Apakah Voltan Lebihan?
Mendapat panggilan daripada penyepadu pek di Ohio pada Selasa lalu. Mereka mempunyai pek LFP 14S yang datang semula dari pemasangan solar dengan dua sel membaca 3.91V. LFP. Jangan sekali-kali melihat apa-apa yang melebihi 3.65V dalam penggunaan biasa. Sel-sel itu kelihatan baik dari luar tetapi apabila kami membukanya, kerajang katod telah bertukar menjadi coklat di bahagian tepi. Kerosakan caj berlebihan klasik.
Ternyata mereka menggunakan-pengecas asid plumbum. Pelanggan menukarnya kerana yang asal telah mati. Plumbum-pengecas 48V asid mengeluarkan apungan 58.4V. Pada pek LFP 14S yang berfungsi hingga 4.17V setiap sel. Bukan masalah untuk asid plumbum-. Masalah besar untuk LFP.
Perkara sebegini lebih banyak berlaku daripada orang ramai mengakui.
Voltan lampau bermaksud menolak sel melepasi voltan cas terkadar maksimumnya. Bilangan bergantung kepada kimia. NMC dan NCA mengatasi pada 4.20V. Sesetengah varian NMC-bertenaga tinggi dinilai kepada 4.35V tetapi ia adalah sel khusus dan anda perlu tahu apa yang anda lakukan dengannya. Kimia LFP mempunyai siling 3.65V. LTO adalah sekitar 2.85V. Nombor ini datang daripada lembaran data vendor sel. Abaikan mereka dan anda akan menghadapi masalah.
Degradasi sel dalaman
Apa yang berlaku di dalam sel pada voltan lampau tidaklah rumit. Bahan katod mahu melepaskan oksigen apabila anda memaksa terlalu banyak litium keluar daripadanya. Oksigen itu bertindak balas dengan elektrolit. Sementara itu logam litium mula menyadur pada permukaan anod kerana grafit tidak dapat menyerap ion dengan cukup pantas. Penyaduran adalah buruk kerana dua sebab. Ia adalah kehilangan kapasiti yang tidak dapat dipulihkan dan ia menghasilkan dendrit yang akhirnya boleh memendekkan sel secara dalaman.
Ramai orang berpendapat terdapat margin terbina dalam spesifikasi 4.20V. tidak ada.
Pengeluar sel menetapkan had itu pada titik di mana degradasi menjadi tidak boleh diterima. Pergi ke 4.25V sekali mungkin tidak mengapa. Pergi ke sana setiap kitaran akan membunuh sel dalam beberapa ratus kitaran dan bukannya beberapa ribu. Melangkah melebihi 4.30V dan anda mungkin tidak mendapat beberapa ratus kitaran. Saya telah melihat sel membengkak pada 4.35V selepas satu cas. Bergantung pada sel.
Peranan BMS
BMS sepatutnya menangkap ini. Setiap sel dalam pek mendapat wayar derianya sendiri. Cip AFE membaca semua voltan sel dan membandingkan dengan ambang. Jika mana-mana sel melepasi, pengecasan akan berhenti. Cukup mudah.
Kecuali BMS boleh gagal. Saya telah melihat papan BMS dengan sambungan pateri sejuk pada penyambung wayar deria. Satu sel berhenti melaporkan dan perisian tegar lalai kepada sifar dan bukannya menandakan kerosakan. Saya telah melihat cip AFE yang hanyut daripada kal melebihi suhu. BQ76940 TI umumnya kukuh tetapi BQ76925 yang lebih lama mempunyai masalah dengan peralihan rujukan dalaman. Cip AFE Cina yang lebih murah boleh didapati di mana-mana.
Mengimbangi perkara lebih daripada yang orang fikirkan. Satu pek dengan sepuluh sel dalam siri akan mempunyai beberapa penyebaran dalam kapasiti. Satu sel mencecah cas penuh sebelum yang lain. Jika pengimbangan terlalu perlahan, sel tinggi berada pada 4.20V manakala arus terus mengalir ke dalam pek. Voltan pada sel itu merayap. Dengan pengimbangan pasif anda dihadkan oleh berapa banyak haba yang anda boleh buang melalui perintang berdarah. Kebanyakan reka bentuk menjalankan keseimbangan arus 50mA hingga 100mA. Jika sel anda tidak sepadan dengan lebih daripada beberapa peratus itu mungkin tidak mencukupi.
Pengimbangan aktif memindahkan cas dari sel tinggi ke sel rendah dan bukannya membakarnya. Lebih mahal. Lebih kompleks. Masuk akal untuk pek besar di mana tenaga terbuang bertambah atau untuk aplikasi yang anda tidak boleh bertolak ansur dengan sebarang penyebaran kapasiti.
Reka bentuk pengecas adalah separuh lagi daripada persamaan. Penukar pensuisan dengan peraturan maklum balas yang ceroboh akan melampaui batas pada beban ringan. Saya telah mengukur pengecas yang mengeluarkan 42.5V apabila pek menarik kurang daripada 100mA berhampiran penghujung cas. Separuh volt tambahan yang diedarkan merentasi sepuluh sel ialah 50mV setiap satu. Bukan bencana tetapi ia menambah dengan toleransi yang lain.
Pampasan suhu dalam pengecas juga penting. Sel litium harus mengecas kepada voltan yang lebih rendah apabila panas. Sesetengah pengecas melaraskan titik tetapan CV berdasarkan termistor. Kebanyakan yang murah tidak. Pek yang berada di bawah sinar matahari pada suhu 45C sedang dicas ke 4.20V biasa setiap sel dengan berkesan sedang dicas berlebihan.
Dua lapisan perlindungan lebih baik daripada satu. BMS memantau voltan sel. IC perlindungan sekunder boleh menonton voltan pek dan memotong FET jika berlaku masalah. Untuk pek Ohio yang memulakan keseluruhan perbincangan ini, kedua-duanya tidak wujud. Mereka mempunyai BMS bodoh yang hanya melakukan pengimbangan. Tiada perlindungan. Pelanggan menganggap pengecas akan mengendalikannya. Andaian buruk.
Senarai Semak Reka Bentuk
Jika anda mereka bentuk pek senarai semak adalah agak pendek.
- Gunakan BMS dengan OVP peringkat-sel sebenar.
- Tetapkan ambang dengan sedikit margin, mungkin 4.18V untuk NMC.
- Pastikan pengimbangan dapat mengikuti penyebaran sel anda.
- Layakkan pengecas merentasi sampul operasinya bukan sahaja pada suhu bilik di atas bangku simpanan.
- Tambahkan laluan perlindungan sekunder jika aplikasi membenarkannya.
Pek Ohio sedang dibina semula dengan BMS yang sesuai dan spesifikasi pengecas untuk LFP. Pelajaran yang mahal. Boleh jadi lebih teruk. Tiada siapa yang cedera dan tiada yang terbakar. Itu tidak selalu bagaimana kisah-kisah ini berakhir.
