ما هو الجهد الزائد؟
تلقيت مكالمة من أحد شركات تكامل الحزم في ولاية أوهايو يوم الثلاثاء الماضي. كان لديهم حزمة 14S LFP التي عادت من تركيب الطاقة الشمسية مع خليتين بقراءة 3.91 فولت. LFP. لا ينبغي أبدًا رؤية أي شيء أعلى من 3.65 فولت في الاستخدام العادي. بدت الخلايا جيدة من الخارج، ولكن عندما فتحنا إحداها، تحول لون رقاقة الكاثود إلى اللون البني عند الحواف. الضرر الزائد الكلاسيكي.
وتبين أنهم كانوا يستخدمون شاحنًا حمضيًا-يحتوي على الرصاص. قام العميل بتبديلها لأن الأصل مات. يقوم شاحن الرصاص - بحمض 48 فولت بإخراج تعويم 58.4 فولت. على حزمة 14S LFP التي تعمل بجهد يصل إلى 4.17 فولت لكل خلية. لا يمثل هذا مشكلة بالنسبة لحمض الرصاص-. مشكلة كبيرة لLFP.
يحدث هذا النوع من الأشياء أكثر مما يعترف به الناس.
الجهد الزائد يعني دفع الخلية إلى ما هو أبعد من الحد الأقصى لجهد الشحن المقنن. العدد يعتمد على الكيمياء. NMC وNCA يصلان إلى 4.20 فولت. يتم تصنيف بعض -متغيرات NMC عالية الطاقة إلى 4.35 فولت ولكن هذه خلايا متخصصة وتحتاج إلى معرفة ما تفعله بها. تحتوي كيمياء LFP على سقف 3.65 فولت. LTO حوالي 2.85 فولت. تأتي هذه الأرقام من ورقة بيانات بائع الخلية. تجاهلهم وسوف يكون لديك مشاكل.
تدهور الخلايا الداخلية
ما يحدث داخل الخلية عند الجهد الزائد ليس بالأمر الصعب. تريد مادة الكاثود التخلص من الأكسجين عندما تجبر الكثير من الليثيوم على الخروج منه. يتفاعل هذا الأكسجين مع المنحل بالكهرباء. في هذه الأثناء، يبدأ معدن الليثيوم بالطلاء على سطح الأنود لأن الجرافيت لا يستطيع امتصاص الأيونات بسرعة كافية. الطلاء سيء لسببين إنه فقدان لا رجعة فيه للقدرة ويخلق تشعبات يمكن أن تؤدي في النهاية إلى تقصير الخلية داخليًا.
يعتقد الكثير من الناس أن هناك هامشًا مدمجًا في مواصفات 4.20 فولت. لا يوجد.
ويضع مصنعو الخلايا هذا الحد عند النقطة التي يصبح فيها التحلل غير مقبول. ربما يكون الذهاب إلى 4.25 فولت مرة واحدة أمرًا جيدًا. إن الذهاب إلى هناك في كل دورة سيقتل الخلية في بضع مئات من الدورات بدلاً من بضعة آلاف. تجاوز 4.30 فولت وقد لا تحصل على بضع مئات من الدورات. لقد رأيت الخلايا تنتفخ عند 4.35 فولت بعد شحن واحد. يعتمد على الخلية.
دور نظام إدارة المباني
من المفترض أن يلتقط BMS هذا. كل خلية في العبوة تحصل على سلك الإحساس الخاص بها. تقرأ شريحة AFE جميع الفولتية للخلية وتقارنها بالعتبة. إذا تجاوزت أي خلية، يتوقف الشحن. بسيطة جدا.
باستثناء أن نظام إدارة المباني يمكن أن يفشل. لقد رأيت لوحات BMS مع وصلات لحام باردة على موصلات الأسلاك الحسية. تتوقف خلية واحدة عن الإبلاغ ويتم ضبط البرنامج الثابت افتراضيًا على الصفر بدلاً من وضع علامة على الخطأ. لقد رأيت رقائق AFE تنجرف من درجة الحرارة الزائدة. يعد BQ76940 من TI متينًا بشكل عام ولكن BQ76925 الأقدم كان يعاني من مشكلات في تحويل المرجع الداخلي. يمكن أن تكون رقائق AFE الصينية الرخيصة موجودة في كل مكان.
التوازن مهم أكثر مما يعتقده الناس. الحزمة التي تحتوي على عشر خلايا متسلسلة سيكون لها بعض الانتشار في السعة. تصل إحدى الخلايا إلى الشحن الكامل قبل الخلايا الأخرى. إذا كانت عملية الموازنة بطيئة جدًا، فإن الخلية العالية تستقر عند 4.20 فولت بينما يستمر التيار في التدفق إلى العبوة. الجهد على تلك الخلية يزحف. مع التوازن السلبي، فإنك مقيد بمقدار الحرارة التي يمكنك تفريغها من خلال مقاومات النزيف. تعمل معظم التصميمات بتيار توازن يتراوح بين 50 مللي أمبير إلى 100 مللي أمبير. إذا كانت خلاياك غير متطابقة بنسبة تزيد عن بضعة بالمائة، فقد لا يكون ذلك كافيًا.
يقوم التوازن النشط بنقل الشحنة من الخلايا العالية إلى الخلايا المنخفضة بدلاً من حرقها. أكثر تكلفة. أكثر تعقيدا. يعد هذا أمرًا منطقيًا بالنسبة للحزم الكبيرة حيث تتراكم الطاقة المهدرة أو للتطبيقات التي لا يمكنك فيها تحمل أي انتشار للسعة.
تصميم الشاحن هو النصف الآخر من المعادلة. سوف يتجاوز محول التحويل مع تنظيم التغذية المرتدة غير المتقنة عند الحمل الخفيف. لقد قمت بقياس أجهزة الشحن التي تصدر 42.5 فولت عندما تسحب العبوة أقل من 100 مللي أمبير عند نهاية الشحن. إن النصف فولت الإضافي الموزع على عشر خلايا هو 50 مللي فولت لكل منها. ليست كارثة ولكنها تضيف مع التسامح الأخرى.
إن تعويض درجة الحرارة في الشاحن مهم أيضًا. يجب أن يتم شحن خلايا الليثيوم بجهد أقل عندما تكون ساخنة. تقوم بعض أجهزة الشحن بضبط نقطة ضبط السيرة الذاتية بناءً على الثرمستور. معظم المنتجات الرخيصة لا تفعل ذلك. إن الحزمة التي توضع في الشمس عند درجة حرارة 45 درجة مئوية ويتم شحنها إلى 4.20 فولت العادي لكل خلية يتم شحنها بشكل زائد.
طبقتان للحماية أفضل من طبقة واحدة. يراقب BMS الفولتية الخلوية. يمكن لـ IC للحماية الثانوية مراقبة جهد الحزمة وقطع FET إذا حدث خطأ ما. بالنسبة لمجموعة أوهايو التي بدأت هذه المناقشة بأكملها، لم يكن أي منهما موجودًا. كان لديهم نظام BMS غبي يقوم فقط بالموازنة. لا حماية. افترض العميل أن الشاحن سيتعامل معه. افتراض سيء.
قائمة مراجعة التصميم
إذا كنت تصمم حزمًا، فستكون قائمة المراجعة قصيرة جدًا.
- استخدم نظام إدارة المباني بمستوى OVP-للخلية الحقيقية.
- قم بتعيين العتبة مع بعض الهامش، ربما 4.18 فولت لـ NMC.
- تأكد من أن التوازن يمكنه مواكبة انتشار خلاياك.
- قم بتأهيل الشاحن عبر غلاف التشغيل الخاص به وليس فقط في درجة حرارة الغرفة على المقعد.
- أضف مسار حماية ثانوي إذا كان التطبيق يبرره.
يتم إعادة بناء حزمة أوهايو باستخدام نظام إدارة المباني (BMS) المناسب وشاحن محدد لـ LFP. درس باهظ الثمن. كان من الممكن أن يكون أسوأ. لم يصب أحد بأذى ولم يشتعل شيء. ليس هذا دائمًا كيف تنتهي هذه القصص.
