מהי הגנת בטיחות סוללה?

תן לי להיות כנה מראש: רוב שריפות הסוללה שראינו בתעשייה הזו לא היו מסתוריות. הם היו צפויים. מישהו דילג על שכבת הגנה כדי לחסוך $50, או שמנהל רכש בחר את ה-BMS הזול ביותר ב-Alibaba, או-וזה קורה יותר ממה שהייתם חושבים-מפעיל מלגזה השאיר את הדבר נטען בן לילה בסככה עם אוורור אפס במהלך הקיץ.

הגנת בטיחות סוללה אינה מושג הנדסי מופשט. זהו האוסף של אפשרויות חומרה, תוכנה ועיצוב שמונעים מאבילת הסוללה שלך ב-15,000 דולר להפוך לתביעת ביטוח של 150,000 דולר. או יותר גרוע.

אנו בונים חבילות LiFePO4 עבור טיפול בחומרים וכלי רכב תעשייתיים כבר למעלה מעשור. המאמר הזה הוא בעצם כל מה שהיינו רוצים שמישהו היה אומר לנו כשהתחלנו-בנוסף כמה שיעורים יקרים שלמדנו בדרך הקשה.

תאים פריזמטיים בדרגה תעשייתית דורשים מערכות ניטור חזקות.

מדוע LiFePO4 ומדוע הוא עדיין זקוק להגנה

הנה שאלה שאנו מקבלים מלקוחות ללא הרף: "חשבתי שפוספט ליתיום ברזל הוא הכימיה הבטוחה. למה אני צריך את כל חומרי ההגנה האלה?"

נקודה הוגנת. LiFePO4 הוא באמת בטוח יותר מ-NCM או NCA. מבנה גבישי האוליבין אינו משחרר חמצן כשהוא מתחמם, מה שאומר שהוא לא ידליק את האש של עצמו כמו שכימיה משולשת יכולה. עשינו בדיקות חדירת ציפורניים בתאים מחמישה ספקים שונים-תאי LiFePO4 בדרך כלל פוגעים ב-150 מעלות ופשוט יושבים שם ומעשנים. תאי NCM באותה בדיקה? ראינו 600 מעלות + ולהבות בפועל.

אבל "בטוח יותר" אין פירושו "בטוח". היה לנו לקוח בשנת 2021-חברת לוגיסטיקה בגואנגדונג{10}}שחשבה ש-LiFePO4 אומר שהם לא צריכים ניטור טמפרטורה. חסך אולי 800 RMB לחבילה. ואז הגיע אוגוסט, המחסן הגיע ל-45 מעלות סביבה, למערכת הטעינה לא הייתה הורדה תרמית, והן בסופו של דבר עם שלוש חבילות נפוחות ואחת שהלכה למעשה. אף אחד לא נפגע, למרבה המזל. אבל עכשיו הם הלקוחות הכי נלהבים שלנו עבור BMS מלא.

החומר שבעצם גורם לשריפות

אחרי שראיתי עשרות כשלים בשטח (שלנו ושל המתחרים), הנה מה שבעצם משתבש:

הטעינה היא המקום שבו קורות 70% מהבעיות.לא פריקה, לא טעינת אחסון{{0}. ספציפית:

• טעינה מתחת ל-0 מעלות ללא הגנת-טמפ' נמוכה. לוחות ליתיום על האנודה במקום להשתלב כראוי. אתה לא יכול לראות את זה קורה. שישה חודשים מאוחר יותר, קצר חשמלי פנימי, בריחה תרמית. היה לנו לקוח בחרבין למד את זה בדרך היקרה.
• טעינת יתר מכיוון שמדידת מתח BMS נסחפה ואף אחד לא שם לב. תאים המדורגים ל-3.65V נדחפים ל-3.8V בכל מחזור. עובד בסדר במשך שלושה חודשים, ואז יום אחד זה לא.
• מטען-כשל בתקשורת BMS. המטען חושב שהסוללה עומדת על 50% SOC, הסוללה היא למעשה 95%. זרם מלא לתוך חבילה כמעט- מלאה. זמנים רעים.

חוסר איזון בתאים שאף אחד לא עוקב אחריו.בחבילה של 16S, אם תא אחד בקיבולת נמוכה ב-50mAh מהאחרים, הוא יגיע ל-100% SOC לפני שהחבילה תגיע. המשיכו לרכוב על אופניים ללא איזון, התא הזה נטען מדי פעם. ראינו חבילות חוזרות לאחריות שבהן תא אחד עמד על 3.9V ואילו השאר ישבו על 3.5V. זו שריפה שמחכה לקרות.

נזק מכני הפוגע במפריד.מלגזות מתנגשות בדברים. זו רק המציאות. אם הפגיעה פוגעת בתאים פנימיים-גם אם בדיקה חיצונית נראית בסדר-אתה יכול לקבל קצרים פנימיים מושהים. זו הסיבה שאנו מפרטים מארזי פלדה ליישומי מלגזה, לא אלומיניום. כן, זה כבד יותר. כן, זה שווה את זה.

הגנה אקטיבית: מניעת התחלה של בעיות

התעשייה מחלקת זאת להגנה "אקטיבית" ו"פאסיבית". פעיל פירושו למנוע דברים רעים לקרות. פסיבי פירושו בקרת נזקים כשהם מתרחשים בכל מקרה.

התחל עם התאים עצמם

נשמע מובן מאליו, אבל: קנה תאים טובים. בדקנו תאים של אולי 20 ספקים שונים במהלך השנים. ההתפשטות באיכות מזעזעת באמת. אותו מפרט נומינלי, התנהגות שונה לחלוטין בבדיקות התעללות.

מה לחפש אם אתה מעריך אספק סוללות ליתיום תעשייתיות:

• בקשו סרטוני בדיקת חדירת ציפורניים. לא גליונות נתונים-סרטוני וידאו בפועל. תאים טובים מעשנים ושורשים. תאים רעים סילון להבה.
• בדוק את מפרט המפריד. מפרידים מצופים-קרמיים מטפלים בלחץ תרמי בצורה טובה יותר. עברנו לציפוי-קרמי באופן בלעדי בשנת 2019 לאחר שכמות גרועה של מפרידים קונבנציונליים גרמה לשלושה כשלים בשטח ברבעון אחד.
• תוספי אלקטרוליט חשובים. תוספים מעכבי בעירה, תוספים להגנה מפני טעינת יתר-הדבר הזה לא שיווקי, זה ההבדל בין תא שנכשל בחן לבין תא שנכשל באלימות.

בילינו שנתיים בהכשרת ספק הסלולר הנוכחי שלנו. ביקר במפעל ארבע פעמים. צפה בתהליך ה-QC שלהם. זו עבודה משעממת אבל בגלל זה אנחנו ישנים בלילה.

ה-BMS הוא המוח של הסוללה, המנטר מתח, זרם וטמפרטורה.

BMS: המוח שמחזיק הכל בחיים

בואו נהיה אמיתיים-BMS יכול להיות כל דבר, החל מפתרון-שבב בודד של $15 ועד למערכת מרובה-$500 עם יתירות. אתה מקבל מה שאתה משלם עבורו.

בעיות BMS זולות שראינו:

• דיוק מדידת מתח של ±30mV. בתא עם 100mV בין "מלא" ל"טעון יתר על המידה", זה לא מספיק טוב.
• אין איזון תאים, או איזון פסיבי בלבד. איזון פסיבי ב-50mA לוקח ממש שבועות כדי לתקן חוסר איזון משמעותי.
• עיצובים-נקודתיים-של-כשל אחד. MOSFET אחד מת, כל החבילה אינה מוגנת.
• אין חיישני טמפרטורה, או חיישן אחד לכל החבילה. שיפועים תרמיים בתוך חבילה של 20kWh יכולים להגיע בקלות ל-15 מעלות. חיישן אחד לא אומר לך כלום.

מה BMS תקין עושה:

• מנטר כל מתח תא בנפרד. לא רמת-מודול, רמת תא-.
• איזון פעיל בזרמים משמעותיים (אנחנו מפעילים 1A+ על החבילות שלנו)
• חיישני טמפרטורה מרובים עם רישום מיקום
• חישת זרם מדויקת מספיק כדי לבצע ספירת קולומב אמיתית
• תקשורת עם מטען להגנה מתואמת
• גיבוי החומרה מתנתק ללא תלות במעבד הראשי

ההבדל בעלויות בין BMS אשפה לתקן תקין עשוי להיות 200-300 דולר על חבילת מלגזה. החבילה עולה $8,000+. המלגזה עולה $30,000+. המחסן שבו היא יושבת שווה... אתה רואה לאן זה הולך.

כאשר לקוחות מבקשים מאיתנו ייעוץ בבחירת איצרן סוללות ליתיום, אנחנו אומרים להם: תשאלו על ה-BMS. בקשו לראות את הסכימה. אם הם לא מראים לך, לך.

בקרת טעינה: המקום בו מתחילות רוב השריפות

הזכרנו את זה כבר אבל כדאי לחזור על זה. טעינה מסוכנת.

כך נראית הגנת טעינה נכונה:

טעינה-מתומכת בטמפרטורה.מתחת ל-0 מעלות? אל תטען, או טען בזרם מופחת באופן דרסטי. מעל 45 מעלות? אותה עסקה. זה לא אופציונלי. החבילות הסטנדרטיות שלנו אפילו לא יקבלו טעינה מתחת ל--10 מעלות - ה-BMS פשוט מסרב לסגור את מגע הטעינה.

הערה צדדית: היו לנו אנשי מכירות שהבטיחו ללקוחות "יכולת טעינה של 20 מעלות" ואז ההנדסה צריכה להסביר למה זה לא קורה. ציפוי ליתיום הוא ציפוי ליתיום. לפיזיקה לא אכפת מיעד המכירות שלך.

סיום מבוסס-מתח עם שוליים.אם תאים מדורגים ל-3.65V מקסימום, אנו מסתיימים ב-3.60V. כן, אתה מאבד אולי 2-3% קיבולת שמישה. אתה גם לא מתפוצץ. פשרה טובה.

הגנה פסיבית: כשדברים משתבשים בכל מקרה

תראה, אנחנו יכולים לבנות את מערכות ההגנה הטובות בעולם ודברים עדיין ייכשלו מדי פעם. משאית נוסעת על ערכת הסוללות שלך. מבול מקצר את האלקטרוניקה. מישהו מתעלם מכל אזהרה וכופה טעינה ב-30 מעלות כי המשלוח צריך לצאת.

הגנה פסיבית עוסקת בהגבלת נזקים כאשר ההגנה הפעילה נכשלת.

מחסומים תרמיים

בין תאים, בין מודולים, ומסביב לחלק החיצוני של החבילה. המטרה היא לא לעצור את הבריחה התרמית-ברגע שזה מתחיל, זה הולך. המטרה היא להאט את ההתפשטות כדי שיהיה לך זמן להגיב.

אנו משתמשים בשילוב של יריעות סיבים קרמיים בין שמיכות מודול ו-airgel על הקירות הפנימיים. לא זול. אבל כאשר תא אחד הולך, לתאים הסמוכים יש 30-60 שניות נוספות לפני שהם מגיעים לטמפרטורה קריטית. לעתים קרובות זה מספיק זמן להפעלת מערכות דיכוי או שהחבילה תתנתק ותפרק בבטחה.

לכל מי שמוצא מאספק פתרונות סוללות LiFePO4, שאל על מפרט מחסום תרמי. אם הם לא יכולים להגיד לך את המוליכות התרמית ועמידות ההצתה של חומרי המחסום שלהם, זה דגל אדום.

כיבוי אש

עבור התקנות-בעלות ערך גבוה, אתה רוצה דיכוי ייעודי. מטפים סטנדרטיים אינם פועלים היטב על סוללות ליתיום-האש היא פנימית, מונעת על ידי תגובות חימום עצמיות-שהמים לא יכולים לעצור.

עבדנו עם מערכות דיכוי שמשתמשות בחומרים מבוססי פרפלואורוהקסנון-. הם מקררים את התאים תוך הפרעה כימית לבעירה. לא מושלם, אבל עדיף באופן דרמטי מאשר לנסות לרסס CO2 בתגובה כימית פנימית.

אבל דיבור אמיתי: דיכוי הוא מוצא אחרון. אם מערכת הדיכוי שלך מופעלת, הסוללה שלך כבר הרוסה. אתה רק מגביל את הנזק הנלווה באותו שלב. עדיף לעולם לא להזדקק לזה.

עיצוב מארז

המתחם צריך לעשות מספר דברים:

• הכיל את כל גזי האוורור והפנה אותם הרחק מאנשים
• לשרוד התעללות מכנית (חבילות מלגזות נופלות, נפגעות, נתקלות בדברים)
• שמור על דירוג IP גם לאחר השפעות
• אפשר פיזור חום במהלך פעולה רגילה תוך הכיל חום במהלך אירועים תרמיים

אנו מפרטים מארזי פלדה עם שבילי אוורור מכוונים עבור כל יישומי המלגזה שלנו. נתיב האוורור חשוב-אינך רוצה שגז מחומם מופנה למפעיל או לחומרים דליקים.

אבחון תקלות: לתפוס בעיות לפני שהן הופכות לשריפות

זה החלק שמפריד בין מערכות סוללות רציניות לזולות.

ניטור-בזמן אמת תופס סכנות מיידיות-נפילת מתח במהלך פריקה פירושה שמשהו מתקצר; עליית טמפרטורה במהלך הטעינה אומרת שמשהו לא בסדר. אלה זקוקים לתגובת הגנה מיידית.

אבל החומר החשוב הוא ניתוח מגמות. לתא שחם באופן עקבי ב-5 מעלות משכניו כנראה יש התנגדות פנימית מוגברת. זה לא מסוכן היום. זה יהיה בעוד שישה חודשים. BMS טוב רושם נתונים אלה, מסמן את המגמה ומאפשר לך לטפל בה במהלך תחזוקה מתוזמנת במקום בזמן שריפה במחסן.

אנו מבצעים משיכות נתונים חודשיות על כל החבילות הפרוסות-של הצי שלנו. תפסנו תקלות מפתחות לפחות תריסר פעמים שהיו הופכות לכשלים בשטח אם היו מתעלמים. חבילה אחת הראתה תא בודד שנסחף בגובה של 20mV במשך שלושה חודשים. משך אותו, בדק, גילה השפלה- מוקדמת של המפריד. החליף את המודול, החבילה עדיין פועלת בסדר שנתיים לאחר מכן.

אם אתה מדבר עם פוטנציאלשותף OEM של סוללת ליתיום, שאלו על יכולות האבחון שלהם. בקש לראות דוחות נתונים לדוגמה של צי. אם הם לא יכולים להראות לך ניתוח מגמות ונתוני תחזוקה חזויים, ה-BMS שלהם כנראה רק עושה ניטור סף בסיסי-שזה המינימום המינימלי.

תקנים ומשמעותם בפועל

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 - תראה את האישורים האלה בכל מקום. הנה האמת הלא נוחה: עמידה בתקנים אלה פירושה שהסוללה שלך עומדת בדרישות המינימום. זה לא אומר שזה טוב.

בדקנו חבילות מתחרים שהיו להן את כל ההסמכות ועדיין נכשלנו במבחני שימוש לרעה בסיסיים שאנו מריצים-בבית. תקנים הם רצפה, לא תקרה.

עם זאת, אם ספק לא יכול להראות לך את האישורים האלה, ברח. הם הימורים בשולחן. רק אל תניח שהסמכה שווה איכות.

הבדיקות הפנימיות שלנו חורגות מהדרישות הסטנדרטיות. גבולות טמפרטורה נמוכים יותר. התעללות נוכחית גבוהה יותר. רכיבה תרמית מורחבת. אנחנו רוצים לדעת איך החבילות שלנו נכשלות, לא רק שהן עוברות מבחן ספציפי.

ללקוחות שזקוקים לתצורות מותאמות אישית-מתחים חריגים, גורמי צורה ספציפיים, אינטגרציה עם מערכות קנייניות-עובדות עםיצרן סוללות ליתיום בהתאמה אישיתמי שעושה סוג כזה של בדיקות מורחבות שווה את הפרמיה. ההסמכה אומרת לך שהחבילה עומדת בקוד. הבדיקה המורחבת מספרת לך כיצד היא תפעל בפועל ביישום שלך.

מה אנחנו באמת ממליצים

אחרי כל זה, מה בעצם עליך לעשות אם אתה מציין סוללות ליישומים תעשייתיים?

בכנות, התעשייה הזו השתפרה בהרבה בחמש השנים האחרונות. כשהתחלנו, חצי מהחבילות בשוק היו בעצם פצצות זמן. כעת רוב הספקים הרציניים בונים מערכות בטוחות למדי. אבל "בטוח באופן סביר" עדיין משאיר מקום לסוג של קיצוץ- בעלויות שגורם לשריפות. התפקיד שלך הוא להבין אילו ספקים באמת עושים את העבודה לעומת אילו מהם רק מסמנים תיבות.

בטיחות הסוללה אינה סקסית. זה לא עושה שיווק טוב. אף אחד מעולם לא קנה מלגזה כי לסוללה הייתה התנגדות התפשטות תרמית מצוינת.

אבל תטעה וכל השאר יפסיק להיות משנה די מהר. בנינו את המוניטין שלנו על חבילות שפשוט עובדות, שנה אחר שנה, בתנאים שיהרגו מערכות זולות יותר. זה מה שאתה צריך לחפש בכל ספק שאתה מעריך.

שאלות? אנחנו תמיד שמחים לדבר על יישומים ספציפיים. בשביל זה אנחנו כאן.