Що таке захист акумулятора?

Дозвольте мені бути відвертим наперед: більшість пожеж акумуляторів, які ми бачили в цій галузі, не були загадковими. Вони були передбачуваними. Хтось пропустив захисний шар, щоб заощадити 50 доларів США, або менеджер із закупівель вибрав найдешевший BMS на Alibaba, або-і це трапляється частіше, ніж ви думаєте-оператор навантажувача залишив річ заряджатися на ніч у сараї без вентиляції влітку.

Захист акумулятора – це не якась абстрактна інженерна концепція. Це набір обладнання, програмного забезпечення та варіантів дизайну, які запобігають перетворенню вашої акумуляторної батареї вартістю 15 000 доларів США на страхову вимогу на 150 000 доларів США. Або ще гірше.

Ми створюємо пакети LiFePO4 для обробки матеріалів і промислових транспортних засобів уже більше десяти років. Ця стаття містить усе, про що ми б хотіли, щоб хтось сказав нам, коли ми починали-, а також кілька дорогих уроків, які ми засвоїли важким шляхом.

Призматичні комірки промислового класу потребують надійних систем моніторингу.

Чому LiFePO4 і чому він все ще потребує захисту

Ось запитання, яке ми постійно отримуємо від клієнтів: «Я думав, що фосфат літію заліза — це безпечна хімія. Навіщо мені всі ці засоби захисту?»

Чесна точка. LiFePO4 справді безпечніший, ніж NCM або NCA. Кристалічна структура олівіну не вивільняє кисень, коли стає гарячою, а це означає, що вона не буде підживлювати власний вогонь, як це може зробити потрійна хімія. Ми провели випробування на проникнення цвяхів на клітинах від п’яти різних постачальників-LiFePO4-елементи зазвичай досягають 150 градусів і просто сидять і курять. Клітини NCM в одному тесті? Ми бачили 600 градусів + і справжнє полум’я.

Але «безпечніше» не означає «безпечніше». У 2021 році у нас був клієнт-логістичної компанії в Гуандуні-, який вважав, що LiFePO4 означає, що їм не потрібен моніторинг температури. Зекономив, можливо, 800 юанів на упаковці. Потім настав серпень, температура на складі досягла 45 градусів, система заряджання не мала теплового зниження, і вони закінчили з трьома роздутими пачками та однією, яка справді вентилювалася. Ніхто, на щастя, не постраждав. Але зараз вони є нашими клієнтами з найбільшим ентузіазмом щодо повнофункціональної BMS.

Те, що насправді спричиняє пожежі

Побачивши десятки польових збоїв (наших і конкурентів), ось що насправді пішло не так:

70% проблем – це зарядка.Не розряджається, не{0}}заряджається. зокрема:

• Заряджання нижче 0 градусів без-захисту від низьких температур. Літієві пластини на анод замість належного інтеркалювання. Ви не бачите, як це відбувається. Через півроку внутрішнє коротке замикання, теплова втеча. Наш клієнт у Харбіні дізнався про це дорого.
• Перезаряд, оскільки вимірювання напруги BMS відхилилося, і ніхто цього не помітив. Осередки, розраховані на 3,65 В, підвищуються до 3,8 В кожного циклу. Три місяці добре працює, а одного разу не працює.
• Зарядний пристрій-Помилка зв’язку BMS. Зарядний пристрій вважає, що заряд батареї 50% SOC, насправді батарея становить 95%. Повний струм у майже-повну упаковку. Погані часи.

Клітинний дисбаланс, за яким ніхто не стежить.У пакеті 16S, якщо один елемент має меншу ємність на 50 мАг, ніж інші, він досягне 100% SOC раніше пакета. Продовжуйте циклювати без балансування, щоразу цей елемент перезаряджається. Ми бачили пакети, які поверталися на гарантію, де одна комірка мала напругу 3,9 В, а решта — 3,5 В. Це пожежа, яка чекає, щоб статися.

Механічні пошкодження, які шкодять сепаратору.Навантажувачі врізаються в речі. Це просто реальність. Якщо удар пошкоджує внутрішні клітини-навіть якщо зовнішній огляд виглядає добре-ви можете отримати затримку внутрішнього короткого замикання. Ось чому ми специфікуємо сталеві корпуси для навантажувачів, а не алюміній. Так, він важчий. Так, воно того варте.

Активний захист: запобігання запуску проблем

У промисловості цей захист поділяється на «активний» і «пасивний». Активний означає запобігання поганим речам. Пасивний означає контроль пошкоджень, коли вони все одно стаються.

Почніть з самих клітин

Звучить очевидно, але: купуйте хороші клітини. Протягом багатьох років ми перевіряли клітини від 20 різних постачальників. Різниця в якості справді шокує. Ті самі номінальні характеристики, зовсім інша поведінка під час тестування на зловживання.

На що звернути увагу, якщо ви оцінюєтепостачальник промислових літієвих батарей:

• Попросіть відео тесту на проникнення цвяхів. Не таблиці даних-справжні відео. Гарні клітини димлять і шиплять. Погані клітини реактивне полум'я.
• Перевірте характеристики сепаратора. Сепаратори з керамічним-покриттям набагато краще справляються з термічними навантаженнями. У 2019 році ми перейшли виключно на керамічне-покриття після того, як погана партія звичайних сепараторів призвела до трьох збоїв у роботі за один квартал.
• Електролітні добавки мають значення. Вогнезахисні добавки, добавки для захисту від надмірного заряду-це не маркетинг, це різниця між елементом, який виходить з ладу плавно, і тим, який виходить з ладу різко.

Ми витратили два роки на кваліфікацію нашого поточного постачальника клітин. Чотири рази був на заводі. Спостерігав за процесом контролю якості. Це нудна робота, але тому ми спимо вночі.

BMS — це мозок батареї, який контролює напругу, струм і температуру.

BMS: мозок, який підтримує все живе

Будьте правдивими-BMS може бути чим завгодно: від однокристального-рішення за 15 доларів США до багатоплатної-системи з резервуванням за 500 доларів США. Ви отримуєте те, за що платите.

Проблеми з дешевим BMS, які ми бачили:

• Точність вимірювання напруги ±30мВ. Для елемента з 100 мВ між «повним» і «небезпечно перезарядженим» це недостатньо добре.
• Немає балансування осередків або лише пасивне балансування. Пасивне балансування при 50 мА займає буквально тижні, щоб усунути значний дисбаланс.
• Конструкції з-точкою--відмови. Один MOSFET вмирає, вся упаковка незахищена.
• Немає датчиків температури або один датчик на всю упаковку. Теплові градієнти всередині акумулятора потужністю 20 кВт/год можуть легко досягати 15 градусів. Один датчик нічого не скаже.

Що робить правильний BMS:

• Контролює напругу кожного елемента окремо. Не рівень-модуля, рівень-комірок.
• Активне балансування при значних струмах (на наших пакетах працює 1А+)
• Кілька датчиків температури з реєстрацією положення
• Датчик струму достатньо точний, щоб виконати справжній підрахунок у кулонах
• Зв'язок із зарядним пристроєм для координованого захисту
• Резервне копіювання обладнання відключається незалежно від основного процесора

Різниця в ціні між сміттєвою BMS і правильною може становити 200-300 доларів США за комплект навантажувача. Пакет коштує 8 доларів,000+. Навантажувач коштує 30 доларів,000+. Склад, на якому він стоїть, коштує... ви бачите, куди це веде.

Коли клієнти звертаються до нас за порадою щодо виборувиробник літієвих батарей, ми їм кажемо: запитуйте про BMS. Попросіть показати схему. Якщо вам не покажуть, ідіть геть.

Контроль зарядки: де насправді починається більшість пожеж

Ми вже згадували про це, але варто повторити. Зарядка небезпечна.

Ось як виглядає належний захист від зарядки:

Зарядка-з температурною компенсацією.Нижче 0 градусів? Не заряджайте або заряджайте при різко зниженому струмі. Вище 45 градусів? Та сама угода. Це не обов'язково. Наші стандартні пакети навіть не сприймають заряд нижче -10 градусів - BMS просто відмовляється замикати зарядний контактор.

Додаткова примітка: у нас були продавці, які обіцяли клієнтам «можливість заряджання при -20 градусах», а потім інженери повинні пояснити, чому цього не відбувається. Покрытие літієм — литирование. Фізиці байдуже ваші продажі.

Кінець-на основі напруги з запасом.Якщо максимальна напруга елементів становить 3,65 В, ми закінчуємо на 3,60 В. Так, ви втрачаєте, можливо, 2-3% корисної ємності. Ти теж не підривайся. Хороший компроміс.

Пасивний захист: коли все одно йде не так

Подивіться, ми можемо побудувати найкращі системи захисту в світі, і все одно час від часу дасть збій. Вантажівка проїжджає через ваш акумулятор. Повінь замикає електроніку. Хтось ігнорує кожне попередження і примусово заряджає при -30 градусах, тому що доставка має піти.

Пасивний захист — це обмеження шкоди, коли активний захист не працює.

Теплові бар'єри

Між клітинами, між модулями та навколо зовнішнього вигляду упаковки. Мета полягає не в тому, щоб зупинити тепловий витік-як тільки він починається, він йде. Мета полягає в тому, щоб сповільнити розповсюдження, щоб у вас був час відреагувати.

Ми використовуємо комбінацію листів з керамічного волокна між модулем і аерогелевими ковдрами на внутрішніх стінах. Не дешево. Але коли одна клітина вимикається, сусідні клітини мають додаткові 30-60 секунд, перш ніж вони досягнуть критичної температури. Часто цього часу достатньо для активації систем придушення або для того, щоб пакет від’єднався та безпечно вентилювався.

Для тих, хто отримує від aПостачальник рішень для батарей LiFePO4, запитайте про характеристики теплового бар’єру. Якщо вони не можуть повідомити вам теплопровідність і стійкість до займання їхніх бар’єрних матеріалів, це червоний прапорець.

Гасіння пожежі

Для високо-інсталяцій вам потрібне спеціальне придушення. Стандартні вогнегасники погано працюють на літієвих батареях-пожежа внутрішня, викликана-реакціями самонагрівання, які вода не може зупинити.

Ми працювали з системами придушення, які використовують агенти на основі-перфторгексанону. Вони охолоджують клітини, хімічно перешкоджаючи горінню. Не ідеально, але значно краще, ніж спроба розпилення CO2 під час внутрішньої хімічної реакції.

Але справжні розмови: придушення є крайнім засобом. Якщо ваша система придушення активується, ваша батарея вже розряджена. На цьому етапі ви просто обмежуєте побічний збиток. Краще ніколи не потребувати.

Конструкція корпусу

Корпус повинен виконати кілька дій:

• Зберігайте будь-які гази, що виділяються, і направляйте їх подалі від людей
• Пережити механічне зловживання (пакети навантажувача падають, б’ються, натикаються на речі)
• Зберігайте рейтинг IP навіть після ударів
• Дозволяє розсіювати тепло під час нормальної роботи, утримуючи тепло під час термічних подій

Ми специфікуємо сталеві корпуси зі спрямованими вентиляційними шляхами для всіх наших навантажувачів. Вентиляційний шлях має значення-ви не хочете, щоб перегрітий газ спрямовувався на оператора або на легкозаймисті матеріали.

Діагностика несправностей: виявлення проблем до того, як вони перетворяться на пожежу

Це те, що відрізняє серйозні акумуляторні системи від дешевих.

-Моніторинг у реальному часі виявляє безпосередні небезпеки-зниження напруги під час розряду означає, що щось замкнуто; стрибок температури під час зарядки означає, що щось не так. Вони потребують негайної захисної реакції.

Але цінним є аналіз тенденцій. Комірка, яка постійно на 5 градусів тепліша за своїх сусідів, ймовірно, має підвищений внутрішній опір. Сьогодні це не небезпечно. Це буде через півроку. Хороший BMS реєструє ці дані, позначає тенденцію та дає змогу вирішити її під час планового технічного обслуговування замість пожежі на складі.

Ми щомісяця збираємо дані про всі-розгорнуті пакети. Ми принаймні дюжину разів ловили розвиток несправностей, які, якби їх проігнорували, перетворилися б на польові збої. Одна упаковка показала, що один елемент дрейфував на 20 мВ протягом трьох місяців. Витягнув його, оглянув, виявив ранню-деградацію сепаратора. Замінив модуль, пакет все ще працює добре через два роки.

Якщо ви говорите з потенційнимлітієвий акумулятор OEM партнер, запитайте про їх діагностичні можливості. Попросіть переглянути зразки звітів із даними про автопарк. Якщо вони не можуть показати вам дані аналізу тенденцій і прогнозованого технічного обслуговування, їх BMS, ймовірно, лише виконує базовий пороговий моніторинг-, який є мінімальним.

Стандарти та що вони насправді означають

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 – ви побачите ці сертифікати всюди. Ось незручна правда: виконання цих стандартів означає, що ваш акумулятор відповідає мінімальним вимогам. Це не означає, що це добре.

Ми протестували пакети конкурентів, які мали всі сертифікати, але все ж не пройшли базові тести на зловживання, які проводимо-власно. Стандарти – це підлога, а не стеля.

Тим не менш, якщо постачальник не може показати вам ці сертифікати, втікайте. Це настільні ставки. Тільки не вважайте, що сертифікація означає якість.

Наше внутрішнє тестування виходить за рамки стандартних вимог. Нижні температурні межі. Вищий струм зловживання. Розширений термоцикл. Ми хочемо знати, як наші пакети зазнають невдачі, а не тільки те, що вони пройшли певний тест.

Для клієнтів, яким потрібні спеціальні конфігурації-незвичайні напруги, специфічні форм-фактори, інтеграція з фірмовими системами-праця звиробник літієвих батарей на замовленняхто проводить таке розширене тестування, вартий премії. Сертифікація говорить вам, що упаковка відповідає коду. Розширене тестування підкаже вам, як це насправді працюватиме у вашій програмі.

Що ми насправді рекомендуємо

Після всього цього, що вам насправді робити, якщо ви вибираєте батареї для промислового застосування?

Чесно кажучи, ця галузь стала набагато кращою за останні п’ять років. Коли ми починали, половина упаковок на ринку були в основному бомбами уповільненої дії. Зараз більшість серйозних постачальників створюють досить безпечні системи. Але «достатньо безпечний» усе ще залишає місце для такого-скорочення витрат, яке спричиняє пожежі. Ваше завдання полягає в тому, щоб з’ясувати, які постачальники справді виконують роботу, а які просто ставлять галочки.

Безпека батареї не сексуальна. Це поганий маркетинг. Ніхто ніколи не купував вилковий навантажувач, оскільки батарея мала великий опір розповсюдженню тепла.

Але зробіть це неправильно, і все інше досить швидко втрачає значення. Ми побудували нашу репутацію на пакетах, які просто працюють, рік за роком, в умовах, які вбили б дешевші системи. Це те, що ви повинні шукати в будь-якому постачальнику, якого ви оцінюєте.

Запитання? Ми завжди раді обговорити конкретні програми. Ось для цього ми тут.