Apakah Perlindungan Keselamatan Bateri?

Izinkan saya terus terang: kebanyakan kebakaran bateri yang kami lihat dalam industri ini bukanlah misteri. Mereka boleh diramalkan. Seseorang melangkau lapisan perlindungan untuk menjimatkan $50, atau pengurus pembelian memilih BMS termurah di Alibaba, atau-dan ini berlaku lebih daripada yang anda fikirkan-pengendali forklift meninggalkan benda itu dicas semalaman di bangsal dengan pengalihudaraan sifar semasa musim panas.

Perlindungan keselamatan bateri bukanlah konsep kejuruteraan abstrak. Ini adalah koleksi perkakasan, perisian dan pilihan reka bentuk yang mengekalkan pek bateri $15,000 anda daripada bertukar menjadi tuntutan insurans $150,000. Atau lebih teruk.

Kami telah membina pek LiFePO4 untuk pengendalian bahan dan kenderaan industri selama lebih sedekad sekarang. Artikel ini pada asasnya adalah segala-galanya yang kami harap seseorang memberitahu kami semasa kami mula-ditambah dengan beberapa pelajaran mahal yang kami pelajari dengan cara yang sukar.

Sel prismatik gred industri memerlukan sistem pemantauan yang mantap.

Mengapa LiFePO4 dan Mengapa Ia Masih Memerlukan Perlindungan

Berikut ialah soalan yang selalu kami terima daripada pelanggan: "Saya fikir fosfat besi litium adalah kimia yang selamat. Mengapa saya memerlukan semua bahan perlindungan ini?"

Titik yang adil. LiFePO4 adalah lebih selamat daripada NCM atau NCA. Struktur kristal olivin tidak membebaskan oksigen apabila ia menjadi panas, yang bermaksud ia tidak akan membakar apinya sendiri seperti yang boleh dilakukan oleh kimia ternary. Kami telah melakukan ujian penembusan kuku pada sel daripada lima pembekal berbeza-sel LiFePO4 biasanya mencecah 150 darjah dan hanya duduk di sana sambil merokok. sel NCM dalam ujian yang sama? Kami telah melihat 600 darjah + dan api sebenar.

Tetapi "lebih selamat" tidak bermaksud "selamat." Kami mempunyai pelanggan pada tahun 2021-syarikat logistik di Guangdong-yang menganggap LiFePO4 bermakna mereka tidak memerlukan pemantauan suhu. Jimat mungkin 800 RMB setiap pek. Kemudian Ogos tiba, gudang mencecah 45 darjah ambien, sistem pengecasan tidak mempunyai penurunan haba, dan mereka berakhir dengan tiga pek bengkak dan satu yang benar-benar keluar. Tiada siapa yang cedera, syukur. Tetapi mereka kini pelanggan kami yang paling bersemangat untuk BMS berciri penuh.

Perkara Yang Sebenarnya Menyebabkan Kebakaran

Selepas melihat berpuluh-puluh kegagalan bidang (kita dan pesaing), inilah yang sebenarnya berlaku:

Pengecasan adalah tempat 70% masalah berlaku.Tidak menunaikan, bukan storan-mengecas. Secara khusus:

• Mengecas di bawah 0 darjah tanpa perlindungan suhu-rendah. Plat litium ke anod dan bukannya berinterkalasi dengan betul. Anda tidak boleh melihat ia berlaku. Enam bulan kemudian, litar pintas dalaman, pelarian haba. Kami mempunyai seorang pelanggan di Harbin belajar yang ini dengan cara yang mahal.
• Pengecasan berlebihan kerana pengukuran voltan BMS hanyut dan tiada siapa yang perasan. Sel yang dinilai untuk 3.65V ditolak kepada 3.8V setiap kitaran. Berfungsi dengan baik selama tiga bulan, kemudian satu hari ia tidak berfungsi.
• Pengecas-Kegagalan komunikasi BMS. Pengecas berpendapat bateri berada pada 50% SOC, bateri sebenarnya pada 95%. Arus penuh ke dalam pek hampir-penuh. Masa buruk.

Ketidakseimbangan sel yang tiada siapa yang memantau.Dalam pek 16S, jika satu sel adalah kapasiti 50mAh lebih rendah daripada yang lain, ia akan mencapai 100% SOC sebelum pek itu. Teruskan berbasikal tanpa mengimbangi, sel itu akan dicas berlebihan setiap kali. Kami telah melihat pek datang kembali untuk jaminan di mana satu sel berada pada 3.9V manakala selebihnya berada pada 3.5V. Itulah kebakaran yang menunggu untuk berlaku.

Kerosakan mekanikal yang menjejaskan pemisah.Forklift merempuh sesuatu. Itu hanya realiti. Jika kesan merosakkan sel secara dalaman-walaupun pemeriksaan luaran kelihatan baik-anda boleh mendapatkan seluar pendek dalaman yang tertunda. Inilah sebabnya kami menentukan sarung keluli untuk aplikasi forklift, bukan aluminium. Ya, ia lebih berat. Ya, ia berbaloi.

Perlindungan Aktif: Mengekalkan Masalah daripada Bermula

Industri membahagikan ini kepada perlindungan "aktif" dan "pasif". Aktif bermaksud menghalang perkara buruk daripada berlaku. Pasif bermaksud kawalan kerosakan apabila ia berlaku.

Mulakan dengan sel itu sendiri

Kedengaran jelas, tetapi: beli sel yang baik. Kami telah menguji sel daripada mungkin 20 pembekal yang berbeza selama ini. Penyebaran dalam kualiti benar-benar mengejutkan. Spesifikasi nominal yang sama, tingkah laku yang sama sekali berbeza di bawah ujian penyalahgunaan.

Perkara yang perlu dicari jika anda menilai sesuatupembekal bateri litium industri:

• Minta video ujian penembusan kuku. Bukan helaian data-video sebenar. Sel-sel yang baik berasap dan berdesis. Sel jahat memancarkan api.
• Semak spesifikasi pemisah. Pemisah bersalut{1}}seramik mengendalikan tekanan haba dengan lebih baik. Kami bertukar kepada seramik-bersalut secara eksklusif pada tahun 2019 selepas kumpulan pemisah konvensional yang buruk menyebabkan tiga kegagalan medan dalam satu suku.
• Bahan tambahan elektrolit penting. Aditif kalis api, aditif perlindungan caj berlebihan-bahan ini bukan pemasaran, ia adalah perbezaan antara sel yang gagal dengan baik dan yang gagal dengan teruk.

Kami menghabiskan dua tahun melayakkan pembekal sel semasa kami. Melawat kilang empat kali. Menonton proses QC mereka. Ia adalah kerja yang membosankan tetapi itulah sebabnya kita tidur pada waktu malam.

BMS ialah otak bateri, voltan pemantauan, arus dan suhu.

BMS: otak yang memastikan segala-galanya hidup

Mari kita nyata-BMS boleh menjadi apa sahaja daripada penyelesaian cip tunggal-$15 kepada sistem papan berbilang-$500 dengan lebihan. Anda mendapat apa yang anda bayar.

Masalah BMS murah yang kami lihat:

• Ketepatan pengukuran voltan ±30mV. Pada sel dengan 100mV antara "penuh" dan "bercas berlebihan yang berbahaya," itu tidak cukup baik.
• Tiada pengimbangan sel, atau pengimbangan pasif sahaja. Pengimbangan pasif pada 50mA mengambil masa beberapa minggu untuk membetulkan ketidakseimbangan yang ketara.
• Satu-titik-daripada-reka bentuk kegagalan. Satu MOSFET mati, keseluruhan pek tidak dilindungi.
• Tiada penderia suhu, atau satu penderia untuk keseluruhan pek. Kecerunan terma di dalam pek 20kWj boleh mencecah 15 darjah dengan mudah. Satu sensor tidak memberitahu anda apa-apa.

Apa yang dilakukan oleh BMS yang betul:

• Pantau setiap voltan sel secara individu. Bukan tahap-modul, tahap-sel.
• Pengimbangan aktif pada arus yang bermakna (kami menjalankan 1A+ pada pek kami)
• Penderia suhu berbilang dengan pengelogan kedudukan
• Penderiaan semasa cukup tepat untuk melakukan pengiraan coulomb sebenar
• Komunikasi dengan pengecas untuk perlindungan yang diselaraskan
• Sandaran perkakasan memutuskan sambungan bebas daripada pemproses utama

Perbezaan kos antara BMS sampah dan yang sesuai mungkin $200-300 pada pek forklift. Pek itu berharga $8,000+. Forklift berharga $30,000+. Gudang tempatnya berbaloi... anda lihat ke mana arahnya.

Apabila pelanggan meminta nasihat kami tentang memilih apengeluar bateri litium, kami memberitahu mereka: tanya tentang BMS. Minta untuk melihat skema. Jika mereka tidak mahu menunjukkan kepada anda, pergi.

Kawalan pengecasan: tempat kebanyakan kebakaran sebenarnya bermula

Kami sudah menyebut perkara ini tetapi ia berulang. Mengecas adalah berbahaya.

Begini rupa perlindungan pengecasan yang betul:

Pengecasan pampasan suhu-.Di bawah 0 darjah? Jangan cas, atau cas pada arus berkurangan secara drastik. Di atas 45 darjah? Perjanjian yang sama. Ini bukan pilihan. Pek standard kami tidak akan menerima caj di bawah -10 darjah -BMS hanya enggan menutup penyentuh pengecasan.

Nota sampingan: kami mempunyai jurujual yang menjanjikan pelanggan "keupayaan pengecasan -20 darjah" dan kemudian kejuruteraan perlu menjelaskan mengapa perkara itu tidak berlaku. Penyaduran litium ialah penyaduran litium. Fizik tidak mengambil berat tentang sasaran jualan anda.

Penamatan berasaskan voltan-dengan jidar.Jika sel diberi nilai maksimum 3.65V, kami ditamatkan pada 3.60V. Ya, anda mungkin kehilangan 2-3% kapasiti boleh guna. Anda juga tidak meletup. Pertukaran yang baik.

Perlindungan Pasif: Apabila Masalah Berlaku

Lihat, kita boleh membina sistem perlindungan terbaik di dunia dan barang-barang masih kadang-kadang gagal. Sebuah trak memandu di atas pek bateri anda. Banjir menyebabkan peralatan elektronik terputus. Seseorang mengabaikan setiap amaran dan memaksa caj pada -30 darjah kerana penghantaran perlu keluar.

Perlindungan pasif adalah tentang mengehadkan kerosakan apabila perlindungan aktif gagal.

Halangan haba

Antara sel, antara modul dan sekeliling bahagian luar pek. Matlamatnya bukan untuk menghentikan pelarian haba-sebaik sahaja ia bermula, ia akan berjalan. Matlamatnya adalah untuk memperlahankan penyebaran supaya anda mempunyai masa untuk bertindak balas.

Kami menggunakan gabungan kepingan gentian seramik antara modul dan selimut airgel pada dinding dalaman. Bukan murah. Tetapi apabila satu sel pergi, sel bersebelahan mempunyai masa tambahan 30-60 saat sebelum ia mencapai suhu kritikal. Itu selalunya masa yang cukup untuk sistem penindasan diaktifkan atau untuk pek memutuskan sambungan dan melepaskan dengan selamat.

Bagi sesiapa yang mendapatkan sumber daripada aPembekal penyelesaian bateri LiFePO4, tanya tentang spesifikasi penghalang haba. Jika mereka tidak dapat memberitahu anda kekonduksian terma dan rintangan pencucuhan bahan penghalang mereka, itu adalah bendera merah.

Pendam kebakaran

Untuk pemasangan-bernilai tinggi, anda mahukan penindasan khusus. Pemadam api standard tidak berfungsi dengan baik pada bateri litium-api adalah dalaman, didorong oleh-tindak balas pemanasan sendiri yang tidak dapat dihentikan oleh air.

Kami telah bekerja dengan sistem penindasan yang menggunakan ejen berasaskan perfluorohexanone-. Mereka menyejukkan sel sambil secara kimia mengganggu pembakaran. Tidak sempurna, tetapi secara dramatik lebih baik daripada cuba menyembur CO2 pada tindak balas kimia dalaman.

Perbincangan sebenar: penindasan adalah pilihan terakhir. Jika sistem penindasan anda diaktifkan, bateri anda sudah rosak. Anda hanya mengehadkan kerosakan cagaran pada ketika itu. Lebih baik tidak memerlukannya.

Reka bentuk kepungan

Kandang perlu melakukan beberapa perkara:

• Mengandungi apa-apa gas pengaliran dan halakan ia dari manusia
• Menghadapi penyalahgunaan mekanikal (pek forklift terjatuh, dilanggar, terserempak dengan benda)
• Kekalkan penarafan IP walaupun selepas kesan
• Benarkan pelesapan haba semasa operasi biasa sambil mengandungi haba semasa peristiwa terma

Kami menentukan penutup keluli dengan laluan pengudaraan terarah untuk semua aplikasi forklift kami. Laluan bolong penting-anda tidak mahu gas panas lampau diarahkan kepada pengendali atau bahan mudah terbakar.

Diagnosis Kesalahan: Menangkap Masalah Sebelum Menjadi Kebakaran

Ini adalah bahagian yang memisahkan sistem bateri yang serius daripada yang murah.

Pemantauan masa-sebenar menangkap bahaya serta-merta-penurunan voltan semasa nyahcas bermakna sesuatu terputus; peningkatan suhu semasa mengecas bermakna ada sesuatu yang tidak kena. Ini memerlukan tindak balas perlindungan segera.

Tetapi perkara yang berharga adalah analisis trend. Sel yang secara konsisten 5 darjah lebih panas daripada jirannya mungkin telah meningkatkan rintangan dalaman. Ia tidak berbahaya hari ini. Ia akan berlaku dalam enam bulan. BMS yang baik merekodkan data ini, menandakan arah aliran dan membolehkan anda menanganinya semasa penyelenggaraan berjadual dan bukannya semasa kebakaran gudang.

Kami melakukan penarikan data bulanan pada semua pek-fleet kami. Kami telah menangkap kerosakan pembangunan sekurang-kurangnya sedozen kali yang akan menjadi kegagalan medan jika diabaikan. Satu pek menunjukkan satu sel hanyut 20mV tinggi dalam tempoh tiga bulan. Menariknya, diperiksa, menemui-degradasi pemisah peringkat awal. Menggantikan modul, pek masih berjalan dengan baik dua tahun kemudian.

Jika anda bercakap dengan potensirakan kongsi OEM bateri litium, tanya tentang keupayaan diagnostik mereka. Minta untuk melihat contoh laporan data kumpulan. Jika mereka tidak dapat menunjukkan analisis arah aliran dan data penyelenggaraan ramalan, BMS mereka mungkin hanya melakukan pemantauan ambang asas-yang merupakan minimum.

Piawaian dan Maksudnya Sebenarnya

UN38.3, IEC 62619, UL 1973-anda akan melihat pensijilan ini di mana-mana sahaja. Inilah kebenaran yang tidak selesa: melepasi piawaian ini bermakna bateri anda memenuhi keperluan minimum. Ia tidak bermakna ia baik.

Kami telah menguji pek pesaing yang mempunyai semua pensijilan dan masih gagal ujian penyalahgunaan asas yang kami jalankan secara-sendiri. Standard adalah lantai, bukan siling.

Yang berkata, jika pembekal tidak dapat menunjukkan sijil ini kepada anda, lari. Ia adalah taruhan meja. Cuma jangan menganggap pensijilan sama dengan kualiti.

Ujian dalaman kami melangkaui keperluan standard. Had suhu yang lebih rendah. Penderaan semasa yang lebih tinggi. Kitaran haba yang dilanjutkan. Kami ingin tahu bagaimana pek kami gagal, bukan sekadar mereka lulus ujian tertentu.

Untuk pelanggan yang memerlukan konfigurasi tersuai-voltan luar biasa, faktor bentuk tertentu, penyepaduan dengan sistem proprietari-berfungsi denganpengeluar bateri litium tersuaisiapa yang melakukan ujian lanjutan seperti ini bernilai premium. Pensijilan memberitahu anda pek memenuhi kod. Ujian lanjutan memberitahu anda bagaimana ia sebenarnya akan berprestasi dalam aplikasi anda.

Apa Yang Kami Syorkan Sebenarnya

Selepas semua ini, apakah yang perlu anda lakukan jika anda menentukan bateri untuk aplikasi industri?

Secara jujur, industri ini telah menjadi lebih baik dalam tempoh lima tahun yang lalu. Apabila kami mula, separuh pek di pasaran pada dasarnya adalah bom jangka. Kini kebanyakan pembekal yang serius sedang membina sistem yang agak selamat. Tetapi "secara munasabah selamat" masih memberi ruang untuk jenis pemotongan kos-yang menyebabkan kebakaran. Tugas anda adalah mencari tahu pembekal mana yang benar-benar melakukan kerja berbanding mana yang hanya menyemak kotak.

Keselamatan bateri tidak seksi. Ia tidak membuat pemasaran yang baik. Tiada siapa yang pernah membeli forklift kerana bateri mempunyai rintangan perambatan larian haba yang hebat.

Tetapi silap dan segala-galanya berhenti penting dengan cepat. Kami telah membina reputasi kami pada pek yang hanya berfungsi, tahun demi tahun, dalam keadaan yang akan membunuh sistem yang lebih murah. Itulah yang anda patut cari dalam mana-mana pembekal yang anda nilai.

Soalan? Kami sentiasa gembira untuk bercakap melalui aplikasi tertentu. Itulah tujuan kami di sini.