แรงดันไฟฟ้าเกินคืออะไร?
ได้รับโทรศัพท์จากผู้รวบรวมแพ็คสินค้าในโอไฮโอเมื่อวันอังคารที่แล้ว พวกเขามีชุด 14S LFP ที่กลับมาจากการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ โดยมีเซลล์สองเซลล์อ่านค่าไฟ 3.91V แอลเอฟพี. ไม่ควรเห็นสิ่งใดเกิน 3.65V ในการใช้งานปกติ เซลล์เหล่านี้ดูดีเมื่อมองจากภายนอก แต่เมื่อเราเปิดเซลล์หนึ่งออก ฟอยล์แคโทดก็กลายเป็นสีน้ำตาลที่ขอบ ความเสียหายจากการชาร์จไฟแบบคลาสสิก
ปรากฎว่าพวกเขาใช้เครื่องชาร์จกรดตะกั่ว- ลูกค้าเปลี่ยนเพราะตัวเดิมเสีย ที่ชาร์จตะกั่ว-กรด 48V จ่ายไฟได้ 58.4V แบบลอย บนแพ็ค 14S LFP ที่ทำงานได้ถึง 4.17V ต่อเซลล์ ไม่ใช่ปัญหาสำหรับกรดตะกั่ว- ปัญหาใหญ่สำหรับ LFP
เรื่องแบบนี้เกิดขึ้นมากกว่าที่คนยอมรับ
แรงดันไฟฟ้าเกินหมายถึงการดันเซลล์ให้เกินแรงดันไฟฟ้าประจุสูงสุดที่กำหนด จำนวนขึ้นอยู่กับเคมี NMC และ NCA สูงสุดที่ 4.20V NMC พลังงานสูงบางรุ่น-ได้รับการจัดอันดับที่ 4.35V แต่เป็นเซลล์พิเศษ และคุณจำเป็นต้องรู้ว่าคุณกำลังทำอะไรกับเซลล์เหล่านั้น เคมีของ LFP มีเพดาน 3.65V LTO อยู่ที่ประมาณ 2.85V ตัวเลขเหล่านี้มาจากเอกสารข้อมูลผู้จำหน่ายเซลล์ เพิกเฉยต่อพวกเขาแล้วคุณจะมีปัญหา
ความเสื่อมของเซลล์ภายใน
สิ่งที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าเกินนั้นไม่ซับซ้อน วัสดุแคโทดต้องการปล่อยออกซิเจนเมื่อคุณดันลิเธียมออกมามากเกินไป ออกซิเจนนั้นทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ ในขณะเดียวกันโลหะลิเธียมก็เริ่มชุบบนพื้นผิวขั้วบวกเนื่องจากกราไฟท์ไม่สามารถดูดซับไอออนได้เร็วพอ การชุบไม่ดีด้วยเหตุผลสองประการ เป็นการสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ และสร้างเดนไดรต์ที่ในที่สุดอาจทำให้เซลล์สั้นลงภายในได้
หลายๆ คนคิดว่ามีส่วนต่างอยู่ในข้อมูลจำเพาะ 4.20V ไม่มี.
ผู้ผลิตเซลล์กำหนดขีดจำกัดนั้น ณ จุดที่การย่อยสลายกลายเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ ไปที่ 4.25V ครั้งเดียวก็น่าจะโอเค การไปที่นั่นทุกรอบจะฆ่าเซลล์ภายในไม่กี่ร้อยรอบแทนที่จะเป็นสองสามพันรอบ สูงกว่า 4.30V และคุณอาจไม่ถึงร้อยรอบ ฉันเคยเห็นเซลล์ขยายตัวขึ้นที่ 4.35V หลังจากการชาร์จเพียงครั้งเดียว ขึ้นอยู่กับเซลล์
บทบาทของ BMS
BMS น่าจะจับเรื่องนี้ได้ ทุกเซลล์ในชุดจะมีสายสัมผัสของตัวเอง ชิป AFE อ่านแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ทั้งหมดและเปรียบเทียบกับเกณฑ์ หากเซลล์ใดเกิน การชาร์จจะหยุดลง ค่อนข้างง่าย
ยกเว้น BMS สามารถล้มเหลวได้ ฉันเคยเห็นบอร์ด BMS ที่มีข้อต่อบัดกรีเย็นบนขั้วต่อสายสัมผัส เซลล์หนึ่งหยุดการรายงานและเฟิร์มแวร์จะมีค่าเริ่มต้นเป็นศูนย์แทนที่จะแจ้งข้อผิดพลาด ฉันเคยเห็นชิป AFE ที่ลอยออกจากแคลเกินอุณหภูมิ โดยทั่วไป BQ76940 ของ TI นั้นแข็งแกร่ง แต่ BQ76925 รุ่นเก่ามีปัญหากับการเปลี่ยนการอ้างอิงภายใน ชิป AFE จีนที่ราคาถูกกว่าสามารถหาได้ทุกที่
การสร้างสมดุลเรื่องมากกว่าที่คนคิด แพ็คที่มีสิบเซลล์ต่ออนุกรมกันจะมีความจุแบบกระจายบ้าง เซลล์หนึ่งชาร์จเต็มก่อนเซลล์อื่น หากการทรงตัวช้าเกินไป เซลล์สูงจะอยู่ที่ 4.20V ในขณะที่กระแสไหลเข้าสู่แพ็ค แรงดันไฟฟ้าบนเซลล์นั้นคืบคลานขึ้น ด้วยการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ คุณจะถูกจำกัดด้วยปริมาณความร้อนที่คุณสามารถถ่ายเทผ่านตัวต้านทานเลือดออกได้ การออกแบบส่วนใหญ่ใช้กระแสไฟสมดุล 50mA ถึง 100mA หากเซลล์ของคุณไม่ตรงกันมากกว่าสองสามเปอร์เซ็นต์ นั่นอาจไม่เพียงพอ
การปรับสมดุลแบบแอคทีฟจะย้ายประจุจากเซลล์สูงไปยังเซลล์ต่ำ แทนที่จะเผาทิ้ง มีราคาแพงกว่า ซับซ้อนมากขึ้น เหมาะสมสำหรับบรรจุภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่มีพลังงานสิ้นเปลืองเพิ่มขึ้น หรือสำหรับการใช้งานที่คุณไม่สามารถทนต่อการกระจายความจุใดๆ ได้
การออกแบบเครื่องชาร์จถือเป็นอีกครึ่งหนึ่งของสมการ สวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์ที่มีการควบคุมการป้อนกลับที่เลอะเทอะจะโอเวอร์โหลดเมื่อมีโหลดน้อย ฉันได้ตรวจวัดเครื่องชาร์จที่จ่ายไฟ 42.5V เมื่อแบตเตอรี่จ่ายไฟน้อยกว่า 100mA เมื่อใกล้จะหมดประจุ ครึ่งโวลต์พิเศษที่กระจายไปทั่วสิบเซลล์คือ 50mV ต่อเซลล์ ไม่ใช่หายนะแต่รวมเข้ากับความอดทนอื่นๆ ด้วย
การชดเชยอุณหภูมิในเครื่องชาร์จก็มีความสำคัญเช่นกัน เซลล์ลิเธียมควรชาร์จด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเมื่อร้อน ที่ชาร์จบางรุ่นจะปรับการตั้งค่า CV ตามเทอร์มิสเตอร์ ของถูกส่วนใหญ่ไม่มี กระเป๋าที่วางอยู่กลางแดดที่อุณหภูมิ 45C และชาร์จไปที่ 4.20V ปกติต่อเซลล์นั้นกำลังถูกชาร์จมากเกินไปอย่างมีประสิทธิภาพ
การป้องกันสองชั้นย่อมดีกว่าชั้นเดียว BMS จะคอยดูแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ ไอซีป้องกันรองสามารถดูแรงดันไฟฟ้าของแพ็คและตัด FET หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น สำหรับกลุ่มโอไฮโอที่เริ่มต้นการสนทนาทั้งหมดนี้ ไม่มีอยู่จริงทั้งคู่ พวกเขามี BMS โง่ๆ ที่แค่ปรับสมดุลเท่านั้น ไม่มีการป้องกัน ลูกค้าสันนิษฐานว่าที่ชาร์จน่าจะจัดการได้ สมมติฐานที่ไม่ดี
รายการตรวจสอบการออกแบบ
หากคุณกำลังออกแบบแพ็ค รายการตรวจสอบจะค่อนข้างสั้น
- ใช้ BMS กับ OVP ระดับเซลล์-จริง
- กำหนดเกณฑ์ด้วยระยะขอบบางส่วน อาจเป็น 4.18V สำหรับ NMC
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการปรับสมดุลสามารถตามการแพร่กระจายของเซลล์ของคุณได้
- ตรวจสอบคุณสมบัติของเครื่องชาร์จทั่วทั้งขอบเขตการใช้งาน ไม่ใช่แค่ที่อุณหภูมิห้องบนม้านั่งเท่านั้น
- เพิ่มเส้นทางการป้องกันรองหากแอปพลิเคชันเหมาะสม
ชุดอุปกรณ์โอไฮโอกำลังได้รับการสร้างขึ้นใหม่ด้วย BMS ที่เหมาะสมและข้อกำหนดเครื่องชาร์จสำหรับ LFP บทเรียนราคาแพง อาจจะแย่กว่านี้ก็ได้ ไม่มีใครได้รับบาดเจ็บและไม่มีอะไรถูกไฟไหม้ เรื่องราวเหล่านี้ไม่ได้จบลงอย่างไรเสมอไป
