Wat is oorspanning?
Het verlede Dinsdag 'n oproep van 'n pakketintegreerder in Ohio gekry. Hulle het 'n 14S LFP-pak gehad wat teruggekom het van 'n sonkraginstallasie met twee selle wat 3.91V lees. LFP. Moet nooit iets bo 3.65V in normale gebruik sien nie. Die selle het van buite goed gelyk maar toe ons een oopkraak het die katode foelie bruin aan die rande geword. Klassieke oorlaai skade.
Dit blyk dat hulle 'n lood-suurlaaier gebruik. Kliënt het dit ingeruil omdat die oorspronklike dood is. Lood-suur 48V-laaier sit 58.4V-vlotter uit. Op 'n 14S LFP-pak wat uitwerk op 4.17V per sel. Nie 'n probleem vir loodsuur- nie. Groot probleem vir LFP.
Hierdie soort ding gebeur meer as wat mense erken.
Oorspanning beteken om 'n sel verby sy maksimum aangeslane ladingspanning te druk. Die getal hang af van chemie. NMC en NCA haal uit by 4.20V. Sommige hoë--NMC-variante is gegradeer na 4.35V, maar dit is spesialiteitselle en jy moet weet wat jy daarmee doen. LFP-chemie het 'n 3.65V-plafon. LTO is ongeveer 2.85V. Hierdie nommers kom van die selverkoperdatablad af. Ignoreer hulle en jy sal probleme hê.
Interne seldegradasie
Wat binne die sel by oorspanning gebeur, is nie ingewikkeld nie. Die katodemateriaal wil suurstof prysgee wanneer jy te veel litium daaruit dwing. Daardie suurstof reageer met die elektroliet. Intussen begin litiummetaal op die anode-oppervlak uitplat omdat die grafiet nie vinnig genoeg ione kan absorbeer nie. Die platering is sleg om twee redes. Dit is onomkeerbare kapasiteitsverlies en dit skep dendriete wat uiteindelik die sel intern kan kort.
Baie mense dink daar is marge in die 4.20V-spesifikasie ingebou. Daar is nie.
Selvervaardigers stel daardie limiet op die punt waar agteruitgang onaanvaarbaar word. Om een keer na 4.25V te gaan is waarskynlik goed. Om elke siklus daarheen te gaan, sal die sel in 'n paar honderd siklusse doodmaak in plaas van 'n paar duisend. As jy bo 4.30V gaan en jy sal dalk nie 'n paar honderd siklusse kry nie. Ek het gesien hoe selle swel teen 4.35V na 'n enkele lading. Hang af van die sel.
Die rol van die BMS
Die BMS is veronderstel om dit te vang. Elke sel in die pakkie kry sy eie sindraad. Die AFE-skyfie lees al die selspannings en vergelyk met 'n drempel. As enige sel oorgaan, stop laai. Redelik eenvoudig.
Behalwe dat die BMS kan misluk. Ek het BMS-borde met koue soldeerverbindings op die sindraadverbindings gesien. Een sel hou op om te rapporteer en die firmware is verstek na nul in plaas daarvan om 'n fout te vlag. Ek het AFE-skyfies gesien wat uit cal oor temperatuur dryf. TI se BQ76940 is oor die algemeen solied, maar die ouer BQ76925 het probleme gehad met die interne verwysingverskuiwing. Goedkoper Chinese AFE-skyfies kan oral wees.
Balansering maak meer saak as wat mense dink. 'n Pakkie met tien selle in serie sal 'n mate van verspreiding in kapasiteit hê. Een sel slaan volle lading voor die ander. As balansering te stadig is, sit die hoë sel op 4.20V terwyl stroom aanhou in die pak vloei. Die spanning op daardie sel kruip op. Met passiewe balansering word jy beperk deur hoeveel hitte jy deur die uitlaatweerstande kan stort. Die meeste ontwerpe loop 50mA tot 100mA balansstroom. As jou selle met meer as 'n paar persent nie ooreenstem nie, is dit dalk nie genoeg nie.
Aktiewe balansering beweeg lading van hoë selle na lae selle in plaas daarvan om dit af te brand. Duurder. Meer kompleks. Maak sin vir groot pakke waar die vermorste energie optel of vir toepassings waar jy nie enige kapasiteitsverspreiding kan duld nie.
Laderontwerp is die ander helfte van die vergelyking. 'n Skakelomskakelaar met slordige terugvoerregulering sal by ligte las oorskiet. Ek het laaiers gemeet wat 42.5V uitsit wanneer die pak minder as 100mA naby die einde van lading trek. Daardie ekstra halwe volt versprei oor tien selle is 50mV elk. Nie 'n ramp nie, maar dit sluit aan by die ander toleransies.
Temperatuurkompensasie in die laaier maak ook saak. Litiumselle moet tot 'n laer spanning laai wanneer dit warm is. Sommige laaiers pas die CV-stelpunt aan op grond van 'n termistor. Die meeste goedkoops doen nie. 'n Pakkie wat by 45C in die son sit en tot die normale 4.20V per sel gelaai word, word effektief oorlaai.
Twee beskermingslae is beter as een. Die BMS kyk na selspannings. 'n Sekondêre beskermings-IC kan pakspanning dophou en 'n FET sny as iets verkeerd gaan. Vir die Ohio-pakket wat hierdie hele bespreking begin het, het nie een bestaan nie. Hulle het 'n stomme BMS gehad wat net balansering gedoen het. Geen beskerming nie. Kliënt het aanvaar dat die laaier dit sou hanteer. Slegte aanname.
Ontwerpkontrolelys
As jy pakke ontwerp, is die kontrolelys redelik kort.
- Gebruik 'n BMS met werklike sel-vlak OVP.
- Stel die drempel met 'n mate van marge, miskien 4.18V vir NMC.
- Maak seker dat balansering tred kan hou met jou selverspreiding.
- Kwalifiseer die laaier oor sy bedryfsomhulsel, nie net by kamertemperatuur op die bank nie.
- Voeg 'n sekondêre beskermingspad by as die toepassing dit regverdig.
Die Ohio-pakket word herbou met 'n behoorlike BMS en 'n laaier wat vir LFP gespesifiseer is. Duur les. Kon erger gewees het. Niemand het seergekry nie en niks het aan die brand geslaan nie. Dit is nie altyd hoe hierdie stories eindig nie.
