Šta je sigurnosna zaštita baterije?

Dozvolite mi da budem iskren unaprijed: većina paljenja baterija koje smo vidjeli u ovoj industriji nije bila misteriozna. Bili su predvidljivi. Neko je preskočio zaštitni sloj da uštedi 50 USD, ili je menadžer nabavke izabrao najjeftiniji BMS na Alibabi, ili-a ovo se dešava više nego što mislite-operater viljuškara je ostavio stvar da se puni preko noći u šupi sa nultom ventilacijom tokom ljeta.

Sigurnosna zaštita baterije nije neki apstraktni inženjerski koncept. To je kolekcija hardvera, softvera i izbora dizajna koji sprečavaju da se vaša baterija od 15.000 dolara pretvori u osiguranje od 150.000 dolara. Ili još gore.

Već više od jedne decenije pravimo LiFePO4 pakete za rukovanje materijalom i industrijska vozila. Ovaj članak je u suštini sve što bismo željeli da nam je neko rekao kada smo počeli-plus nekoliko skupih lekcija koje smo naučili na teži način.

Prizmatične ćelije industrijske klase zahtijevaju robusne sisteme za nadzor.

Zašto LiFePO4 i zašto mu je i dalje potrebna zaštita

Evo pitanja koje stalno dobijamo od kupaca: "Mislio sam da je litijum gvožđe fosfat sigurna hemija. Zašto mi trebaju sve ove zaštitne stvari?"

Poštena tačka. LiFePO4 je zaista sigurniji od NCM ili NCA. Kristalna struktura olivina ne oslobađa kiseonik kada se zagreje, što znači da neće podsticati sopstvenu vatru kao što to mogu ternarne hemije. Uradili smo testove penetracije noktiju na ćelijama od pet različitih dobavljača-LiFePO4 ćelije obično pogode možda 150 stepeni i samo sjede i puše. NCM ćelije u istom testu? Vidjeli smo 600 stepeni + i stvarni plamen.

Ali "sigurnije" ne znači "sigurno". Imali smo kupca u logističkoj kompaniji 2021-u Guangdongu-koji je zaključio da LiFePO4 znači da im nije potreban nadzor temperature. Ušteđeno je možda 800 RMB po pakovanju. Onda je došao avgust, skladište je palo na temperaturu od 45 stepeni, sistem punjenja nije imao termičke karakteristike, i završili su sa tri nabrekla pakovanja i jednim koji je zaista ventilisan. Na sreću niko nije povređen. Ali oni su sada naši najentuzijastičniji kupci za potpuno opremljeni BMS.

Stvari koje zapravo izazivaju požare

Nakon što smo vidjeli desetine kvarova na terenu (naših i konkurentskih), evo šta zapravo pođe po zlu:

Punjenje je mjesto gdje se dešava 70% problema.Ne prazni se, ne puni se{0}}pohrana. konkretno:

• Punjenje ispod 0 stepeni bez zaštite od niske{1}}temperature. Litijumske ploče na anodu umjesto da se pravilno interkaliraju. Ne možete da vidite da se to dešava. Šest mjeseci kasnije, unutrašnji kratak spoj, termalni bijeg. Imali smo kupca u Harbinu koji je ovo naučio na skup način.
• Prekomjerno punjenje jer je mjerenje napona BMS-a pomaklo i niko nije primijetio. Ćelije sa naponom od 3,65 V se guraju na 3,8 V u svakom ciklusu. Radi dobro tri mjeseca, a onda jednog dana ne radi.
• Punjač{0}}Kvar u komunikaciji BMS-a. Punjač misli da je baterija na 50% SOC, baterija je zapravo na 95%. Puna struja u skoro-pun paket. Loša vremena.

Ćelijski disbalans koji niko ne prati.U 16S paketu, ako je jedna ćelija 50mAh manjeg kapaciteta od ostalih, dostići će 100% SOC prije pakovanja. Nastavite da vozite bicikl bez balansiranja, ta ćelija se svaki put prepuni. Vidjeli smo da se paketi vraćaju na garanciju gdje je jedna ćelija bila na 3.9V dok su ostale bile na 3.5V. To je požar koji čeka da se dogodi.

Mehanička oštećenja koja kompromituju separator.Viljuškari se sudaraju sa stvarima. To je samo realnost. Ako udar ošteti ćelije iznutra-čak i ako vanjski pregled izgleda dobro-možete dobiti odložene unutrašnje kratke hlače. Zbog toga za aplikacije viljuškara izdvajamo čelična kućišta, a ne aluminijumska. Da, teži je. Da, isplati se.

Aktivna zaštita: sprečavanje pokretanja problema

Industrija ovo dijeli na "aktivnu" i "pasivnu" zaštitu. Aktivan znači spriječiti da se loše stvari dogode. Pasivno znači kontrolu štete kada se ona ipak dogodi.

Počnite sa samim ćelijama

Zvuči očigledno, ali: kupujte dobre ćelije. Testirali smo ćelije od možda 20 različitih dobavljača tokom godina. Širenje kvaliteta je zaista šokantno. Iste nominalne specifikacije, potpuno drugačije ponašanje pod testiranjem zloupotrebe.

Šta tražiti ako procjenjujetedobavljač industrijskih litijumskih baterija:

• Zatražite video za testiranje penetracije noktiju. Ne listovi sa podacima-stvarni videozapisi. Dobre ćelije puše i šište. Loše ćelije mlazni plamen.
• Provjerite specifikacije separatora. Keramički{1}}obloženi separatori mnogo bolje podnose termički stres. Prešli smo na keramičku{3}}isključivo obloženu 2019. nakon što je loša serija konvencionalnih separatora izazvala tri kvara na terenu u jednom kvartalu.
• Aditivi za elektrolite su važni. Aditivi koji usporavaju plamen, aditivi za zaštitu od prekomjernog punjenja-ovo nije marketinško, to je razlika između ćelije koja pokvari graciozno i ​​one koja kvari nasilno.

Proveli smo dvije godine kvalifikovajući našeg trenutnog dobavljača ćelija. Posjetio fabriku četiri puta. Gledao sam njihov QC proces. To je dosadan posao, ali zato spavamo noću.

BMS je mozak baterije, koji prati napon, struju i temperaturu.

BMS: mozak koji održava sve živim

Budimo stvarni-BMS može biti bilo šta, od rješenja sa jednim čipom od 15 USD-do 500 USD više-sistema s više ploča sa redundansom. Dobijate ono za šta ste platili.

Jeftini BMS problemi koje smo vidjeli:

• Preciznost mjerenja napona ±30mV. Na ćeliji sa 100mV između "punog" i "opasno prenapunjenog", to nije dovoljno dobro.
• Nema balansiranja ćelija ili samo pasivno balansiranje. Pasivnom balansiranju na 50mA potrebno je bukvalno nedeljama da se popravi značajna neravnoteža.
• Dizajn sa jednom-tačkom--kvara. Jedan MOSFET umre, cijelo pakovanje je nezaštićeno.
• Nema senzora temperature, ili jedan senzor za cijelo pakovanje. Toplotni gradijenti unutar pakovanja od 20kWh lako mogu dostići 15 stepeni. Jedan senzor vam ništa ne govori.

Šta radi pravi BMS:

• Nadzire svaki napon ćelije pojedinačno. Nije modul-nivo, nivo{2}}ćelije.
• Aktivno balansiranje pri značajnim strujama (na našim paketima koristimo 1A+)
• Više temperaturnih senzora sa evidentiranjem položaja
• Strujni senzor dovoljno precizan za pravo brojanje kulona
• Komunikacija sa punjačem za koordiniranu zaštitu
• Hardverska rezervna kopija se prekida nezavisno od glavnog procesora

Razlika u cijeni između BMS-a za smeće i pravog može biti 200-300 USD na paketu viljuškara. Pakovanje košta 8 USD,000+. Viljuškar košta 30 USD,000+. Skladište u kojem se nalazi vrijedi... vidite kuda ovo ide.

Kada nas kupci zatraže savjet o odabiru aproizvođač litijumskih baterija, mi im kažemo: pitajte za BMS. Pitajte da vidite šemu. Ako ti ne pokažu, odlazi.

Kontrola punjenja: tamo gdje većina požara zapravo počinje

To smo već spomenuli, ali vredi ponoviti. Punjenje je opasno.

Evo kako izgleda pravilna zaštita od punjenja:

Temperaturno{0}}kompenzirano punjenje.Ispod 0 stepeni? Ne punite ili punite drastično smanjenom strujom. Iznad 45 stepeni? Isti dogovor. Ovo nije opciono. Naši standardni paketi ne prihvataju čak ni punjenje ispod -10 stepeni - BMS jednostavno odbija zatvoriti kontaktor za punjenje.

Napomena: prodavci su obećavali kupcima "sposobnost punjenja -20 stepeni", a zatim inženjeri moraju objasniti zašto se to ne dešava. Litijumsko oblaganje je litijumsko prevlačenje. Fiziku nije briga za vaš cilj prodaje.

Napon{0}}završetak sa marginom.Ako ćelije imaju maksimalan napon od 3,65 V, završavamo na 3,60 V. Da, gubite možda 2-3% korisnog kapaciteta. Takođe ne diraš u vazduh. Dobar kompromis.

Pasivna zaštita: kada stvari ipak krenu po zlu

Vidite, možemo izgraditi najbolje sisteme zaštite na svijetu i stvari će i dalje povremeno otkazivati. Kamion vozi preko vašeg akumulatora. Poplava prekida elektroniku. Neko ignoriše svako upozorenje i nameće punjenje na -30 stepeni jer isporuka mora da nestane.

Pasivna zaštita se odnosi na ograničavanje štete kada aktivna zaštita ne uspije.

Termičke barijere

Između ćelija, između modula i oko eksterijera paketa. Cilj nije zaustaviti termalni bijeg-kada počne, ide. Cilj je usporiti širenje kako biste imali vremena za reakciju.

Koristimo kombinaciju ploča od keramičkih vlakana između modula i aerogel deka na unutrašnjim zidovima. Nije jeftino. Ali kada jedna ćelija nestane, susjedne ćelije imaju dodatnih 30-60 sekundi prije nego što dostignu kritičnu temperaturu. To je često dovoljno vremena da se sistemi za suzbijanje aktiviraju ili da se paket odvoji i bezbedno odzrači.

Za sve koji dolaze iz aLiFePO4 dobavljač rješenja za baterije, pitajte za specifikacije termalne barijere. Ako vam ne mogu reći toplotnu provodljivost i otpornost na zapaljenje njihovih materijala za barijeru, to je crvena zastavica.

Gašenje požara

Za instalacije visoke{0}}vrijednosti, želite namjensko suzbijanje. Standardni aparati za gašenje požara ne rade dobro na litijumskim baterijama-vatra je interna, izazvana reakcijama samozagrijavanja koje voda ne može zaustaviti.

Radili smo sa sistemima za suzbijanje koji koriste agense na bazi perfluoroheksanona{0}}. Oni hlade ćelije dok hemijski ometaju sagorevanje. Nije savršeno, ali dramatično bolje od pokušaja prskanja CO2 na unutrašnju hemijsku reakciju.

Ipak, prava priča: potiskivanje je posljednje sredstvo. Ako se vaš sistem za suzbijanje aktivira, vaša baterija je već uništena. Vi samo ograničavate kolateralnu štetu u tom trenutku. Bolje da vam nikad ne treba.

Dizajn kućišta

Kućište treba da uradi nekoliko stvari:

• Sadrži sve ispušne plinove i usmjeri ih dalje od ljudi
• Preživite mehaničko zlostavljanje (paketi viljuškara ispadnu, udare, nalete na stvari)
• Zadržite IP rejting čak i nakon udara
• Dozvolite rasipanje toplote tokom normalnog rada dok zadržavate toplotu tokom termičkih događaja

Specificiramo čelična kućišta sa usmjerenim stazama za odzračivanje za sve naše primjene u viljuškarima. Važan je put za odzračivanje-ne želite da se pregrijani plin usmjeri na operatera ili na zapaljive materijale.

Dijagnoza kvara: Uočavanje problema prije nego što postanu požari

Ovo je dio koji razdvaja ozbiljne baterijske sisteme od jeftinih.

-Nadgledanje u stvarnom vremenu otkriva neposredne opasnosti-pad napona tokom pražnjenja znači da je nešto kratko; skok temperature tokom punjenja znači da nešto nije u redu. Za njih je potrebna hitna zaštitna reakcija.

Ali vrijedna stvar je analiza trenda. Ćelija koja je konstantno 5 stepeni toplija od svojih suseda verovatno ima povišen unutrašnji otpor. Danas nije opasno. Biće to za šest meseci. Dobar BMS bilježi ove podatke, označava trend i omogućava vam da se pozabavite njima tokom planiranog održavanja umjesto tokom požara u skladištu.

Mjesečno prikupljamo podatke o svim paketima{0}}koji su raspoređeni u našoj floti. Uhvatili smo greške u razvoju najmanje desetak puta koje bi postale kvarovi na terenu ako se ignorišu. Jedno pakovanje je pokazalo da se jedna ćelija kretala od 20mV tokom tri meseca. Izvukao, pregledao, otkrio ranu{5}}degradaciju separatora. Zamijenjen modul, pack i dalje radi dobro dvije godine kasnije.

Ako razgovarate sa potencijalnimlitijumska baterija OEM partner, raspitajte se o njihovim dijagnostičkim mogućnostima. Zatražite da vidite uzorke izvještaja o podacima o voznom parku. Ako vam ne mogu pokazati analizu trendova i podatke o prediktivnom održavanju, njihov BMS vjerovatno samo radi osnovno praćenje praga-što je minimum.

Standardi i šta oni zapravo znače

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 - ove certifikate ćete vidjeti posvuda. Evo neugodne istine: polaganje ovih standarda znači da vaša baterija ispunjava minimalne zahtjeve. To ne znači da je dobro.

Testirali smo pakete konkurenata koji su imali sve certifikate i još uvijek nisu prošli osnovne testove zlostavljanja koje radimo u-kući. Standardi su pod, a ne plafon.

Međutim, ako vam dobavljač ne može pokazati ove certifikate, bježite. To su ulozi za stol. Samo nemojte pretpostavljati da je certifikacija jednaka kvaliteti.

Naše interno testiranje prevazilazi standardne zahtjeve. Donje temperaturne granice. Viša struja zloupotrebe. Produženi termalni ciklus. Želimo znati kako naši paketi ne uspijevaju, a ne samo da prolaze određeni test.

Za kupce kojima su potrebne prilagođene konfiguracije-neobični naponi, specifični faktori oblika, integracija sa vlasničkim sistemima-koji rade saprilagođeni proizvođač litijumskih baterijako radi ovu vrstu proširenog testiranja vredi premije. Certifikat vam govori da paket zadovoljava kod. Prošireno testiranje vam govori kako će se zapravo ponašati u vašoj aplikaciji.

Šta mi zapravo preporučujemo

Nakon svega ovoga, što biste zapravo trebali učiniti ako navodite baterije za industrijsku primjenu?

Iskreno, ova industrija je postala mnogo bolja u posljednjih pet godina. Kada smo počeli, pola pakovanja na tržištu su u osnovi bile tempirane bombe. Sada najozbiljniji dobavljači grade razumno sigurne sisteme. Ali "razumno siguran" i dalje ostavlja prostor za vrstu smanjenja troškova-koja uzrokuje požare. Vaš posao je da utvrdite koji dobavljači zapravo obavljaju posao u odnosu na one koji samo potvrđuju polja.

Sigurnost baterije nije seksi. To nije dobar marketing. Niko nikada nije kupio viljuškar jer je baterija imala veliku otpornost širenja toplote.

Ali shvatite pogrešno i sve ostalo prestaje biti važno prilično brzo. Izgradili smo svoju reputaciju na paketima koji jednostavno rade, iz godine u godinu, u uslovima koji bi ubili jeftinije sisteme. To je ono što biste trebali tražiti kod svakog dobavljača kojeg procjenjujete.

Pitanja? Uvijek rado razgovaramo o konkretnim aplikacijama. Zbog toga smo ovde.