ما هي حماية سلامة البطارية؟

اسمحوا لي أن أكون صادقًا مقدمًا: معظم حرائق البطاريات التي رأيناها في هذه الصناعة لم تكن غامضة. لقد كانت متوقعة. تخطى شخص ما طبقة الحماية لتوفير 50 ​​دولارًا، أو اختار مدير المشتريات أرخص نظام إدارة المباني على Alibaba، أو-ويحدث هذا أكثر مما تعتقد-ترك مشغل الرافعة الشوكية الشيء يشحن طوال الليل في سقيفة بدون تهوية خلال فصل الصيف.

حماية سلامة البطارية ليست مفهومًا هندسيًا مجردًا. إنها مجموعة من الأجهزة والبرامج وخيارات التصميم التي تمنع حزمة البطارية التي تبلغ قيمتها 15000 دولار من التحول إلى مطالبة تأمين بقيمة 150000 دولار. أو أسوأ من ذلك.

لقد قمنا ببناء عبوات LiFePO4 لمناولة المواد والمركبات الصناعية منذ أكثر من عقد من الزمان. تحتوي هذه المقالة بشكل أساسي على كل ما نتمنى أن يخبرنا به أحد الأشخاص عندما بدأنا-بالإضافة إلى بعض الدروس الباهظة الثمن التي تعلمناها بالطريقة الصعبة.

تتطلب الخلايا المنشورية الصناعية أنظمة مراقبة قوية.

لماذا LiFePO4 ولماذا لا يزال بحاجة إلى الحماية

إليك سؤال نتلقاه من العملاء باستمرار: "اعتقدت أن فوسفات حديد الليثيوم هي الكيمياء الآمنة. لماذا أحتاج إلى كل هذه المواد الوقائية؟"

نقطة عادلة. يعتبر LiFePO4 أكثر أمانًا من NCM أو NCA. لا يطلق هيكل بلورة الزبرجد الزيتوني الأكسجين عندما يصبح ساخنًا، مما يعني أنه لن يشعل نيرانه كما تفعل الكيمياء الثلاثية. لقد أجرينا اختبارات اختراق الأظافر على خلايا من خمسة موردين مختلفين-تصل خلايا LiFePO4 عادةً إلى 150 درجة وتظل تدخن. خلايا NCM في نفس الاختبار؟ لقد رأينا 600 درجة + ولهيبًا حقيقيًا.

لكن كلمة "أكثر أمانًا" لا تعني "آمنة". كان لدينا عميل في عام 2021-شركة لوجستية في قوانغدونغ-اعتقد أن LiFePO4 يعني أنهم لا يحتاجون إلى مراقبة درجة الحرارة. تم توفير 800 يوان صيني لكل علبة. ثم جاء شهر أغسطس، ووصلت درجة حرارة المستودع إلى 45 درجة، ولم يكن لنظام الشحن انخفاضًا حراريًا، وانتهى الأمر بثلاث عبوات منتفخة وواحدة تم تنفيسها بالفعل. ولم يصب أحد بأذى، ولله الحمد. لكنهم الآن هم عملائنا الأكثر حماسًا لنظام إدارة المباني كامل المواصفات.

الأشياء التي تسبب الحرائق في الواقع

بعد رؤية العشرات من الإخفاقات الميدانية (إخفاقاتنا وإخفاقات المنافسين)، إليك ما يحدث بالفعل من خطأ:

الشحن هو المكان الذي تحدث فيه 70% من المشاكل.لا يتم التفريغ، ولا يتم تخزين-الشحن. خاصة:

• يتم الشحن بدرجة حرارة أقل من 0 بدون حماية من درجات الحرارة المنخفضة-. صفائح الليثيوم على الأنود بدلاً من التقريب بشكل صحيح. لا يمكنك رؤية ذلك يحدث. بعد ستة أشهر، ماس كهربائي داخلي، انفلات حراري. كان لدينا عميل في هاربين تعلم هذا بطريقة باهظة الثمن.
• الشحن الزائد لأن قياس الجهد BMS انجرف ولم يلاحظه أحد. يتم دفع الخلايا المقدرة بـ 3.65 فولت إلى 3.8 فولت في كل دورة. يعمل بشكل جيد لمدة ثلاثة أشهر، ثم في أحد الأيام لا يعمل.
• الشاحن-فشل اتصال BMS. يعتقد الشاحن أن نسبة البطارية 50% SOC، والبطارية في الواقع 95%. التيار الكامل إلى حزمة كاملة تقريبًا-. الأوقات السيئة.

خلل في الخلايا لا يراقبه أحد.في حزمة 16S، إذا كانت سعة إحدى الخلايا أقل بمقدار 50 مللي أمبير في الساعة من الخلايا الأخرى، فسوف تصل إلى 100% SOC قبل أن تصل الحزمة. استمر في ركوب الدراجة دون موازنة، حيث يتم شحن تلك الخلية بشكل زائد في كل مرة. لقد رأينا الحزم تعود للضمان حيث كانت خلية واحدة عند 3.9 فولت بينما كانت البقية عند 3.5 فولت. هذا حريق في انتظار أن يحدث.

الأضرار الميكانيكية التي تهدد الفاصل.الرافعات الشوكية تصطدم بالأشياء. هذا مجرد واقع. إذا أدى التأثير إلى إتلاف الخلايا داخليًا-حتى لو كان الفحص الخارجي يبدو جيدًا-فيمكنك الحصول على شورت داخلي متأخر. ولهذا السبب قمنا بتخصيص أغلفة فولاذية لتطبيقات الرافعات الشوكية، وليس الألومنيوم. نعم، انها أثقل. نعم، الأمر يستحق ذلك.

الحماية النشطة: منع المشاكل من البداية

تقسم الصناعة هذا إلى حماية "نشطة" و"سلبية". نشط يعني منع حدوث أشياء سيئة. السلبي يعني السيطرة على الضرر عندما يحدث على أي حال.

ابدأ بالخلايا نفسها

يبدو واضحا، ولكن: شراء خلايا جيدة. لقد اختبرنا خلايا ربما من 20 موردًا مختلفًا على مر السنين. الانتشار في الجودة صادم حقًا. نفس المواصفات الاسمية، وسلوك مختلف تمامًا في ظل اختبار إساءة الاستخدام.

ما الذي تبحث عنه إذا كنت تقوم بتقييممورد بطارية الليثيوم الصناعية:

• اطلب فيديوهات اختبار اختراق الأظافر. ليست أوراق بيانات-مقاطع فيديو فعلية. الخلايا الجيدة تدخن وتهمس. لهب الخلايا السيئة.
• تحقق من مواصفات الفاصل. تتعامل الفواصل المطلية بالسيراميك- مع الضغط الحراري بشكل أفضل. لقد تحولنا إلى استخدام السيراميك-المطلي حصريًا في عام 2019 بعد أن تسببت مجموعة سيئة من الفواصل التقليدية في حدوث ثلاثة أعطال ميدانية في ربع واحد.
• إضافات المنحل بالكهرباء مهمة. إضافات مثبطات اللهب، إضافات الحماية من الشحن الزائد-هذه الأشياء ليست تسويقية، إنها الفرق بين الخلية التي تفشل بشكل سليم والخلية التي تفشل بعنف.

لقد أمضينا عامين في تأهيل مورد الخلايا الحالي لدينا. زرت المصنع أربع مرات. شاهدت عملية مراقبة الجودة الخاصة بهم. إنه عمل ممل ولكن هذا هو سبب نومنا ليلاً.

BMS هو عقل البطارية، حيث يقوم بمراقبة الجهد والتيار ودرجة الحرارة.

BMS: الدماغ الذي يبقي كل شيء على قيد الحياة

لنكن واقعيين-يمكن أن يكون نظام إدارة المباني أي شيء بدءًا من حل شريحة واحدة-بسعر 15 دولارًا أمريكيًا إلى نظام متعدد-بسعر 500 دولار أمريكي مع إمكانية التكرار. تحصل على ما تدفعه مقابل.

مشاكل BMS الرخيصة التي رأيناها:

• دقة قياس الجهد ± 30 مللي فولت. في خلية ذات جهد 100 ميلي فولت بين "ممتلئ" و"مشحون بشكل خطير"، فإن هذا ليس جيدًا بما فيه الكفاية.
• لا يوجد موازنة للخلايا، أو موازنة سلبية فقط. تستغرق عملية التوازن السلبي عند 50 مللي أمبير أسابيع حرفيًا لإصلاح خلل كبير في التوازن.
• -نقطة واحدة-من-التصميمات الفاشلة. يموت أحد MOSFET، والحزمة بأكملها غير محمية.
• لا توجد أجهزة استشعار لدرجة الحرارة، أو جهاز استشعار واحد للحزمة بأكملها. التدرجات الحرارية داخل علبة 20 كيلو وات في الساعة يمكن أن تصل بسهولة إلى 15 درجة. جهاز استشعار واحد لا يخبرك بأي شيء.

ما يفعله نظام إدارة المباني المناسب:

• يراقب كل جهد الخلية على حدة. ليس مستوى الوحدة-، مستوى الخلية-.
• موازنة نشطة عند تيارات ذات معنى (نقوم بتشغيل 1A+ على عبواتنا)
• أجهزة استشعار متعددة لدرجة الحرارة مع تسجيل الموقع
• الاستشعار الحالي دقيق بما يكفي لإجراء حساب حقيقي للكولوم
• التواصل مع الشاحن للحماية المنسقة
• يتم قطع الاتصال بالنسخ الاحتياطي للأجهزة بشكل مستقل عن المعالج الرئيسي

قد يكون فرق التكلفة بين نظام إدارة المباني للقمامة ونظام إدارة المباني المناسب ما بين 200 إلى 300 دولار أمريكي لحزمة الرافعة الشوكية. تبلغ تكلفة الحزمة 8 دولارات،000+. تبلغ تكلفة الرافعة الشوكية 30 دولارًا،000+. المستودع الموجود فيه يستحق... ترى إلى أين يتجه هذا الأمر.

عندما يطلب منا العملاء النصيحة بشأن اختيار أالشركة المصنعة لبطارية الليثيومنقول لهم: اسألوا عن نظام إدارة المباني. اطلب رؤية التخطيطي. إذا لم يظهروا لك، ابتعد.

التحكم في الشحن: حيث تبدأ معظم الحرائق فعليًا

لقد ذكرنا هذا بالفعل ولكن الأمر يستحق التكرار. الشحن أمر خطير.

إليك ما تبدو عليه حماية الشحن المناسبة:

درجة الحرارة-الشحن المعوض.أقل من 0 درجة؟ لا تقم بالشحن أو الشحن بتيار منخفض بشكل كبير. فوق 45 درجة ؟ نفس الصفقة. هذا ليس اختياريا. لن تقبل حزمنا القياسية حتى رسومًا أقل من -10 درجة - يرفض نظام إدارة المباني ببساطة إغلاق موصل الشحن.

ملاحظة جانبية: لقد وعدنا رجال المبيعات العملاء "بقدرة الشحن -20 درجة" ومن ثم يتعين على الهندسة أن تشرح سبب عدم حدوث ذلك. طلاء الليثيوم هو طلاء الليثيوم. الفيزياء لا تهتم بهدف المبيعات الخاص بك.

الإنهاء المعتمد على الجهد- بهامش.إذا تم تصنيف الخلايا بـ 3.65 فولت كحد أقصى، فإننا ننتهي عند 3.60 فولت. نعم، قد تفقد 2-3% من القدرة القابلة للاستخدام. أنت أيضا لا تنفجر. مقايضة جيدة.

الحماية السلبية: عندما تسوء الأمور على أي حال

انظر، يمكننا أن نبني أفضل أنظمة الحماية في العالم وستظل الأشياء تفشل في بعض الأحيان. شاحنة تسير فوق حزمة البطارية الخاصة بك. الفيضان يقصر الإلكترونيات. يتجاهل شخص ما كل تحذير ويفرض شحنًا عند -30 درجة لأن التسليم يجب أن يخرج.

تتعلق الحماية السلبية بالحد من الضرر عند فشل الحماية النشطة.

الحواجز الحرارية

بين الخلايا، وبين الوحدات، وحول الجزء الخارجي من العبوة. الهدف ليس إيقاف الانفلات الحراري-بمجرد أن يبدأ، فإنه سينتهي. الهدف هو إبطاء الانتشار حتى يكون لديك الوقت للرد.

نحن نستخدم مزيجًا من صفائح ألياف السيراميك بين بطانيات الوحدة والبطانيات الهوائية على الجدران الداخلية. ليست رخيصة. ولكن عندما تذهب خلية واحدة، يكون لدى الخلايا المجاورة 30-60 ثانية إضافية قبل أن تصل إلى درجة الحرارة الحرجة. غالبًا ما يكون هذا وقتًا كافيًا لتنشيط أنظمة القمع أو لفصل العبوة وتنفيسها بأمان.

لأي شخص مصدر من أمزود حلول البطاريات LiFePO4‎اسأل عن مواصفات الحاجز الحراري. إذا لم يتمكنوا من إخبارك بالتوصيل الحراري ومقاومة الاشتعال للمواد العازلة الخاصة بهم، فهذه علامة حمراء.

إخماد الحرائق

بالنسبة لعمليات التثبيت-عالية القيمة، تحتاج إلى منع مخصص. لا تعمل طفايات الحريق القياسية بشكل جيد مع بطاريات الليثيوم-فالنار داخلي، وتدفعه تفاعلات التسخين الذاتية-التي لا يستطيع الماء إيقافها.

لقد تعاملنا مع أنظمة القمع التي تستخدم عوامل تعتمد على البيرفلوروهيكسانون-. إنها تبرد الخلايا بينما تتداخل كيميائيًا مع عملية الاحتراق. ليست مثالية، ولكنها أفضل بشكل كبير من محاولة رش ثاني أكسيد الكربون أثناء تفاعل كيميائي داخلي.

كلام حقيقي رغم ذلك: القمع هو الملاذ الأخير. إذا تم تنشيط نظام القمع لديك، فإن بطاريتك قد دمرت بالفعل. أنت فقط تحد من الأضرار الجانبية في تلك المرحلة. من الأفضل ألا تحتاج إليها أبدًا.

تصميم الضميمة

يحتاج العلبة إلى القيام بعدة أشياء:

• احتواء أي غازات تنفيس وتوجيهها بعيدا عن الناس
• النجاة من سوء الاستخدام الميكانيكي (سقوط حزم الرافعة الشوكية أو ضربها أو اصطدامها بالأشياء)
• الحفاظ على تصنيف IP حتى بعد التأثيرات
• السماح بتبديد الحرارة أثناء التشغيل العادي مع احتواء الحرارة أثناء الأحداث الحرارية

نحن نخصص حاويات فولاذية بمسارات تهوية موجهة لجميع تطبيقات الرافعات الشوكية لدينا. إن مسار فتحة التهوية مهم-فأنت لا تريد توجيه الغاز شديد السخونة نحو المشغل أو إلى المواد القابلة للاشتعال.

تشخيص الأخطاء: اصطياد المشاكل قبل أن تصبح حرائق

هذا هو الجزء الذي يفصل بين أنظمة البطاريات الخطيرة والأنظمة الرخيصة.

-المراقبة في الوقت الفعلي تكتشف المخاطر المباشرة-انخفاض الجهد أثناء التفريغ يعني حدوث قصور في شيء ما؛ ارتفاع درجة الحرارة أثناء الشحن يعني وجود خطأ ما. هذه تحتاج إلى استجابة وقائية فورية.

لكن الأشياء القيمة هي تحليل الاتجاه. من المحتمل أن تكون الخلية التي تكون درجة حرارتها أعلى بمقدار 5 درجات من جيرانها تتمتع بمقاومة داخلية مرتفعة. انها ليست خطيرة اليوم. سيكون في ستة أشهر. يقوم نظام إدارة المباني الجيد بتسجيل هذه البيانات، ووضع علامة على الاتجاه، ويتيح لك معالجتها أثناء الصيانة المجدولة بدلاً من أثناء حريق المستودع.

نحن نجري عمليات سحب بيانات شهرية لجميع حزم -أسطولنا المنشورة. لقد اكتشفنا عيوبًا متطورة عشرات المرات على الأقل والتي كان من الممكن أن تصبح فشلًا ميدانيًا إذا تم تجاهلها. أظهرت إحدى العبوات خلية واحدة تنجرف بارتفاع 20 ملي فولت على مدى ثلاثة أشهر. تم سحبه، وفحصه، ووجد أنه-يوجد تدهورًا مبكرًا في الفاصل. تم استبدال الوحدة، ولا تزال الحزمة تعمل بشكل جيد بعد مرور عامين.

إذا كنت تتحدث إلى المحتملةبطارية الليثيوم شريك تصنيع المعدات الأصلية، اسأل عن قدراتهم التشخيصية. اطلب الاطلاع على نماذج تقارير بيانات الأسطول. إذا لم يتمكنوا من عرض تحليل الاتجاه وبيانات الصيانة التنبؤية، فمن المحتمل أن يقوم نظام إدارة المباني الخاص بهم فقط بمراقبة الحد الأدنى-وهو الحد الأدنى.

المعايير وماذا تعني في الواقع

UN38.3، IEC 62619، UL 1973 - ستشاهد هذه الشهادات في كل مكان. إليكم الحقيقة غير المريحة: اجتياز هذه المعايير يعني أن بطاريتك تلبي الحد الأدنى من المتطلبات. هذا لا يعني أنه جيد.

لقد اختبرنا حزم المنافسين التي حصلت على جميع الشهادات ومع ذلك فشلت في اختبارات إساءة الاستخدام الأساسية التي نجريها داخليًا. المعايير هي الأرضية وليست السقف.

ومع ذلك، إذا لم يتمكن المورد من إظهار هذه الشهادات لك، فاهرب. إنها حصص على الطاولة. فقط لا تفترض أن الشهادة تساوي الجودة.

تتجاوز اختباراتنا الداخلية المتطلبات القياسية. حدود درجات الحرارة المنخفضة. ارتفاع سوء المعاملة الحالية. الدراجات الحرارية الموسعة. نريد أن نعرف كيف تفشل حزمنا، وليس فقط أنها تجتاز اختبارًا محددًا.

بالنسبة للعملاء الذين يحتاجون إلى تكوينات مخصصة-جهد غير عادي، وعوامل شكل محددة، والتكامل مع الأنظمة الخاصة-العمل معالشركة المصنعة لبطارية الليثيوم المخصصةمن يقوم بهذا النوع من الاختبارات الموسعة يستحق القسط. تخبرك الشهادة أن الحزمة تلبي الكود. يخبرك الاختبار الممتد بكيفية أدائه الفعلي في تطبيقك.

ما نوصي به في الواقع

بعد كل هذا، ما الذي يجب عليك فعله بالفعل إذا كنت تحدد البطاريات للتطبيقات الصناعية؟

بصراحة، لقد تحسنت هذه الصناعة كثيرًا في السنوات الخمس الماضية. عندما بدأنا، كانت نصف العبوات الموجودة في السوق عبارة عن قنابل موقوتة. الآن يقوم معظم الموردين الجادين ببناء أنظمة آمنة إلى حد معقول. ولكن "الآمن إلى حد معقول" لا يزال يترك مجالًا لنوع خفض التكاليف-الذي يسبب الحرائق. مهمتك هي معرفة الموردين الذين يقومون بالعمل بالفعل مقابل الموردين الذين يقومون فقط بوضع علامة في المربعات.

سلامة البطارية ليست مثيرة. إنه لا يصنع تسويقًا جيدًا. لم يشتر أحد رافعة شوكية على الإطلاق لأن البطارية تتمتع بمقاومة كبيرة للانتشار الحراري.

ولكن إذا أخطأت في الأمر، فإن كل شيء آخر يتوقف عن الأهمية بسرعة كبيرة. لقد بنينا سمعتنا على الحزم التي تعمل عامًا بعد عام في ظروف من شأنها القضاء على الأنظمة الأرخص. هذا ما يجب أن تبحث عنه في أي مورد تقوم بتقييمه.

أسئلة؟ يسعدنا دائمًا التحدث من خلال تطبيقات محددة. وهذا ما نحن هنا من أجله.