Što je prenapon?
Dobio sam poziv od integratora paketa u Ohiju prošli utorak. Imali su 14S LFP paket koji se vratio sa solarne instalacije s dvije ćelije koje su očitavale 3,91 V. LFP. Nikada ne bi trebalo vidjeti nešto iznad 3,65 V u normalnoj uporabi. Ćelije su izgledale dobro izvana, ali kad smo jednu otvorili, katodna folija je posmeđila na rubovima. Klasična šteta od preopterećenja.
Ispostavilo se da su koristili olovni{0}}punjač. Kupac ga je zamijenio jer je original crkao. Punjač s olovnom-kiselinom od 48 V ispušta 58,4 V. Na 14S LFP paketu koji radi na 4,17 V po ćeliji. Nije problem za olovnu{10}}kiselinu. Veliki problem za LFP.
Ovakve stvari se događaju više nego što ljudi priznaju.
Prenapon znači guranje ćelije iznad njenog maksimalnog nazivnog napona punjenja. Broj ovisi o kemiji. NMC i NCA izlaze na 4,20 V. Neke visoko{4}}energetske NMC varijante ocijenjene su na 4,35 V, ali to su specijalne ćelije i morate znati što radite s njima. LFP kemija ima plafon od 3,65 V. LTO je oko 2,85 V. Ovi brojevi dolaze iz podatkovne tablice dobavljača ćelije. Ignorirajte ih i imat ćete problema.
Unutarnja degradacija stanica
Ono što se događa unutar ćelije pri prenaponu nije komplicirano. Materijal katode želi prepustiti kisik kada iz njega izbacite previše litija. Taj kisik reagira s elektrolitom. U međuvremenu se metalni litij počinje taložiti na površini anode jer grafit ne može dovoljno brzo apsorbirati ione. Oplata je loša iz dva razloga. To je nepovratan gubitak kapaciteta i stvara dendrite koji na kraju mogu skratiti stanicu iznutra.
Mnogi ljudi misle da je margina ugrađena u specifikaciju od 4,20 V. Ne postoji.
Proizvođači ćelija postavljaju tu granicu na točki gdje degradacija postaje neprihvatljiva. Jednom prijeći na 4,25 V vjerojatno je u redu. Odlazak tamo svaki ciklus će ubiti stanicu u nekoliko stotina ciklusa umjesto u nekoliko tisuća. Idete li iznad 4,30 V i možda nećete dobiti nekoliko stotina ciklusa. Vidio sam kako ćelije nabreknu na 4,35 V nakon jednog punjenja. Ovisi o ćeliji.
Uloga BMS-a
BMS bi to trebao uhvatiti. Svaka stanica u čoporu dobiva vlastitu osjetilnu žicu. AFE čip očitava sve napone ćelija i uspoređuje ih s pragom. Ako bilo koja ćelija prijeđe, punjenje se zaustavlja. Prilično jednostavno.
Osim što BMS može zakazati. Vidio sam BMS ploče sa spojevima za hladno lemljenje na konektorima za senzorsku žicu. Jedna ćelija prestaje izvještavati i firmware se postavlja na nulu umjesto označavanja greške. Vidio sam AFE čipove koji se povlače iz cal zbog temperature. TI-jev BQ76940 općenito je solidan, ali stariji BQ76925 imao je problema s pomicanjem interne reference. Jeftiniji kineski AFE čipovi mogu biti posvuda.
Balansiranje je važnije nego što ljudi misle. Paket s deset ćelija u nizu imat će određenu razliku u kapacitetu. Jedna ćelija postigne punu napunjenost prije ostalih. Ako je balansiranje presporo, visoka ćelija ostaje na 4,20 V dok struja nastavlja teći u paket. Napon na toj ćeliji raste. S pasivnim balansiranjem ograničeni ste količinom topline koju možete ispustiti kroz otpornike za odzračivanje. Većina dizajna pokreće balansnu struju od 50 mA do 100 mA. Ako se vaše stanice ne podudaraju više od nekoliko posto, to možda neće biti dovoljno.
Aktivno balansiranje pomiče naboj s ćelija s visokim sadržajem na ćelije s niskim sadržajem umjesto da ga sagorijeva. Skuplji. Kompleksnije. Ima smisla za velika pakiranja gdje se uzalud troši energija ili za primjene u kojima ne možete tolerirati širenje kapaciteta.
Dizajn punjača je druga polovica jednadžbe. Preklopni pretvarač s slabom regulacijom povratne sprege će preskočiti pri malom opterećenju. Izmjerio sam punjače koji daju 42,5 V kada paket troši manje od 100 mA pri kraju punjenja. Tih dodatnih pola volta raspoređenih na deset ćelija iznosi 50 mV svaka. Nije katastrofa, ali se slaže s ostalim tolerancijama.
Temperaturna kompenzacija u punjaču također je važna. Litijske ćelije trebale bi se puniti na niži napon kada su vruće. Neki punjači podešavaju CV zadanu vrijednost na temelju termistora. Većina jeftinih nema. Paket koji stoji na suncu na 45C i puni se do normalnih 4,20 V po ćeliji je zapravo prepunjen.
Dva zaštitna sloja bolja su od jednog. BMS prati napon ćelije. Sekundarni zaštitni IC može pratiti napon paketa i prekinuti FET ako nešto pođe po zlu. Za čopor iz Ohija koji je započeo cijelu ovu raspravu, nijedno nije postojalo. Imali su glupi BMS koji je radio samo balansiranje. Bez zaštite. Kupac je pretpostavio da će punjač to podnijeti. Loša pretpostavka.
Popis za provjeru dizajna
Ako dizajnirate pakete, popis za provjeru je prilično kratak.
- Upotrijebite BMS s OVP-om-na razini stvarne ćelije.
- Postavite prag s određenom marginom, možda 4,18 V za NMC.
- Pobrinite se da balansiranje može ići u korak s vašim širenjem stanica.
- Kvalificirajte punjač kroz njegovu radnu omotnicu ne samo na sobnoj temperaturi na stolu.
- Dodajte sekundarni put zaštite ako to aplikacija opravdava.
Ohio paket se obnavlja s odgovarajućim BMS-om i punjačem specificiranim za LFP. Skupa lekcija. Moglo je biti i gore. Nitko nije ozlijeđen i ništa se nije zapalilo. Ove priče ne završavaju uvijek tako.
