ما هو التيار الزائد؟

التيار الزائد يعني أنه يُطلب من البطارية توصيل أو قبول تيار أكثر مما تم تصميمه من أجله. بهذه البساطة. ترتفع درجة حرارة الخلية، وتتوتر الكيمياء، وتسير الأمور بشكل جانبي إذا لم يتدخل أحد.

أرى هذه المشكلة باستمرار في الإرجاعات الميدانية. تعود العبوات بآثار محترقة، وعلامات ذائبة، وخلايا تبدو جيدة من الخارج ولكنها ميتة من الداخل. تسع مرات من أصل عشرة، قام شخص ما بسحب الكثير من التيار أو فشلت الحماية.

خلايا الليثيوم لها حدود صعبة. سوف تتحمل الخلية المقدرة بـ 10 أمبير متواصل 10 أمبير طوال اليوم في درجة حرارة الغرفة. ادفعه إلى 15A وترتفع درجة الحرارة الداخلية. ادفعه إلى 30A وربما يكون لديك ثوانٍ قبل أن يحدث شيء ما.

توليد الحرارة في خلية الليثيوم يتبع I²R. تبلغ المقاومة الداخلية في 18650 النموذجي حوالي 15-30mΩ اعتمادًا على الخلية وعمرها. قم بتشغيل الأرقام على خلية 25mΩ.

عند 10 أمبير: 10² × 0.025=2.5عرض عند 20 أمبير: 20² × 0.025=10عرض عند 40 أمبير: 40² × 0.025=40عرض

إن 40 واط ليس لها مكان تذهب إليه داخل علبة فولاذية. ترتفع درجة حرارة الخلية. يبدأ المنحل بالكهرباء في التحلل عند حوالي 80 درجة. فوق 130 درجة، يمكن أن يفشل الفاصل. بعد ذلك، يصبح الهروب الحراري احتمالًا حقيقيًا.

يتبع شحن التيار الزائد نفس الفيزياء ولكن مع مشكلة إضافية. طلاء الليثيوم. ادفع تيار الشحن عاليًا جدًا ورواسب معدن الليثيوم على سطح الأنود بدلاً من التقريب بشكل صحيح. هذا الطلاء هو فقدان القدرة الدائمة. كما أنه يخلق خطر تشكيل التشعبات.

Overcurrent

شورت خارجييحدث أكثر مما يرغب المصنعون في الاعتراف به. برغي فضفاض في العلبة. سلك تالف يحتك بالإطار. دخول المياه يخلق مسارا موصلا. لقد عملت على عملية استدعاء حيث كان لدى موصل الحزمة عيب في التصميم يسمح للدبوس الموجب بالاتصال بأرض العلبة أثناء الإدخال. خرجت آلاف العبوات قبل أن يمسكها أحد.

أخطاء التحميلتظهر في تطبيقات الأدوات الكهربائية باستمرار. تتوقف المحركات المصقولة عند تيار تشغيل يبلغ 6-8x. تعمل المقابض بدون فرش مع التحكم FOC على الأكشاك بشكل أفضل ولكنها لا تزال ترتفع بقوة. ترى البطارية هذا الارتفاع سواء فعلت وحدة التحكم في المحرك أي شيء حيال ذلك أم لا.

مشاكل الشاحنتميل إلى أن تكون خفية. شاحن مصمم لحزمة 4S متصل بحزمة 3S. ربما لا تزال حدود الجهد تعمل، لكن الوضع الحالي خاطئ. أو ينقطع خط استشعار الشاحن ويدفع الشاحن التيار الكامل حتى يتعطل شيء ما.

عدم تطابق الخليةفي حزم السلسلة غدرا. أربع خلايا متسلسلة، ثلاث منها بقوة 3000 مللي أمبير في الساعة، وواحدة منها في الواقع بسعة 2700 مللي أمبير في الساعة لأنها بقيت في مستودع ساخن لمدة ستة أشهر. تصل تلك الخلية الضعيفة إلى الشحن الكامل أولاً. الثلاثة الآخرون يواصلون الدفع. يتم شحن هذه الخلية الضعيفة بشكل زائد، وتولد الغاز، وتسخن، والآن لديك حالة تيار زائد محلي تحدث داخل خلية واحدة بينما يبدو جهد الحزمة جيدًا.

والنتيجة المباشرة هي الحرارة. التيار الزائد المستمر عند تصنيف 2x سوف يدفع معظم الخلايا إلى ما بعد 60 درجة في غضون بضع دقائق. من المحتمل أن تبقى الخلية على قيد الحياة، لكن دورة الحياة تتعرض لضربة قوية.

أحداث التيار الزائد المتكررة تخلق أضرارًا تراكمية. تتكاثف طبقة SEI الموجودة على الأنود. المقاومة الداخلية تزحف. تتلاشى القدرة. الخلية التي بدأت عند 3000 مللي أمبير و20 مللي أوم قد تصبح 2400 مللي أمبير و35 مللي أوم بعد 200 دورة سيئة. كان من الممكن أن يصنع 800 دورة في ظل الاستخدام السليم.

يمكن للتيار الزائد الشديد-ظروف الدائرة القصيرة-إنهاء الخلية في ثوانٍ. يصل التيار إلى ذروته عند أي حدود للمقاومة الداخلية للخلية. يمكن للاستنزاف العالي-المشحون بالكامل 18650 إلى قصر قوي أن يرى تيارًا فوريًا يتراوح من 200 إلى 300 أمبير. غالبًا ما تكون اللحامات علامة التبويب نقطة الفشل الأولى. إذا ظلت العروات ثابتة، فإن لفة الجيلي تسخن بسرعة كبيرة بحيث يتم تنفيسها في غضون ثوانٍ.

لقد رأيت خلايا تنفث بقوة الغطاء الإيجابي الذي انطلق عبر المختبر. نظارات السلامة ليست اختيارية عند اختبار استجابة الدائرة القصيرة.

Overcurrent

يستخدم تصميم العبوة الجيدة آليات حماية متعددة. لا يوجد جهاز واحد يتعامل مع كل أوضاع الفشل.

بي تي سيالجلوس داخل معظم الخلايا الأسطوانية من الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة. إنها تنطلق بناءً على درجة الحرارة، وليس التيار المباشر. قد يتم تصنيف PTC على الاحتفاظ بـ 7A والتعثر عند 15A، لكن آلية الفصل حرارية. وقت الاستجابة بطيء-من مئات المللي ثانية إلى الثواني. لن تنقذك PTCs من عملية بيع صعبة. إنهم يتعاملون مع التيار الزائد المعتدل ويمنحون العبوة وقتًا لتبرد.

الصماماتضربة مرة واحدة والبقاء في مهب. حجم الصمامات ذات مستوى الحزمة- أعلى من تيار التشغيل العادي مع هامش للتدفق والعابرين. قد تستخدم الحزمة المستمرة بقوة 10 أمبير منصهرًا سريع النفخ بقدرة 15 أمبير-. يقوم المصهر بمسح قصر شديد بشكل أسرع من PTC، وعادةً ما يكون أقل من 100 مللي ثانية عند تيارات الأعطال العالية. ولكنه أيضًا يقتل القطيع بشكل دائم. متابعة مطالبات الضمان.

المرحلية الحمايةمراقبة التيار من خلال المقاوم الشعور. توفر الأجزاء المشتركة من Seiko وTI وغيرها عتبات التيار الزائد القابلة للبرمجة من خلال مقاومات خارجية أو مشفرة داخليًا. تتراوح تأخيرات الاكتشاف من 8 إلى 24 مللي ثانية عادةً. يعد اكتشاف الدائرة القصيرة أسرع، وغالبًا ما يكون أقل من 500 ثانية. يقوم IC بتشغيل FETs الخارجية لفصل الحزمة.

إن قيمة المقاوم مهمة. يوفر المقاوم ذو الإحساس 5mΩ دقة أفضل ولكنه يسقط المزيد من الجهد ويبدد المزيد من الطاقة عند التيارات العالية. يهدر المقاوم 2mΩ طاقة أقل ولكنه يحتاج إلى واجهة أمامية أكثر حساسية. تستخدم معظم العبوات الاستهلاكية 3-10mΩ حسب الفئة الحالية.

نظام إدارة المبانيفي عبوات أكبر يضيف الذكاء. تحديد التيار النشط بدلاً من مجرد رحلة/عدم-رحلة. درجة الحرارة-العتبات المعوضة. تسجيل الأحداث للتشخيص. يعمل نظام إدارة المباني الجيد على تقليل حدود التيار الزائد مع ارتفاع درجة حرارة الخلية، مما يحافظ على الخلايا في نافذة التشغيل الآمنة حتى في ظل الأحمال الديناميكية.

معرفات البحث الجنائيتوفر الخلايا الداخلية-ملاذًا أخيرًا للحماية الميكانيكية. يتم تنشيط جهاز المقاطعة الحالي عند تراكم الضغط الداخلي. بحلول الوقت الذي تنطلق فيه إدارة البحث الجنائي، تكون الخلية قد تعرضت بالفعل لضغط كبير. عادةً ما يعني تنشيط CID أن الخلية خردة.

تفترض تقييمات ورقة البيانات شروطًا محددة. يفترض جهاز Samsung 30Q الذي تم تصنيفه لـ 15A متواصلًا درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة وتبريدًا مناسبًا. قم بلصق تلك الخلية داخل حاوية معزولة عند درجة حرارة محيطة تبلغ 35 درجة وسيدفعها 15 أمبير إلى تجاوز درجات الحرارة الآمنة.

تبدو التقييمات النبضية جذابة ولكنها تأتي بشروط. قد تطالب الخلية بـ 30 أمبير لمدة 10 ثوانٍ، لكن هذا يفترض أن الخلية بدأت عند 25 درجة ولديها وقت لتبرد قبل النبضة التالية. العودة-إلى-النبضات الخلفية دون وقت الاسترداد تتراكم الحرارة تمامًا مثل التيار المستمر.

غالبًا ما تكون معدلات الشحن أكثر تحفظًا من معدلات التفريغ. قد تتحمل الخلية التي تتعامل مع تفريغ 20 أمبير شحن 4 أمبير فقط. خطر طلاء الليثيوم هو السبب. بعض الخلايا الأحدث التي تحتوي على أنودات-مطعمة بالسيليكون تكون أكثر حساسية لمعدل الشحن.

عمر الخلية يغير كل شيء. تتعامل الخلية الجديدة ذات المقاومة الداخلية 20mΩ مع 20A بشكل أفضل من الخلية القديمة -التي تبلغ 30mΩ. يجب أن تراعي حماية الحزمة نهاية-مقاومة العمر-، وليس فقط مواصفات الخلايا الجديدة.

يحتاج كل تصميم حزمة إلى التحقق من صحة التيار الزائد. معدات الاختبار مهمة.

تحتاج الأحمال الإلكترونية إلى إغراق التيار بشكل أسرع من استجابة الحماية. تحتاج دائرة الحماية المتكاملة ذات تأخير الكشف بمقدار 10 مللي ثانية إلى حمل يصل إلى التيار المستهدف في أقل من 1 مللي ثانية. يؤدي تباطؤ التحميل-إلى زيادة سرعة الحماية مبكرًا ويعطي ثقة زائفة.

يحتاج القياس الحالي إلى عرض النطاق الترددي. يعطي المقاوم ذو الإحساس 10mΩ عند 100A إشارة 1V. يتطلب التقاط الذروة الفعلية عرض نطاق ترددي يبلغ 10 كيلو هرتز على الأقل، ويفضل أكثر من ذلك. تعمل مجسات النطاق مع التأريض المناسب على تجنب مشاكل الضوضاء التي تعطي بيانات غير صحيحة.

يرصد اختبار درجة الحرارة مشكلات التصميم التي يتجاهلها اختبار درجة حرارة الغرفة. عتبات الحماية IC تنجرف مع درجة الحرارة. يزداد طول FET Rds(on) عند درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد. يعتبر المقاوم Sense TCR مهمًا عندما يسخن المقاوم من تمرير تيار العطل. الاختبار عند -20 درجة و+25 درجة و+55 درجة كحد أدنى.

تصبح مصفوفة الاختبار كبيرة. تهمة التيار الزائد، التفريغ التيار الزائد، ماس كهربائى. كل في ثلاث درجات حرارة. كل منها على مستويات SOC متعددة لأن مقاومة الخلية تختلف باختلاف حالة الشحن. اضرب حسب حجم العينة للحصول على الثقة الإحصائية. يؤدي التحقق الشامل إلى إجراء مئات الاختبارات.

Overcurrent

يو ال 2054يغطي حزم البطاريات المحمولة لأسواق أمريكا الشمالية. يطبق اختبار الدائرة القصيرة قصرًا ميتًا لمدة 10 ثوانٍ. يجب ألا تشتعل العبوة أو تنفجر. تتم مراقبة درجة الحرارة ولكن لا يوجد حد محدد. هذا هو الحد الأدنى للشريط.

إيك 62133-2ينطبق دوليا. يستخدم اختبار الدائرة القصيرة الخارجية أقل من 100mΩ إجمالي مقاومة الدائرة التي يتم الاحتفاظ بها لمدة ساعة واحدة أو حتى تستقر درجة الحرارة. أكثر صرامة من UL 2054 في المدة.

الأمم المتحدة 38.3يحكم الشحن. يتطلب الاختبار 5 مسافة قصيرة أقل من 0.1Ω. يجب ألا تتفكك الخلايا أو البطاريات أو تشتعل فيها النيران. وهذا أمر مهم لأن فشل معيار الأمم المتحدة 38.3 يعني أنه لا يمكن نقل منتجك بشكل قانوني.

ساي J2464يغطي تطبيقات المركبات الكهربائية ذات المتطلبات الأكثر صرامة. تنخفض مقاومة الدائرة القصيرة إلى 5mΩ وتكون المعايير الحرارية/الميكانيكية أكثر تحديدًا.

اجتياز هذه الاختبارات لا يعني أن تصميم الحماية جيد. وهذا يعني أن تصميم الحماية مناسب للحصول على الشهادة. يمكن أن تتجاوز إساءة استخدام العالم الحقيقي-شروط الاختبار.

مقياس الأسلاك يأتي باستمرار. يضيف السلك الصغير الحجم مقاومة ويولد حرارة عند التوصيلات. قد يتعامل السلك نفسه مع التيار، لكن الأطراف المجعدة أو وصلات اللحام تصبح نقاطًا ساخنة. غالبًا ما تظهر العبوات التي يتم إرجاعها بسبب "فشل البطارية" أطراف سلكية محترقة بينما تكون الخلايا سليمة.

يعد اختيار الموصل نقطة ضعف أخرى. من المفترض أن يتم تصنيف موصلات XT60 على أنها 60 أمبير متواصل. يفترض هذا التصنيف تجعيدًا مثاليًا واتصالات نظيفة. في الممارسة العملية، تم تخفيض الموثوقية بنسبة 30-40%. لدى أندرسون باوربولز اعتبارات مماثلة.

لحام علامة التبويب على الخلايا يحتاج إلى الاهتمام. اللحام الجيد لديه مقاومة منخفضة وقوة ميكانيكية. يبدو اللحام البارد جيدًا ولكنه يفشل تحت الاهتزاز أو التدوير الحراري. أدى اللحام المحترق إلى إتلاف العلبة وخلق نقطة ضعف. تحتاج جداول اللحام إلى التحقق من الصحة من خلال اختبار السحب وقياس المقاومة.

ترتبط الإدارة الحرارية بقدرة التيار الزائد. يمكن للحزمة ذات التبريد النشط أن تتحمل تيارات أعلى من العبوة المغلقة بدون تدفق هواء. تستخدم بعض التصميمات الثرمستورات الموجودة على الخلايا لتحفيز خفض التيار قبل أن تصبح درجات الحرارة حرجة.

التيار الزائد يقتل بطاريات الليثيوم. في بعض الأحيان سريع، وأحيانًا بطيء، ولكنه ضار دائمًا. الحدود الحالية موجودة لأسباب مرتبطة بالفيزياء والكيمياء، وليس المحافظة التعسفية.

الحماية الجيدة تتطلب طبقات متعددة لأن كل نوع حماية له نقاط ضعف. PTCs بطيئة. الصمامات عبارة عن طلقة واحدة-. تعتمد المرحلية على دقة الإحساس. يضيف نظام إدارة المباني التكلفة والتعقيد. تعني CIDs أن الخلية تالفة بالفعل.

يجب أن يعكس الاختبار ظروف الاستخدام الفعلية وسيناريوهات إساءة الاستخدام. اجتياز اختبارات الشهادات أمر ضروري ولكنه غير كاف.

تحدد اختيارات تصميم العبوة-الأسلاك، والموصلات، والمواد الحرارية، والهوامش-ما إذا كانت الحماية توفر الحماية فعليًا أم أنها تبدو جيدة على الورق فقط.

تأتي الخلايا التي أثق بها من شركات مصنعة ذات جودة متسقة وبيانات منشورة. تستخدم الحزم التي أثق بها دوائر حماية من بائعين ذوي سمعة طيبة مع تصميم مناسب للتطبيق. وكل شيء آخر يتم التعامل معه بحذر حتى يثبت العكس.