyvažování přesouvá náboj z vysokých článků na nízké, místo aby jej spálil. Dražší. Složitější. Má smysl pro velká balení, kde se plýtvání energií sčítá, nebo pro aplikace, kde nemůžete tolerovat žádné rozšíření kapacity.
Konstrukce nabíječky je druhou polovinou rovnice. Spínací měnič s nedbalou zpětnovazební regulací překmitne při malé zátěži. Změřil jsem nabíječky, které vydávají 42,5 V, když sada odebírá méně než 100 mA na konci nabíjení. Ten extra půlvolt distribuovaný mezi deset článků je 50 mV každý. Není to katastrofa, ale sčítá se to s ostatními tolerancemi.
Důležitá je také teplotní kompenzace v nabíječce. Lithiové články by se měly za tepla nabíjet na nižší napětí. Některé nabíječky upravují žádanou hodnotu CV na základě termistoru. Většina levných ne. Sada, která leží na slunci při teplotě 45 °C a nabíjí se na normálních 4,20 V na článek, se fakticky přebíjí.
Dvě ochranné vrstvy jsou lepší než jedna. BMS sleduje napětí článků. Sekundární ochranný IC může sledovat napětí baterie a přerušit FET, pokud se něco pokazí. Pro smečku z Ohia, která celou tuto diskusi zahájila, ani jedno neexistovalo. Měli hloupý BMS, který pouze vyvažoval. Žádná ochrana. Zákazník předpokládal, že to zvládne nabíječka. Špatný předpoklad.
Kontrolní seznam návrhu
Pokud navrhujete balíčky, kontrolní seznam je velmi krátký.
- Používejte BMS s OVP na skutečné úrovni buněk-.
- Nastavte práh s určitou rezervou, možná 4,18 V pro NMC.
- Ujistěte se, že vyvažování může držet krok s šířením vašich buněk.
- Kvalifikujte nabíječku přes její provozní obálku nejen při pokojové teplotě na pracovním stole.
- Přidejte sekundární cestu ochrany, pokud to aplikace odůvodňuje.
Ohio pack je přestavěn se správným BMS a nabíječkou spec'd pro LFP. Drahá lekce. Mohlo to být horší. Nikdo se nezranil a nic nezačalo hořet. Ne vždy tyto příběhy končí.
