Wat is batteryveiligheidsbeskerming?

Laat ek vooraf eerlik wees: die meeste batterybrande wat ons in hierdie bedryf gesien het, was nie geheimsinnig nie. Hulle was voorspelbaar. Iemand het 'n beskermingslaag oorgeslaan om $50 te bespaar, of 'n aankopebestuurder het die goedkoopste BMS op Alibaba gekies, of-en dit gebeur meer as wat jy dink-'n vurkhyseroperateur het die ding oornag in 'n skuur met geen ventilasie gelos gedurende die somer nie.

Batteryveiligheidsbeskerming is nie 'n abstrakte ingenieurskonsep nie. Dit is die versameling hardeware, sagteware en ontwerpkeuses wat verhoed dat jou batterypak van $15 000 in 'n versekeringseis van $150 000 verander. Of erger.

Ons bou nou al meer as 'n dekade LiFePO4-pakke vir materiaalhantering en industriële voertuie. Hierdie artikel is basies alles wat ons wens iemand het ons vertel toe ons begin het-plus 'n paar duur lesse wat ons op die harde manier geleer het.

Industriële graad prismatiese selle vereis robuuste moniteringstelsels.

Waarom LiFePO4 en waarom dit steeds beskerming benodig

Hier is 'n vraag wat ons voortdurend van kliënte kry: "Ek het gedink litium-ysterfosfaat is die veilige chemie. Hoekom het ek al hierdie beskermingsgoed nodig?"

Regverdige punt. LiFePO4 is werklik veiliger as NCM of NCA. Die olivienkristalstruktuur stel nie suurstof vry wanneer dit warm word nie, wat beteken dat dit nie sy eie vuur sal aanvuur soos ternêre chemie kan nie. Ons het spykerpenetrasietoetse op selle van vyf verskillende verskaffers gedoen-LiFePO4-selle slaan gewoonlik dalk 150 grade en sit net daar en rook. NCM-selle in dieselfde toets? Ons het 600 grade + en werklike vlamme gesien.

Maar "veiliger" beteken nie "veilig" nie. Ons het in 2021 'n klant gehad-logistieke maatskappy in Guangdong-wat gereken het dat LiFePO4 beteken dat hulle nie temperatuurmonitering nodig het nie. Bespaar miskien 800 RMB per pakkie. Toe kom Augustus, pakhuis het 45 grade omgewing getref, laaistelsel het geen termiese verlaging gehad nie, en hulle het geëindig met drie opgeswelde pakke en een wat eintlik geventileer het. Niemand het seergekry nie, gelukkig. Maar hulle is nou ons mees entoesiastiese kliënte vir volledige BMS.

Die goed wat eintlik brande veroorsaak

Nadat u tientalle veldmislukkings (ons s'n en mededingers s'n) gesien het, is dit wat eintlik verkeerd gaan:

Laai is waar 70% van probleme gebeur.Ontlaai nie, nie berging-laai nie. Spesifiek:

• Laai onder 0 grade sonder lae-temp-beskerming. Litiumplate op die anode in plaas daarvan om behoorlik te interkaleer. Jy kan dit nie sien gebeur nie. Ses maande later, interne kortsluiting, termiese weghol. Ons het 'n klant in Harbin gehad om hierdie een op die duur manier te leer.
• Oorlaai omdat die BMS-spanningmeting gedryf het en niemand het opgemerk nie. Selle wat gegradeer is vir 3.65V word elke siklus na 3.8V gedruk. Werk goed vir drie maande, dan eendag nie.
• Herlaaier-BMS-kommunikasiefout. Lader dink battery is op 50% SOC, battery is eintlik op 95%. Volstroom in 'n byna-vol pak. Slegte tye.

Selwanbalans wat niemand monitor nie.In 'n 16S-pak, as een sel 50mAh laer kapasiteit as die ander het, sal dit 100% SOC tref voordat die pak dit doen. Hou aan fietsry sonder om te balanseer, daardie sel word elke keer oorlaai. Ons het gesien hoe pakke terugkom vir waarborg waar een sel op 3.9V was terwyl die res op 3.5V gesit het. Dit is 'n brand wat wag om te gebeur.

Meganiese skade wat die skeier kompromitteer.Vurkhysers bots in goed. Dis maar die werklikheid. As die impak selle intern beskadig-selfs al lyk eksterne inspeksie goed-kan jy vertraagde interne kortbroeke kry. Dit is hoekom ons staalomhulsels vir vurkhysertoepassings spesifiseer, nie aluminium nie. Ja, dit is swaarder. Ja, dit is die moeite werd.

Aktiewe beskerming: verhoed dat probleme begin

Die bedryf verdeel dit in "aktiewe" en "passiewe" beskerming. Aktief beteken om te verhoed dat slegte dinge gebeur. Passief beteken skadebeheer wanneer dit in elk geval gebeur.

Begin met die selle self

Klink voor die hand liggend, maar: koop goeie selle. Ons het oor die jare selle van miskien 20 verskillende verskaffers getoets. Die verspreiding in kwaliteit is werklik skokkend. Dieselfde nominale spesifikasies, heeltemal ander gedrag onder misbruiktoetsing.

Waarna om te kyk as jy 'n evalueerverskaffer van industriële litiumbatterye:

• Vra vir spykerpenetrasietoetsvideo's. Nie datablaaie-werklike video's nie. Goeie selle rook en sis. Slegte selle straal vlam.
• Gaan skeierspesifikasies na. Keramiek-bedekte skeiers hanteer termiese spanning veel beter. Ons het in 2019 oorgeskakel na keramiek-uitsluitlik bedek nadat 'n slegte bondel konvensionele skeiers drie veldfoute in een kwartaal veroorsaak het.
• Elektroliet bymiddels maak saak. Vlamvertragende bymiddels, oorlaai beskerming bymiddels-hierdie goed is nie bemarking nie, dit is die verskil tussen 'n sel wat grasieus faal en een wat gewelddadig misluk.

Ons het twee jaar daaraan bestee om ons huidige selverskaffer te kwalifiseer. Het die fabriek vier keer besoek. Het hul QC-proses dopgehou. Dis vervelige werk, maar dis hoekom ons snags slaap.

Die BMS is die brein van die battery wat spanning, stroom en temperatuur monitor.

BMS: die brein wat alles lewendig hou

Kom ons wees werklik-'n BMS kan enigiets van 'n $15 enkel-skyfie-oplossing tot 'n $500 multi-bordstelsel met oortolligheid wees. Jy kry waarvoor jy betaal.

Goedkoop BMS-probleme wat ons gesien het:

• Spanningsmetingsakkuraatheid van ±30mV. Op 'n sel met 100mV tussen "vol" en "gevaarlik oorlaai," is dit nie goed genoeg nie.
• Geen selbalansering nie, of slegs passiewe balansering. Passiewe balansering by 50mA neem letterlik weke om aansienlike wanbalans reg te stel.
• Enkele-punt-van-mislukkingsontwerpe. Een MOSFET sterf, die hele pak is onbeskerm.
• Geen temperatuursensors nie, of een sensor vir die hele pak. Termiese gradiënte binne 'n 20kWh-pak kan maklik 15 grade bereik. Een sensor vertel jou niks.

Wat 'n behoorlike BMS doen:

• Monitor elke selspanning individueel. Nie module-vlak nie, sel-vlak.
• Aktiewe balansering teen betekenisvolle strome (ons loop 1A+ op ons pakke)
• Veelvuldige temperatuursensors met posisieregistrasie
• Stroomwaarneming akkuraat genoeg om werklike coulomb-telling te doen
• Kommunikasie met laaier vir gekoördineerde beskerming
• Hardeware-rugsteun ontkoppel onafhanklik van die hoofverwerker

Die kosteverskil tussen 'n vullis BMS en 'n behoorlike een kan $200-300 op 'n vurkhyserpak wees. Die pakkie kos $8,000+. Die vurkhyser kos $30,000+. Die pakhuis waarin dit sit, is die moeite werd ... jy sien waarheen dit gaan.

Wanneer kliënte ons vir advies vra oor die keuse van 'nlitium battery vervaardiger, sê ons vir hulle: vra oor die BMS. Vra om die skema te sien. As hulle jou nie wil wys nie, loop weg.

Laaibeheer: waar die meeste brande eintlik begin

Ons het dit reeds genoem, maar dit moet herhaal word. Laai is gevaarlik.

Hier is hoe behoorlike laaibeskerming lyk:

Temperatuur-gekompenseerde laai.Onder 0 grade? Moenie laai nie, of laai teen drasties verminderde stroom. Bo 45 grade? Dieselfde ooreenkoms. Dit is nie opsioneel nie. Ons standaardpakke sal nie eers lading onder -10 grade aanvaar nie - die BMS weier eenvoudig om die laaikontaktor toe te maak.

Kantaantekening: ons het verkoopsmanne gehad wat kliënte belowe "-20 grade laaivermoë" en dan moet ingenieurswese verduidelik hoekom dit nie gebeur nie. Litiumplatering is litiumplatering. Fisika gee nie om oor jou verkoopsteiken nie.

Spanning-gebaseerde terminering met marge.As selle 3.65V maksimum gegradeer word, eindig ons by 3.60V. Ja, jy verloor miskien 2-3% bruikbare kapasiteit. Jy blaas ook nie op nie. Goeie afweging.

Passiewe beskerming: wanneer dinge in elk geval verkeerd loop

Kyk, ons kan die beste beskermingstelsels in die wêreld bou en dinge sal nog af en toe misluk. ’n Vragmotor ry oor jou batterypak. ’n Vloed kort die elektronika uit. Iemand ignoreer elke waarskuwing en dwing 'n heffing by -30 grade af omdat die aflewering moet uitgaan.

Passiewe beskerming gaan daaroor om skade te beperk wanneer aktiewe beskerming misluk.

Termiese hindernisse

Tussen selle, tussen modules, en rondom die pak buitekant. Die doel is nie om termiese weghol-te keer as dit eers begin, dit gaan. Die doel is om voortplanting te vertraag sodat jy tyd het om te reageer.

Ons gebruik 'n kombinasie van keramiekveselvelle tussen module- en aerogelkomberse op die binnemure. Nie goedkoop nie. Maar wanneer een sel gaan, het die aangrensende selle 'n ekstra 30-60 sekondes voordat hulle kritieke temperatuur bereik. Dit is dikwels genoeg tyd vir onderdrukkingstelsels om te aktiveer of vir die pak om te ontkoppel en veilig te ventileer.

Vir enigiemand wat van 'nLiFePO4 battery oplossings verskaffer, vra oor termiese versperringsspesifikasies. As hulle jou nie die termiese geleiding en ontstekingsweerstand van hul versperringsmateriaal kan vertel nie, is dit 'n rooi vlag.

Brand onderdrukking

Vir hoë-waarde-installasies wil jy toegewyde onderdrukking hê. Standaardbrandblussers werk nie goed op litiumbatterye nie-die brand is intern, aangedryf deur self-verhittingsreaksies wat water nie kan keer nie.

Ons het met onderdrukkingstelsels gewerk wat perfluorheksanoon-gebaseerde middels gebruik. Hulle koel die selle af terwyl hulle chemies inmeng met verbranding. Nie perfek nie, maar dramaties beter as om CO2 by 'n interne chemiese reaksie te probeer spuit.

Regte praat egter: onderdrukking is 'n laaste uitweg. As jou onderdrukkingstelsel aktiveer, is jou battery reeds verwoes. Jy beperk net kollaterale skade op daardie stadium. Dit is beter om dit nooit nodig te hê nie.

Omhulsel ontwerp

Die omhulsel moet verskeie dinge doen:

• Bevat enige uitlaatgasse en rig dit weg van mense
• Oorleef meganiese misbruik (vurkhyserpakke word laat val, raakgery, raak in dinge vas)
• Handhaaf IP-gradering selfs na impak
• Laat hitteafvoer toe tydens normale werking terwyl hitte tydens termiese gebeurtenisse voorkom

Ons spesifiseer staal omhulsels met gerigte ventilasie paaie vir al ons vurkhyser toepassings. Die ventilasiepad maak saak-jy wil nie hê dat oorverhitte gas op die operateur of op vlambare materiale gerig word nie.

Foutdiagnose: Vang probleme op voordat dit brande word

Dit is die deel wat ernstige batterystelsels van goedkoops skei.

Intydse-monitering vang onmiddellike gevare op-wat spanning val tydens ontlading beteken iets is kort; temperatuurstygings tydens laai beteken iets is fout. Dit benodig onmiddellike beskermende reaksie.

Maar die waardevolle dinge is tendensontleding. ’n Sel wat konsekwent 5 grade warmer is as sy bure, het waarskynlik verhoogde interne weerstand. Dit is nie vandag gevaarlik nie. Dit sal oor ses maande wees. 'n Goeie BMS teken hierdie data aan, vlag die neiging en laat jou dit aanspreek tydens geskeduleerde instandhouding in plaas van tydens 'n pakhuisbrand.

Ons doen maandelikse datatrekke op al ons vloot-ontplooide pakke. Ons het ten minste 'n dosyn keer foute ontwikkel wat veldmislukkings sou word as dit geïgnoreer word. Een pak het getoon dat 'n enkele sel oor drie maande 20mV hoog dryf. Het dit getrek, geïnspekteer, vroeë-stadium skeierdegradasie gevind. Die module vervang, pak werk nog steeds goed twee jaar later.

As jy met 'n potensiaal praatlitium battery OEM vennoot, vra oor hul diagnostiese vermoëns. Vra om voorbeeldvlootdataverslae te sien. As hulle nie vir jou tendensanalise en voorspellende instandhoudingsdata kan wys nie, doen hul BMS waarskynlik net basiese drempelmonitering-wat die minimum is.

Standaarde en wat dit eintlik beteken

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 - jy sal hierdie sertifisering oral sien. Hier is die ongemaklike waarheid: om hierdie standaarde te slaag, beteken dat jou battery aan minimum vereistes voldoen. Dit beteken nie dat dit goed is nie.

Ons het mededingerpakkette getoets wat al die sertifisering gehad het en steeds basiese misbruiktoetse gedruip het wat ons in-huis uitvoer. Standaarde is 'n vloer, nie 'n plafon nie.

Dit gesê, as 'n verskaffer nie vir jou hierdie sertifikate kan wys nie, hardloop weg. Hulle is tafelspele. Moet net nie aanvaar dat sertifisering gelyk is aan kwaliteit nie.

Ons interne toetsing gaan verder as standaardvereistes. Laer temperatuurgrense. Hoër huidige misbruik. Verlengde termiese fietsry. Ons wil weet hoe ons pakke misluk, nie net dat hulle 'n spesifieke toets slaag nie.

Vir klante wat gepasmaakte konfigurasies benodig-ongewone spannings, spesifieke vormfaktore, integrasie met eie stelsels-wat met 'npasgemaakte litiumbattery vervaardigerwie hierdie soort uitgebreide toetsing doen, is die premie werd. Die sertifisering vertel jou die pak voldoen aan kode. Die uitgebreide toetsing vertel jou hoe dit werklik in jou toepassing sal presteer.

Wat ons eintlik aanbeveel

Na dit alles, wat moet jy eintlik doen as jy batterye vir industriële toepassings spesifiseer?

Eerlik gesê, hierdie bedryf het die afgelope vyf jaar baie beter geword. Toe ons begin het, was die helfte van die pakke op die mark basies tydbomme. Nou bou die meeste ernstige verskaffers redelik veilige stelsels. Maar "redelik veilig" laat steeds ruimte vir die soort koste-besnoeiing wat brande veroorsaak. Jou werk is om uit te vind watter verskaffers werklik die werk doen teenoor watter een net blokkies merk.

Batteryveiligheid is nie sexy nie. Dit maak nie goeie bemarking nie. Niemand het ooit 'n vurkhyser gekoop nie, want die battery het groot termiese weghol-voortplantingsweerstand gehad.

Maar kry dit verkeerd en alles anders hou redelik vinnig op om saak te maak. Ons het ons reputasie gebou op pakke wat net werk, jaar na jaar, in toestande wat goedkoper stelsels sal doodmaak. Dit is waarna jy moet soek by enige verskaffer wat jy evalueer.

Vrae? Ons is altyd bly om deur spesifieke toepassings te praat. Dis waarvoor ons hier is.