Apakah Arus Lebihan?

Arus lebihan bermakna bateri diminta untuk menghantar atau menerima lebih banyak arus daripada ia dibina. Semudah itu. Sel menjadi panas, kimia menjadi tertekan, dan keadaan menjadi menyebelahi jika tiada siapa yang masuk.

Saya melihat masalah ini sentiasa dalam pulangan lapangan. Pek datang kembali dengan kesan terbakar, tab cair, sel yang kelihatan halus di luar tetapi mengukur mati secara dalaman. Sembilan daripada sepuluh, seseorang menarik arus terlalu banyak atau perlindungan gagal.

Sel litium mempunyai had keras. Sel yang diberi nilai berterusan 10A akan bertolak ansur dengan 10A sepanjang hari pada suhu bilik. Tolak ke 15A dan suhu dalaman meningkat. Tolak ke 30A dan anda mungkin mempunyai beberapa saat sebelum sesuatu memberi.

Penjanaan haba dalam sel litium mengikut I²R. Rintangan dalaman pada 18650 biasa terletak sekitar 15-30mΩ bergantung pada sel dan umurnya. Jalankan nombor pada sel 25mΩ.

Pada 10A: 10² × 0.025=2.5W Pada 20A: 20² × 0.025=10W Pada 40A: 40² × 0.025=40W

40W itu tidak mempunyai tempat untuk pergi ke dalam tin keluli. Suhu sel meningkat. Elektrolit mula terurai sekitar 80 darjah. Di atas 130 darjah, pemisah boleh gagal. Selepas itu, pelarian haba menjadi kemungkinan sebenar.

Mengecas arus lebih mengikut fizik yang sama tetapi dengan masalah tambahan. Penyaduran litium. Arus cas tolak terlalu tinggi dan mendapan logam litium pada permukaan anod dan bukannya berinterkalasi dengan betul. Penyaduran itu adalah kehilangan kapasiti kekal. Ia juga mewujudkan risiko pembentukan dendrit.

Overcurrent

Seluar pendek luaranberlaku lebih daripada pengilang suka mengakui. Skru longgar dalam kepungan. Kawat yang rosak bergesel dengan bingkai. Kemasukan air mewujudkan laluan konduktif. Saya telah membuat penarikan balik di mana penyambung pek mempunyai kecacatan reka bentuk yang membenarkan pin positif menyentuh tanah kandang semasa pemasukan. Beribu-ribu pek keluar sebelum sesiapa menangkapnya.

Kesalahan bebanmuncul dalam aplikasi alat kuasa sentiasa. Motor berus terhenti pada arus larian 6-8x. Tanpa berus dengan kawalan FOC mengendalikan gerai dengan lebih baik tetapi masih melonjak kuat. Bateri melihat lonjakan itu sama ada pengawal motor melakukan apa-apa mengenainya atau tidak.

Masalah pengecascenderung untuk menjadi halus. Pengecas yang direka untuk pek 4S yang dipalamkan ke dalam pek 3S. Had voltan mungkin masih berfungsi, tetapi profil semasa adalah salah. Atau talian deria pengecas putus dan pengecas hanya menolak arus penuh sehingga sesuatu tersandung.

Sel tidak sepadandalam pek siri adalah berbahaya. Empat sel dalam siri, tiga daripadanya 3000mAh, satu daripadanya sebenarnya 2700mAh kerana ia berada di dalam gudang panas selama enam bulan. Sel lemah itu mencecah cas penuh terlebih dahulu. Tiga yang lain terus menolak. Sel yang lemah itu akan dicas berlebihan, menjana gas, menjadi panas, dan kini anda mempunyai keadaan arus lebih tempatan yang berlaku di dalam sel tunggal manakala voltan pek kelihatan baik.

Akibat serta-merta adalah haba. Arus berlebihan yang berterusan pada penarafan 2x akan menolak kebanyakan sel melepasi 60 darjah dalam masa beberapa minit. Sel itu boleh bertahan, mungkin, tetapi kehidupan kitaran terjejas.

Peristiwa arus lebih berulang menghasilkan kerosakan kumulatif. Lapisan SEI pada anod menebal. Rintangan dalaman menjalar. Kapasiti pudar. Sel yang bermula pada 3000mAh dan 20mΩ mungkin 2400mAh dan 35mΩ selepas 200 kitaran penyalahgunaan. Ia akan membuat 800 kitaran di bawah penggunaan yang betul.

Arus lebihan-keadaan litar pintas-yang teruk boleh menamatkan sel dalam beberapa saat. Arus memuncak pada apa sahaja rintangan dalaman sel menghadkannya. Longkang tinggi-yang dicas penuh 18650 ke dalam pendek keras boleh melihat arus segera 200-300A. Kimpalan tab selalunya merupakan titik kegagalan pertama. Jika tab dipegang, gulung jeli dipanaskan dengan cepat sehingga pembuangan akan menyusul dalam beberapa saat.

Saya telah melihat sel-sel yang melepaskan penutup positif yang dilancarkan di seluruh makmal. Cermin mata keselamatan bukan pilihan semasa menguji tindak balas litar pintas.

Overcurrent

Reka bentuk pek yang baik menggunakan pelbagai mekanisme perlindungan. Tiada peranti tunggal mengendalikan setiap mod kegagalan.

PTCduduk di dalam kebanyakan sel silinder daripada pengeluar terkemuka. Mereka bergerak berdasarkan suhu, bukan semasa secara langsung. PTC mungkin dinilai untuk memegang 7A dan trip pada 15A, tetapi mekanisme perjalanan adalah haba. Masa tindak balas adalah perlahan-beratus-ratus milisaat hingga saat. PTC tidak akan menyelamatkan anda daripada kesukaran. Mereka mengendalikan arus lebihan sederhana dan memberi masa pek untuk menyejukkan.

Fiustiup sekali dan terus ditiup. Fius peringkat pek{1}}bersaiz melebihi arus operasi biasa dengan margin untuk masuk dan sementara. Pek berterusan 10A mungkin menggunakan fius pukulan-pantas 15A. Fius mengosongkan pendek keras lebih cepat daripada PTC, biasanya di bawah 100ms pada arus kerosakan tinggi. Tetapi ia juga membunuh pek secara kekal. Tuntutan jaminan menyusul.

IC perlindunganmemantau arus melalui perintang deria. Bahagian biasa daripada Seiko, TI dan lain-lain menyediakan ambang arus lebih yang boleh diprogramkan melalui perintang luaran atau dikodkan secara dalaman. Kelewatan pengesanan berjalan 8-24ms biasanya. Pengesanan litar pintas adalah lebih pantas, selalunya di bawah 500µs. IC memacu FET luaran untuk memutuskan sambungan pek.

Nilai perintang deria adalah penting. Perintang deria 5mΩ memberikan resolusi yang lebih baik tetapi menurunkan lebih banyak voltan dan menghilangkan lebih banyak kuasa pada arus tinggi. Perintang 2mΩ membazirkan kurang kuasa tetapi memerlukan hujung hadapan yang lebih sensitif. Kebanyakan pek pengguna menggunakan 3-10mΩ bergantung pada kelas semasa.

BMSdalam pek yang lebih besar menambah kecerdasan. Mengehadkan arus aktif dan bukannya hanya perjalanan/tiada{1}}perjalanan. Suhu-ambang pampasan. Pengelogan peristiwa untuk diagnostik. BMS yang baik mengurangkan had lebihan arus apabila suhu sel meningkat, mengekalkan sel dalam tetingkap operasi selamatnya walaupun di bawah beban dinamik.

CIDdalam sel menyediakan-perlindungan mekanikal resort terakhir. Peranti Gangguan Semasa diaktifkan pada pembentukan tekanan dalaman. Pada masa CID pergi, sel telah mengalami tekanan yang ketara. Pengaktifan CID biasanya bermakna sel itu sekerap.

Penarafan lembaran data mengambil syarat tertentu. Samsung 30Q yang dinilai untuk 15A berterusan menganggap ambien 25 darjah dan penyejukan yang mencukupi. Lekatkan sel itu di dalam kepungan bertebat pada ambien 35 darjah dan 15A akan menolaknya melepasi suhu selamat.

Penarafan nadi kelihatan menarik tetapi disertakan dengan rentetan. Satu sel mungkin menuntut 30A selama 10 saat, tetapi itu mengandaikan sel bermula pada 25 darjah dan mempunyai masa untuk menyejukkan sebelum nadi seterusnya. Denyutan-ke-balik tanpa masa pemulihan mengumpul haba sama seperti arus berterusan.

Kadar pengecasan selalunya lebih konservatif daripada kadar pelepasan. Sel yang mengendalikan nyahcas 20A mungkin hanya bertolak ansur dengan caj 4A. Risiko penyaduran litium adalah sebabnya. Sesetengah sel baharu dengan silikon-anod terdop malah lebih sensitif kepada kadar cas.

Umur sel mengubah segala-galanya. Sel baharu dengan rintangan dalaman 20mΩ mengendalikan 20A lebih baik daripada sel-tahun pada 30mΩ. Perlindungan pek hendaklah mengambil kira-tahanan hayat-hayat, bukan hanya spesifikasi sel baharu.

Setiap reka bentuk pek memerlukan pengesahan lebihan arus. Peralatan ujian itu penting.

Beban elektronik perlu menenggelamkan arus lebih cepat daripada tindak balas perlindungan. IC perlindungan dengan kelewatan pengesanan 10ms memerlukan beban yang mencapai arus sasaran di bawah 1ms. Tanjakan muatan perlahan-membolehkan perlindungan berjalan lebih awal dan memberikan keyakinan palsu.

Pengukuran semasa memerlukan lebar jalur. Perintang deria 10mΩ pada 100A memberikan isyarat 1V. Menangkap puncak sebenar memerlukan sekurang-kurangnya lebar jalur 10kHz, sebaik-baiknya lebih. Kuar skop dengan pembumian yang betul mengelakkan masalah bunyi yang memberikan data sampah.

Ujian suhu menangkap masalah reka bentuk yang terlepas ujian suhu bilik. Ambang IC perlindungan hanyut dengan suhu. FET Rds(on) meningkat pada suhu tinggi, menambah penurunan voltan. Perintang deria TCR penting apabila perintang memanas daripada arus kerosakan yang mengalir. Uji pada -20 darjah , +25 darjah dan +55 darjah minimum.

Matriks ujian menjadi besar. Cas lebihan arus, nyahcas lebihan arus, litar pintas. Setiap satu pada tiga suhu. Setiap pada berbilang tahap SOC kerana impedans sel berbeza dengan keadaan cas. Darab dengan saiz sampel untuk keyakinan statistik. Pengesahan menyeluruh menjalankan beratus-ratus ujian.

Overcurrent

UL 2054meliputi pek bateri mudah alih untuk pasaran Amerika Utara. Ujian litar pintas menggunakan pintasan mati selama 10 saat. Pek itu tidak boleh terbakar atau meletup. Suhu dipantau tetapi tiada had khusus dipanggil. Ini adalah bar minimum.

IEC 62133-2terpakai di peringkat antarabangsa. Ujian litar pintas luaran menggunakan kurang daripada 100mΩ jumlah rintangan litar yang dipegang selama satu jam atau sehingga suhu stabil. Lebih ketat daripada UL 2054 pada tempohnya.

PBB 38.3mengawal perkapalan. Ujian 5 memerlukan pendek melalui kurang daripada 0.1Ω. Sel atau bateri tidak boleh dibuka atau terbakar. Yang ini penting kerana gagal UN 38.3 bermakna produk anda tidak boleh diangkut secara sah.

SAE J2464meliputi aplikasi EV dengan keperluan yang lebih ketat. Rintangan litar pintas menurun kepada 5mΩ dan kriteria terma/mekanikal adalah lebih khusus.

Lulus ujian ini tidak bermakna reka bentuk perlindungan adalah baik. Ini bermakna reka bentuk perlindungan adalah mencukupi untuk pensijilan. Penyalahgunaan-dunia sebenar boleh melebihi syarat ujian.

Tolok wayar sentiasa muncul. Wayar bersaiz kecil menambah rintangan dan menghasilkan haba pada sambungan. Wayar itu sendiri mungkin mengendalikan arus, tetapi terminal berkelim atau sambungan pateri menjadi titik panas. Pek yang dikembalikan kerana "kegagalan bateri" selalunya menunjukkan terminal wayar yang terbakar semasa sel dalam keadaan baik.

Pemilihan penyambung adalah satu lagi titik lemah. Penyambung XT60 dinilai untuk 60A berterusan, kononnya. Penilaian itu menganggap kelim sempurna dan kenalan bersih. Dalam amalan, dikurangkan sebanyak 30-40% untuk kebolehpercayaan. Anderson Powerpoles mempunyai pertimbangan yang sama.

Kimpalan tab pada sel memerlukan perhatian. Kimpalan yang baik mempunyai rintangan yang rendah dan kekuatan mekanikal. Kimpalan sejuk kelihatan baik tetapi gagal di bawah getaran atau kitaran haba. Kimpalan yang terbakar telah merosakkan tin dan mencipta tempat yang lemah. Jadual kimpalan memerlukan pengesahan dengan ujian tarik dan pengukuran rintangan.

Pengurusan terma terikat dengan keupayaan arus lebihan. Pek dengan penyejukan aktif boleh mengekalkan arus yang lebih tinggi daripada pek tertutup tanpa aliran udara. Sesetengah reka bentuk menggunakan termistor pada sel untuk mencetuskan pengurangan semasa sebelum suhu menjadi kritikal.

Arus lampau membunuh bateri litium. Kadang cepat, kadang lambat, tetapi sentiasa merosakkan. Had semasa wujud atas sebab-sebab yang berkaitan dengan fizik dan kimia, bukan konservatisme sewenang-wenangnya.

Perlindungan yang baik memerlukan beberapa lapisan kerana setiap jenis perlindungan mempunyai kelemahan. PTC lambat. Fius ialah satu-tembakan. IC bergantung pada ketepatan deria. BMS menambah kos dan kerumitan. CID bermakna sel sudah rosak.

Ujian perlu menggambarkan keadaan penggunaan sebenar dan senario penyalahgunaan. Lulus ujian pensijilan adalah perlu tetapi tidak mencukupi.

Pilihan reka bentuk pek-wayar, penyambung, haba, jidar-menentukan sama ada perlindungan itu benar-benar melindungi atau hanya kelihatan baik di atas kertas.

Sel yang saya percayai datang daripada pengeluar dengan kualiti yang konsisten dan data yang diterbitkan. Pek yang saya percayai menggunakan litar perlindungan daripada vendor terkemuka dengan reka bentuk aplikasi yang betul. Segala-galanya dirawat dengan berhati-hati sehingga terbukti sebaliknya.