Çfarë është mbirryma?

Mbirryma do të thotë që baterisë i kërkohet të japë ose pranojë më shumë rrymë sesa është ndërtuar. Sa e thjeshtë. Qeliza nxehet, kimia stresohet dhe gjërat shkojnë anash nëse askush nuk ndërhyn.

Këtë problem e shoh vazhdimisht në kthimet në terren. Paketat kthehen me gjurmë të djegura, skeda të shkrira, qeliza që duken mirë nga jashtë, por maten të vdekura nga brenda. Nëntë nga dhjetë herë, dikush tërhoqi shumë rrymë ose mbrojtja dështoi.

Qelizat e litiumit kanë kufij të fortë. Një qelizë e vlerësuar për 10A të vazhdueshme do të tolerojë 10A gjatë gjithë ditës në temperaturën e dhomës. Shtyjeni atë në 15A dhe temperatura e brendshme rritet. Shtyjeni atë në 30A dhe keni ndoshta sekonda para se diçka të japë.

Gjenerimi i nxehtësisë në një qelizë litiumi ndjek I²R. Rezistenca e brendshme në një 18650 tipik qëndron rreth 15-30 mΩ në varësi të qelizës dhe moshës së saj. Ekzekutoni numrat në një qelizë 25mΩ.

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

Ajo 40 W nuk ka ku të futet brenda një kanaçe çeliku. Temperatura e qelizave rritet. Elektroliti fillon të shpërbëhet rreth 80 gradë. Mbi 130 gradë, ndarësi mund të dështojë. Pas kësaj, ikja termike bëhet një mundësi reale.

Mbirryma e karikimit ndjek të njëjtën fizikë, por me një problem shtesë. Veshje me litium. Shtyni rrymën e ngarkimit shumë të lartë dhe depozitat e metalit të litiumit në sipërfaqen e anodës në vend që të ndërlidhen siç duhet. Kjo veshje është humbje e përhershme e kapacitetit. Gjithashtu krijon rrezik të formimit të dendriteve.

Overcurrent

Pantallona të shkurtra të jashtmendodh më shumë nga sa duan të pranojnë prodhuesit. Një vidë e lirshme në një mbyllje. Një tel i dëmtuar që fërkohet me një kornizë. Hyrja e ujit duke krijuar një shteg përçues. Kam punuar në një tërheqje ku lidhësi i paketës kishte një të metë dizajni që lejonte kunjin pozitiv të kontaktonte tokën e mbylljes gjatë futjes. Mijëra tufa dolën përpara se dikush ta kapte atë.

Defektet e ngarkesësshfaqen vazhdimisht në aplikacionet e veglave elektrike. Motorët e krehur ngecin me rrymë 6-8x. Furça pa furçë me kontrollin FOC i trajton më mirë stallat, por ende ngrihet fort. Bateria e sheh atë kulm nëse kontrolluesi i motorit bën ndonjë gjë për të apo jo.

Probleme me karikuesinpriren të jenë delikate. Një karikues i krijuar për një paketë 4S të lidhur në një paketë 3S. Kufijtë e tensionit mund të funksionojnë ende, por profili aktual është i gabuar. Ose linja e ndjesisë së karikuesit prishet dhe ngarkuesi thjesht shtyn rrymën e plotë derisa diçka të fiket.

Mospërputhja e qelizavenë pako seri është tinëzare. Katër qeliza në seri, tre prej tyre 3000 mAh, njëra prej tyre në fakt 2700 mAh sepse qëndroi në një depo të nxehtë për gjashtë muaj. Ajo qelizë e dobët godet së pari ngarkesën e plotë. Tre të tjerët vazhdojnë të shtyjnë. Ajo qelizë e dobët mbingarkohet, gjeneron gaz, nxehet dhe tani ju keni një gjendje të mbirrymës lokale që ndodh brenda një qelize të vetme ndërsa tensioni i paketës duket i mirë.

Pasoja e menjëhershme është nxehtësia. Mbirryma e qëndrueshme me vlerësim 2x do të shtyjë shumicën e qelizave të kalojnë 60 gradë brenda pak minutash. Qeliza mbijeton, ndoshta, por jeta e ciklit merr një goditje.

Ngjarjet e përsëritura të mbirrymës krijojnë dëme kumulative. Shtresa SEI në anodë trashet. Rezistenca e brendshme rritet. Kapaciteti zbehet. Një qelizë që fillon me 3000mAh dhe 20mΩ mund të jetë 2400mAh dhe 35mΩ pas 200 cikleve abuzive. Do të kishte bërë 800 cikle nën përdorimin e duhur.

Mbirryma e rëndë-Kushtet e qarkut të shkurtër-mund të mbyllin një qelizë në sekonda. Rryma arrin kulmin në çdo gjë që rezistenca e brendshme e qelizës e kufizon atë. Një 18650 i ngarkuar plotësisht- në një rrymë të menjëhershme mund të shohë 200-300A. Saldimet e skedave janë shpesh pika e parë e dështimit. Nëse skedat qëndrojnë, roleta e pelte nxehet aq shpejt sa ajrimi pason brenda sekondave.

Kam parë qeliza që ajrosnin aq fort kapakun pozitiv të lëshuar nëpër laborator. Syzet e sigurisë nuk janë opsionale kur testoni reagimin e qarkut të shkurtër.

Overcurrent

Dizajni i mirë i paketimit përdor mekanizma të shumëfishtë mbrojtës. Asnjë pajisje e vetme nuk trajton çdo mënyrë dështimi.

PTC-tëuluni brenda shumicës së qelizave cilindrike nga prodhuesit me reputacion. Ata lëvizin në bazë të temperaturës, jo rrymës direkt. Një PTC mund të vlerësohet të mbajë 7A dhe të lëvizë në 15A, por mekanizmi i udhëtimit është termik. Koha e përgjigjes është e ngadaltë-qindra milisekonda në sekonda. PTC-të nuk do t'ju shpëtojnë nga një short i vështirë. Ata trajtojnë mbirrymë të moderuar dhe i japin paketës kohë të ftohet.

Siguresatfryj një herë dhe rri i fryrë. Siguresat e nivelit të paketës- kanë përmasa mbi rrymën normale të funksionimit me diferencë për hyrje dhe kalim. Një paketë e vazhdueshme 10A mund të përdorë një siguresë të shpejtë-15A. Siguresa pastrohet më shpejt se një PTC, zakonisht nën 100ms në rryma të larta defekti. Por gjithashtu vret paketën përgjithmonë. Pasojnë pretendimet për garanci.

IC-të e mbrojtjesmonitoroni rrymën përmes një rezistence sensuale. Pjesët e zakonshme nga Seiko, TI dhe të tjera ofrojnë pragje të mbirrymës të programueshme përmes rezistorëve të jashtëm ose të koduar nga brenda. Vonesat e zbulimit zakonisht shkojnë 8-24 ms. Zbulimi i qarkut të shkurtër është më i shpejtë, shpesh nën 500µs. IC drejton FET të jashtëm për të shkëputur paketën.

Vlera e rezistencës shqisore ka rëndësi. Një rezistencë me sens 5mΩ jep rezolucion më të mirë, por ul më shumë tension dhe shpërndan më shumë energji në rryma të larta. Një rezistencë 2 mΩ harxhon më pak energji, por ka nevojë për një pjesë të përparme më të ndjeshme. Shumica e paketave të konsumit përdorin 3-10 mΩ në varësi të klasës aktuale.

BMSnë pako më të mëdha shton inteligjencën. Kufizim i rrymës aktive dhe jo thjesht udhëtim/pa-udhëtim. Pragjet e kompensuara të temperaturës-. Regjistrimi i ngjarjeve për diagnostikim. Një BMS e mirë redukton kufijtë e mbirrymës ndërsa temperatura e qelisë rritet, duke i mbajtur qelizat në dritaren e tyre të sigurt të funksionimit edhe nën ngarkesa dinamike.

CID-tëbrenda qelizave ofrojnë mbrojtje mekanike-. Pajisja e ndërprerjes aktuale aktivizohet me rritjen e presionit të brendshëm. Në kohën kur një CID udhëton, qeliza tashmë ka përjetuar stres të konsiderueshëm. Aktivizimi i CID zakonisht nënkupton që qeliza është skrap.

Vlerësimet e të dhënave supozojnë kushte specifike. Një Samsung 30Q i vlerësuar për 15A të vazhdueshme supozon 25 gradë ambient dhe ftohje adekuate. Ngjiteni atë qelizë brenda një mbylljeje të izoluar në 35 gradë ambienti dhe 15A do ta shtyjë atë të kalojë temperaturat e sigurta.

Vlerësimet e pulsit duken tërheqëse, por vijnë me vargje të bashkangjitura. Një qelizë mund të pretendojë 30A për 10 sekonda, por kjo supozon se qeliza filloi në 25 gradë dhe ka kohë të ftohet përpara pulsit tjetër. Impulset pa kohë rikuperimi akumulojnë nxehtësi njësoj si rryma e vazhdueshme.

Normat e tarifimit janë shpesh më konservatore sesa normat e shkarkimit. Një qelizë që trajton shkarkimin 20A mund të tolerojë vetëm ngarkesë 4A. Arsyeja është rreziku i veshjes së litiumit. Disa qeliza më të reja me anodë-të dopuara me silikon janë edhe më të ndjeshme ndaj shkallës së karikimit.

Mosha e qelizave ndryshon gjithçka. Një qelizë e re me rezistencë të brendshme 20mΩ trajton 20A më mirë se një qelizë një vjeçare- në 30mΩ. Mbrojtja e paketës duhet të llogarisë për-rezistencën- në fund të jetës, jo vetëm për specifikat e reja të qelizave.

Çdo dizajn pakete ka nevojë për vërtetim të mbirrymës. Pajisja e provës ka rëndësi.

Ngarkesat elektronike duhet të zhyten rrymën më shpejt se sa përgjigjet mbrojtja. Një IC mbrojtëse me vonesë zbulimi 10 ms ka nevojë për një ngarkesë që arrin rrymën e synuar në nën 1 ms. Rampa e ngadaltë e ngarkesës-lart lejon që mbrojtja të ndalet herët dhe jep besim të rremë.

Matja aktuale ka nevojë për gjerësi brezi. Një rezistencë sensuale 10mΩ në 100A jep sinjal 1V. Kapja e pikut aktual kërkon të paktën 10 kHz gjerësi bande, mundësisht më shumë. Sondat e fushës me tokëzim të duhur shmangin problemet e zhurmës që japin të dhëna mbeturinash.

Testimi i temperaturës kap probleme të projektimit që testimi i temperaturës së dhomës i mungon. Pragjet e mbrojtjes IC lëvizin me temperaturën. FET Rds(on) rritet në temperaturë të lartë, duke shtuar rënie të tensionit. Rezistenca e ndjeshme TCR ka rëndësi kur rezistenca nxehet nga kalimi i rrymës së defektit. Provoni në -20 gradë , +25 shkallë dhe +55 gradë minimale.

Matrica e provës bëhet e madhe. Mbirrymë karikimi, mbirrymë shkarkimi, qark i shkurtër. Secila në tre temperatura. Secili në nivele të shumta SOC sepse impedanca e qelizës ndryshon me gjendjen e ngarkesës. Shumëzoni me madhësinë e kampionit për besim statistikor. Një vërtetim i plotë kryen qindra teste.

Overcurrent

UL 2054mbulon paketat portative të baterive për tregjet e Amerikës së Veriut. Testimi i qarkut të shkurtër zbaton një short të vdekur për 10 sekonda. Pakoja nuk duhet të marrë zjarr ose të shpërthejë. Temperatura monitorohet por nuk përmendet asnjë kufi specifik. Ky është një shirit minimal.

IEC 62133-2zbatohet ndërkombëtarisht. Testimi i qarkut të shkurtër të jashtëm përdor më pak se 100 mΩ rezistencë totale të qarkut të mbajtur për një orë ose derisa temperatura të stabilizohet. Më e rreptë se UL 2054 për sa i përket kohëzgjatjes.

OKB 38.3rregullon transportin. Testi 5 kërkon një kalim të shkurtër më pak se 0,1Ω. Qelizat ose bateritë nuk duhet të çmontohen ose të marrin flakë. Kjo ka rëndësi sepse dështimi i UN 38.3 do të thotë se produkti juaj nuk mund të transportohet legalisht.

SAE J2464mbulon aplikacionet EV me kërkesa më të rrepta. Rezistenca e qarkut të shkurtër bie në 5mΩ dhe kriteret termike/mekanike janë më specifike.

Kalimi i këtyre testeve nuk do të thotë se dizajni i mbrojtjes është i mirë. Do të thotë se dizajni i mbrojtjes është i përshtatshëm për certifikim. Abuzimi real- në botë mund të tejkalojë kushtet e provës.

Matësi i telave ngrihet vazhdimisht. Teli i vogël shton rezistencën dhe krijon nxehtësi në lidhje. Vetë teli mund të përballojë rrymën, por terminalet e shtrënguar ose lidhjet e saldimit bëhen pika të nxehta. Paketat e kthyera për "dështim të baterisë" shpesh tregojnë terminale teli të djegur ndërsa qelizat janë në rregull.

Zgjedhja e lidhësit është një tjetër pikë e dobët. Lidhësit XT60 janë vlerësuar për 60A të vazhdueshme, gjoja. Ky vlerësim supozon shtrëngime të përsosura dhe kontakte të pastra. Në praktikë, zvogëlohet me 30-40% për besueshmërinë. Anderson Powerpoles kanë konsiderata të ngjashme.

Saldimi me skeda në qeliza kërkon vëmendje. Një saldim i mirë ka rezistencë të ulët dhe forcë mekanike. Një saldim i ftohtë duket i mirë, por dështon nën dridhje ose çiklizëm termik. Një saldim i djegur dëmtoi kanaçen dhe krijon një pikë të dobët. Oraret e saldimit kanë nevojë për vërtetim me testimin e tërheqjes dhe matjen e rezistencës.

Menaxhimi termik lidhet me aftësinë e mbirrymës. Një paketë me ftohje aktive mund të mbajë rryma më të larta se një paketë e mbyllur pa rrjedhje ajri. Disa modele përdorin termistorë në qeliza për të shkaktuar reduktimin e rrymës përpara se temperaturat të shkojnë kritike.

Rryma e tepërt vret bateritë e litiumit. Ndonjëherë i shpejtë, ndonjëherë i ngadalshëm, por gjithmonë i dëmshëm. Kufijtë aktualë ekzistojnë për arsye të lidhura me fizikën dhe kiminë, jo me konservatorizmin arbitrar.

Mbrojtja e mirë kërkon shumë shtresa, sepse çdo lloj mbrojtjeje ka dobësi. PTC-të janë të ngadalta. Siguresat janë një-një gjuajtje. IC-të varen nga saktësia e shqisave. BMS shton koston dhe kompleksitetin. CID do të thotë që qeliza është tashmë e dëmtuar.

Testimi duhet të pasqyrojë kushtet aktuale të përdorimit dhe skenarët e abuzimit. Kalimi i testeve të certifikimit është i nevojshëm, por jo i mjaftueshëm.

Zgjedhjet e dizajnit të paketimit-telave, lidhësve, termaleve, marzheve-përcaktojnë nëse mbrojtja mbron në të vërtetë ose thjesht duket e mirë në letër.

Qelizat që besoj vijnë nga prodhues me cilësi të qëndrueshme dhe të dhëna të publikuara. Paketat që kam besim përdorin qarqe mbrojtëse nga shitës me reputacion me dizajnin e duhur të aplikacionit. Çdo gjë tjetër trajtohet me kujdes derisa të vërtetohet e kundërta.