Ano ang Overvoltage?
Nakatanggap ng tawag mula sa isang pack integrator sa Ohio noong nakaraang Martes. Mayroon silang 14S LFP pack na nagmula sa solar install na may dalawang cell na nagbabasa ng 3.91V. LFP. Hindi dapat makakita ng anumang bagay na mas mataas sa 3.65V sa normal na paggamit. Ang mga cell ay mukhang maayos mula sa labas ngunit nang mabuksan namin ang isang buksan ang cathode foil ay naging kayumanggi sa mga gilid. Classic overcharge pinsala.
Lumalabas na gumagamit sila ng lead-acid charger. Pinalitan ito ng customer dahil namatay ang orihinal. Ang lead-acid 48V charger ay naglalabas ng 58.4V float. Sa isang 14S LFP pack na gumagana hanggang 4.17V bawat cell. Hindi problema para sa lead-acid. Malaking problema para sa LFP.
Ang ganitong uri ng bagay ay nangyayari nang higit pa sa inaamin ng mga tao.
Ang ibig sabihin ng sobrang boltahe ay pagtulak sa isang cell na lumampas sa pinakamataas na rate ng boltahe ng singil nito. Ang bilang ay depende sa kimika. NMC at NCA top out sa 4.20V. Ang ilang mga high-na variant ng NMC ay na-rate sa 4.35V ngunit ang mga iyon ay mga espesyalidad na cell at kailangan mong malaman kung ano ang iyong ginagawa sa kanila. Ang kimika ng LFP ay may 3.65V na kisame. Ang LTO ay nasa paligid ng 2.85V. Ang mga numerong ito ay nagmula sa datasheet ng cell vendor. Huwag pansinin ang mga ito at magkakaroon ka ng mga problema.
Panloob na pagkasira ng cell
Ang nangyayari sa loob ng cell sa overvoltage ay hindi kumplikado. Nais ng materyal na cathode na magbigay ng oxygen kapag pinilit mo ang labis na lithium mula dito. Ang oxygen na iyon ay tumutugon sa electrolyte. Samantala, ang lithium metal ay nagsisimulang maglagay sa ibabaw ng anode dahil ang grapayt ay hindi maaaring sumipsip ng mga ion nang sapat na mabilis. Masama ang plating sa dalawang dahilan. Ito ay hindi maibabalik na pagkawala ng kapasidad at lumilikha ito ng mga dendrite na sa kalaunan ay maaaring maikli ang cell sa loob.
Maraming tao ang nag-iisip na mayroong margin na binuo sa 4.20V spec. wala po.
Itinakda ng mga tagagawa ng cell ang limitasyong iyon sa punto kung saan nagiging hindi katanggap-tanggap ang pagkasira. Ang pagpunta sa 4.25V isang beses ay malamang na mainam. Ang pagpunta doon bawat cycle ay papatayin ang cell sa ilang daang cycle sa halip na ilang libo. Pupunta sa itaas ng 4.30V at maaaring hindi ka makakuha ng ilang daang cycle. Nakita ko ang paglaki ng mga cell sa 4.35V pagkatapos ng isang pagsingil. Depende sa cell.
Ang Papel ng BMS
Ang BMS ay dapat na mahuli ito. Ang bawat cell sa pack ay nakakakuha ng sarili nitong sense wire. Ang AFE chip ay nagbabasa ng lahat ng mga boltahe ng cell at naghahambing laban sa isang threshold. Kung lumampas ang anumang cell, hihinto ang pag-charge. medyo simple.
Maliban ang BMS ay maaaring mabigo. Nakakita ako ng mga BMS board na may malamig na solder joint sa mga sense wire connectors. Ang isang cell ay huminto sa pag-uulat at ang firmware ay nagde-default sa zero sa halip na mag-flag ng isang fault. Nakakita ako ng mga AFE chips na umaanod sa cal sa temperatura. Ang BQ76940 ng TI ay karaniwang solid ngunit ang mas lumang BQ76925 ay nagkaroon ng mga isyu sa panloob na paglilipat ng sanggunian. Ang mas murang Chinese AFE chip ay maaaring nasa lahat ng dako.
Ang pagbabalanse ay mas mahalaga kaysa sa iniisip ng mga tao. Ang isang pack na may sampung mga cell sa serye ay magkakaroon ng ilang pagkalat sa kapasidad. Ang isang cell ay nag-full charge bago ang iba. Kung ang pagbabalanse ay masyadong mabagal, ang mataas na cell ay nakaupo sa 4.20V habang ang kasalukuyang patuloy na dumadaloy sa pack. Ang boltahe sa cell na iyon ay gumagapang. Sa passive balancing nalilimitahan ka ng kung gaano karaming init ang maaari mong itapon sa mga bleed resistors. Karamihan sa mga disenyo ay tumatakbo sa kasalukuyang balanse ng 50mA hanggang 100mA. Kung ang iyong mga cell ay hindi tumutugma ng higit sa ilang porsyento, maaaring hindi iyon sapat.
Ang aktibong pagbabalanse ay naglilipat ng singil mula sa matataas na selula patungo sa mababang mga selula sa halip na sunugin ito. Mas mahal. Mas kumplikado. Makatuwiran para sa malalaking pack kung saan nadaragdagan ang nasayang na enerhiya o para sa mga application kung saan hindi mo matitiis ang anumang pagkalat ng kapasidad.
Ang disenyo ng charger ay ang iba pang kalahati ng equation. Ang isang switching converter na may sloppy na regulasyon ng feedback ay mag-o-overshoot sa magaan na pagkarga. Sinukat ko ang mga charger na naglalabas ng 42.5V kapag ang pack ay kumukuha ng mas mababa sa 100mA malapit sa dulo ng pagsingil. Ang sobrang kalahating bolta na ibinahagi sa sampung cell ay 50mV bawat isa. Hindi isang kalamidad ngunit ito ay nagdaragdag sa iba pang mga pagpaparaya.
Mahalaga rin ang kabayaran sa temperatura sa charger. Ang mga lithium cell ay dapat mag-charge sa mas mababang boltahe kapag mainit. Inaayos ng ilang charger ang setpoint ng CV batay sa isang thermistor. Karamihan sa mga mura ay hindi. Ang isang pack na nakaupo sa ilalim ng araw sa 45C na sinisingil sa normal na 4.20V bawat cell ay epektibong na-overcharge.
Ang dalawang layer ng proteksyon ay mas mahusay kaysa sa isa. Ang BMS ay nanonood ng mga boltahe ng cell. Maaaring panoorin ng pangalawang proteksyon na IC ang boltahe ng pack at pumutol ng FET kung may mali. Para sa Ohio pack na nagsimula sa buong talakayan na ito, wala ni isa. Nagkaroon sila ng piping BMS na nagbalanse lang. Walang proteksyon. Ipinagpalagay ng customer na ang charger ang hahawak nito. Masamang palagay.
Checklist ng Disenyo
Kung ikaw ay nagdidisenyo ng mga pack ang checklist ay medyo maikli.
- Gumamit ng BMS na may totoong cell-level na OVP.
- Itakda ang threshold na may ilang margin, maaaring 4.18V para sa NMC.
- Tiyaking makakasabay ang pagbabalanse sa pagkalat ng iyong cell.
- I-qualify ang charger sa buong operating envelope nito hindi lang sa room temp sa bench.
- Magdagdag ng pangalawang landas ng proteksyon kung binibigyang-katwiran ito ng application.
Ang Ohio pack ay muling itinatayo gamit ang isang wastong BMS at isang charger na tinukoy para sa LFP. Mahal na aral. Maaaring mas masahol pa. Walang nasaktan at walang nasusunog. Hindi palaging ganyan ang pagtatapos ng mga kuwentong ito.
