מהו מתח יתר?
קיבלתי טלפון מאינטגרטור חבילות באוהיו ביום שלישי שעבר. הייתה להם חבילת 14S LFP שחזרה מהתקנה סולארית עם שני תאים שקוראים 3.91V. LFP. לעולם לא אמור לראות משהו מעל 3.65V בשימוש רגיל. התאים נראו בסדר מבחוץ, אבל כשפתחנו אחד, הרדיד הקתודי הפך לחום בקצוות. נזקי טעינת יתר קלאסיים.
מסתבר שהם השתמשו במטען חומצת עופרת-. הלקוח החליף אותו כי המקור מת. מטען עופרת-חומצה 48V מוציא מצוף של 58.4V. על חבילת 14S LFP שעובדת על 4.17V לתא. אין בעיה לחומצה{10}}עופרת. בעיה גדולה עבור LFP.
דברים כאלה קורים יותר ממה שאנשים מודים.
מתח יתר פירושו דחיפת תא מעבר למתח הטעינה המרבי שלו. המספר תלוי בכימיה. NMC ו-NCA מתקדמים ב-4.20V. כמה גרסאות NMC בעלות-אנרגיה גבוהה מדורגים ל-4.35V, אבל אלה הם תאים מיוחדים ואתה צריך לדעת מה אתה עושה איתם. לכימיה של LFP יש תקרה של 3.65V. LTO הוא סביב 2.85V. המספרים הללו מגיעים מגיליון הנתונים של ספק הסלולר. תתעלם מהם ויהיו לך בעיות.
פירוק תאים פנימי
מה שקורה בתוך התא במתח יתר אינו מסובך. חומר הקתודה רוצה לוותר על חמצן כאשר אתה מכריח יותר מדי ליתיום לצאת ממנו. החמצן הזה מגיב עם האלקטרוליט. בינתיים מתכת ליתיום מתחילה לצוף על פני האנודה מכיוון שהגרפיט לא יכול לספוג יונים מהר מספיק. הציפוי גרוע משתי סיבות. זהו אובדן קיבולת בלתי הפיך והוא יוצר דנדריטים שיכולים בסופו של דבר לקצר את התא באופן פנימי.
הרבה אנשים חושבים שיש מרווח מובנה במפרט 4.20V. אֵין.
יצרני תאים קובעים את הגבול הזה בנקודה שבה השפלה הופכת לבלתי מקובלת. מעבר ל-4.25V פעם אחת זה כנראה בסדר. ללכת לשם כל מחזור יהרוג את התא בכמה מאות מחזורים במקום בכמה אלפים. מעבר ל-4.30V ואולי לא תקבל כמה מאות מחזורים. ראיתי תאים מתנפחים ב-4.35V לאחר טעינה בודדת. תלוי בתא.
תפקיד ה-BMS
ה-BMS אמור לתפוס את זה. כל תא בחפיסה מקבל חוט חישה משלו. שבב AFE קורא את כל מתחי התא ומשווה מול סף. אם תא כלשהו עובר, הטעינה נעצרת. די פשוט.
אלא שה-BMS יכול להיכשל. ראיתי לוחות BMS עם חיבורי הלחמה קרה על מחברי חוטי החישה. תא אחד מפסיק לדווח והקושחה כברירת מחדל לאפס במקום לסמן תקלה. ראיתי שבבי AFE שנסחפים מחוץ לקל מעל הטמפרטורה. ה-BQ76940 של TI הוא בדרך כלל מוצק, אבל ל-BQ76925 הישן היו בעיות עם הסטת הפניות הפנימית. שבבי AFE סיניים זולים יותר יכולים להיות בכל מקום.
האיזון חשוב יותר ממה שאנשים חושבים. חבילה עם עשרה תאים בסדרה תהיה בעלת פיזור מסוים בקיבולת. תא אחד פוגע בטעינה מלאה לפני האחרים. אם האיזון איטי מדי, התא הגבוה יושב על 4.20V בעוד הזרם ממשיך לזרום לתוך החבילה. המתח בתא הזה מתגנב. עם איזון פסיבי אתה מוגבל על ידי כמה חום אתה יכול להפיל דרך נגדי הדימום. רוב העיצובים מריצים זרם איזון של 50mA עד 100mA. אם התאים שלך אינם תואמים ביותר מאחוזים בודדים, ייתכן שזה לא מספיק.
איזון אקטיבי מעביר מטען מתאי גבוה לתאים נמוכים במקום לשרוף אותו. יותר יקר. מורכב יותר. הגיוני עבור חבילות גדולות שבהן האנרגיה המבוזבזת מצטברת או עבור יישומים שבהם אינך יכול לסבול התפשטות קיבולת כלשהי.
עיצוב המטען הוא החצי השני של המשוואה. ממיר מיתוג עם ויסות משוב מרושל יחרוג בעומס קל. מדדתי מטענים שמוציאים 42.5V כאשר החבילה שואבת פחות מ-100mA לקראת סוף הטעינה. חצי וולט נוסף המפוזר על פני עשרה תאים הוא 50mV כל אחד. לא אסון אבל זה מסתדר עם הסובלנות האחרות.
גם פיצוי הטמפרטורה במטען משנה. תאי ליתיום צריכים להיטען למתח נמוך יותר כאשר הם חמים. מטענים מסוימים מכוונים את נקודת ה-CV על סמך תרמיסטור. רוב הזולים לא. חבילה שיושבת בשמש ב-45C ונטענת ל-4.20V הרגילה לתא, נטענת למעשה יתר על המידה.
שתי שכבות הגנה עדיפות על אחת. ה-BMS צופה במתחי התא. IC הגנה משני יכול לצפות במתח החבילה ולחתוך FET אם משהו משתבש. עבור חבילת אוהיו שהתחילה את כל הדיון הזה, אף אחת מהן לא הייתה קיימת. היה להם BMS מטומטם שעשה רק איזון. אין הגנה. הלקוח הניח שהמטען יטפל בזה. הנחה גרועה.
רשימת רשימת עיצוב
אם אתם מעצבים חבילות, רשימת התיוג די קצרה.
- השתמש ב-BMS עם OVP ברמת-תא אמיתי.
- הגדר את הסף עם מרווח מסוים, אולי 4.18V עבור NMC.
- ודא שהאיזון יכול לעמוד בקצב התפשטות התא שלך.
- תקן את המטען על פני מעטפת ההפעלה שלו לא רק בטמפ' החדר על הספסל.
- הוסף נתיב הגנה משני אם היישום מצדיק זאת.
חבילת אוהיו נבנית מחדש עם BMS תקין ומפרט מטען עבור LFP. שיעור יקר. יכול היה להיות יותר גרוע. איש לא נפגע ושום דבר לא עלה באש. לא תמיד מסתיימים הסיפורים האלה.
