Həddindən artıq cərəyan nədir?

Həddindən artıq cərəyan o deməkdir ki, batareyadan qurulduğundan daha çox cərəyan ötürməsi və ya qəbul etməsi tələb olunur. Bu qədər sadə. Hüceyrə qızdırılır, kimya gərginləşir və heç kim içəri girməsə, işlər tərs gedir.

Mən bu problemi davamlı olaraq sahə qaytarmalarında görürəm. Paketlər yanmış izlər, ərimiş nimçələr, xaricdən gözəl görünən, lakin daxildən ölü kimi ölçülən hüceyrələrlə geri qayıdır. Ondan doqquzu dəfə kimsə çox cərəyan çəkdi və ya qoruma uğursuz oldu.

Litium hüceyrələrinin sərt məhdudiyyətləri var. Davamlı olaraq 10A üçün qiymətləndirilən bir hüceyrə otaq temperaturunda bütün gün 10A-ya dözəcəkdir. Onu 15A-a itələyin və daxili temperatur yüksəlir. Onu 30A-a itələyin və bir şey verməzdən əvvəl bəlkə də saniyəniz var.

Litium hüceyrəsində istilik əmələ gəlməsi I²R-i izləyir. Tipik 18650-də daxili müqavimət hüceyrə və onun yaşından asılı olaraq 15-30 mΩ ətrafında oturur. Rəqəmləri 25 mΩ hücrədə işlədin.

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

Bu 40 Vt-ın polad qutunun içinə girməyə yeri yoxdur. Hüceyrə temperaturu yüksəlir. Elektrolit 80 dərəcə ətrafında parçalanmağa başlayır. 130 dərəcədən yuxarı, ayırıcı uğursuz ola bilər. Bundan sonra termal qaçaq real imkana çevrilir.

Həddindən artıq cərəyanı doldurmaq eyni fizikaya uyğundur, lakin əlavə problemlə. Litium örtük. Doldurma cərəyanını çox yüksək itələyin və düzgün birləşdirmək əvəzinə anod səthində litium metal yataqları. Bu örtük daimi qabiliyyət itkisidir. Bu da dendrit əmələ gəlməsi riski yaradır.

Overcurrent

Xarici şortistehsalçıların etiraf etmək istədiyindən daha çox baş verir. Korpusda boş vida. Zədələnmiş tel çərçivəyə sürtülür. Suyun daxil olması keçirici bir yol yaradır. Paket konnektorunda müsbət sancağa daxil edilərkən korpusun yerlə təmas etməsinə imkan verən dizayn qüsurunun olduğu bir geri çağırış üzərində işlədim. Hər kəs onu tutmamış minlərlə paket çölə çıxdı.

Yük xətalarıdaim elektrik aləti tətbiqlərində görünür. Fırçalanmış mühərriklər 6-8x cərəyanda dayanır. FOC nəzarəti ilə fırçasız, tövlələri daha yaxşı idarə edir, lakin yenə də sərt sıçrayışlar verir. Mühərrik nəzarətçisinin bununla bağlı hər hansı bir iş görüb-etməməsindən asılı olmayaraq, batareya bu sünbül görür.

Şarj cihazı problemləriincə olmağa meyllidirlər. 3S paketinə qoşulmuş 4S paketi üçün nəzərdə tutulmuş şarj cihazı. Gərginlik məhdudiyyətləri hələ də işləyə bilər, lakin cari profil səhvdir. Yaxud şarj cihazının hiss xətti qırılır və şarj cihazı nəsə işə düşənə qədər tam cərəyanı itələyir.

Hüceyrə uyğunsuzluğuseriyalı paketlərdə məkrlidir. Serialda dörd hüceyrə, üçü 3000 mAh, onlardan biri əslində 2700 mAh, çünki altı ay isti anbarda oturdu. Bu zəif hüceyrə ilk növbədə tam yükü vurur. Qalan üçü itələməyə davam edir. Bu zəif hüceyrə həddən artıq yüklənir, qaz əmələ gətirir, qızır və indi paket gərginliyi yaxşı göründüyü halda bir hüceyrənin içərisində yerli həddindən artıq cərəyan vəziyyəti baş verir.

Dərhal nəticə istilikdir. 2x reytinqdə davamlı həddindən artıq cərəyan bir neçə dəqiqə ərzində əksər hüceyrələri 60 dərəcədən yuxarı itələyir. Hüceyrə, yəqin ki, sağ qalır, lakin dövrün həyatı bir zərbə alır.

Təkrarlanan həddindən artıq cərəyan hadisələri məcmu zərər yaradır. Anoddakı SEI təbəqəsi qalınlaşır. Daxili müqavimət artır. Tutum azalır. 3000mAh və 20mΩ ilə başlayan bir hüceyrə 200 sui-istifadə dövründən sonra 2400mAh və 35mΩ ola bilər. Düzgün istifadə edildikdə 800 dövrə etmiş olardı.

Şiddətli həddindən artıq cərəyan-qısaqapanma şərtləri-hüceyranı saniyələr ərzində bitirə bilər. Hüceyrənin daxili müqaviməti onu məhdudlaşdıran cərəyan pik nöqtəsinə çatır. Tam yüklənmiş yüksək -18650-ni sərt qısaqabaqda boşaltmaq 200-300A ani cərəyanı görə bilər. Nişan qaynaqları çox vaxt ilk uğursuzluq nöqtəsidir. Nişanlar tutulursa, jele rulonu o qədər sürətlə qızır ki, bir neçə saniyə ərzində havalandırma baş verir.

Mən laboratoriyada işə salınan müsbət qapağı o qədər güclü şəkildə havalandıran hüceyrələri gördüm. Qısa qapanma reaksiyasını yoxlayarkən qoruyucu eynəklər isteğe bağlı deyil.

Overcurrent

Yaxşı paket dizaynı çoxlu qoruyucu mexanizmlərdən istifadə edir. Heç bir cihaz hər bir uğursuzluq rejimini idarə etmir.

PTC-lərnüfuzlu istehsalçıların əksər silindrik hüceyrələrinin içərisində oturun. Onlar birbaşa cərəyanla deyil, temperatura görə hərəkət edirlər. Bir PTC 7A tutmaq və 15A-da işləmək üçün qiymətləndirilə bilər, lakin açma mexanizmi termaldir. Cavab müddəti yavaş-yüzlərlə millisaniyədən saniyəyə qədərdir. PTC-lər sizi çətin qısa yoldan xilas etməyəcək. Onlar orta dərəcədə həddindən artıq cərəyanı idarə edir və paketin soyuması üçün vaxt verir.

Qoruyucularbir dəfə üfürün və üfürülün. Paket{1}}səviyyəli qoruyucuların ölçüləri başlanğıc və keçidlər üçün marja ilə normal iş cərəyanından yuxarıdır. 10A davamlı paket 15A sürətli{5}}alov qoruyucusu istifadə edə bilər. Sigorta, yüksək nasazlıq cərəyanlarında adətən 100 ms-dən aşağı olan çətin bir qısalmanı PTC-dən daha sürətli təmizləyir. Amma o, həm də paketi daimi olaraq öldürür. Zəmanət iddiaları izləyir.

Qoruma IC-lərihiss rezistoru vasitəsilə cərəyanı izləmək. Seiko, TI və digərlərinin ümumi hissələri xarici rezistorlar vasitəsilə proqramlaşdırıla bilən və ya daxildə kodlaşdırıla bilən həddindən artıq cərəyan hədlərini təmin edir. Aşkarlama gecikmələri adətən 8-24ms davam edir. Qısa qapanmanın aşkarlanması daha sürətli olur, çox vaxt 500µs-dən azdır. IC paketi ayırmaq üçün xarici FET-ləri idarə edir.

Hiss rezistorunun dəyəri vacibdir. 5mΩ həssas rezistor daha yaxşı ayırdetmə verir, lakin yüksək cərəyanlarda daha çox gərginlik azaldır və daha çox enerji sərf edir. 2mΩ rezistor daha az enerji sərf edir, lakin daha həssas ön hissəyə ehtiyac duyur. Əksər istehlak paketləri cari sinifdən asılı olaraq 3-10mΩ istifadə edir.

BMSdaha böyük paketlərdə zəka əlavə edir. Yalnız səfər/yox-səyahət deyil, aktiv cərəyan məhdudlaşdırması. Temperatur -kompensasiya edilmiş həddlər. Diaqnostika üçün hadisələrin qeydi. Yaxşı bir BMS hüceyrə temperaturu yüksəldikcə həddindən artıq cərəyan limitlərini azaldır, hətta dinamik yüklər altında hüceyrələri təhlükəsiz əməliyyat pəncərəsində saxlayır.

CID-lərdaxili hücrələr son-mexaniki müdafiəni təmin edir. Cari Kəsmə Cihazı daxili təzyiqin artması ilə aktivləşir. CID səfər edən zaman hüceyrə artıq əhəmiyyətli stress yaşamışdır. CID aktivasiyası adətən hüceyrənin hurda olduğunu bildirir.

Datasheet reytinqləri xüsusi şərtləri nəzərdə tutur. Davamlı olaraq 15A üçün qiymətləndirilən Samsung 30Q 25 dərəcə mühit və adekvat soyutma tələb edir. Həmin hüceyrəni 35 dərəcə mühitdə və 15A-da izolyasiya edilmiş bir korpusun içərisinə yapışdırın və onu təhlükəsiz temperaturdan ötrü itələyəcək.

Pulse reytinqləri cəlbedici görünür, lakin simlər əlavə olunur. Hüceyrə 10 saniyə ərzində 30A tələb edə bilər, lakin bu, hüceyrənin 25 dərəcədən başladığını və növbəti nəbzdən əvvəl soyumağa vaxtının olduğunu nəzərdə tutur. Bərpa vaxtı olmayan geri-geriyə-impulslar davamlı cərəyan kimi istilik toplayır.

Doldurma dərəcələri çox vaxt boşalma dərəcələrindən daha mühafizəkardır. 20A boşalmasını idarə edən bir hüceyrə yalnız 4A yükə dözə bilər. Səbəb litium örtük riskidir. Silikon qatqılı anodlu bəzi yeni hüceyrələr-yüklənmə sürətinə daha həssasdır.

Hüceyrə yaşı hər şeyi dəyişir. 20mΩ daxili müqavimətə malik yeni hüceyrə 30mΩ-da bir illik hüceyrədən-20A daha yaxşı işləyir. Paket mühafizəsi yalnız yeni hüceyrə xüsusiyyətlərini deyil,-həyat sonu{7}}müqavimətini nəzərə almalıdır.

Hər bir paket dizaynı həddindən artıq cərəyan yoxlamasına ehtiyac duyur. Test avadanlığı vacibdir.

Elektron yüklər cərəyanı mühafizənin cavab verdiyindən daha tez batırmalıdır. 10ms aşkarlama gecikməsi olan qoruyucu IC, hədəf cərəyana 1ms-dən az müddətdə çatan yükə ehtiyac duyur. Yavaş yükləmə rampası-qorunmanın erkən başlamasına imkan verir və yalançı güvən verir.

Cari ölçmə bant genişliyinə ehtiyac duyur. 100A-da 10mΩ həssas rezistor 1V siqnal verir. Həqiqi zirvəni tutmaq üçün ən azı 10 kHz bant genişliyi, tercihen daha çox tələb olunur. Düzgün torpaqlama ilə əhatə zondları zibil məlumatları verən səs-küy problemlərindən qaçınır.

Temperatur testi otaq temperaturu testinin qaçırdığı dizayn problemlərini tutur. Qoruma IC eşikləri temperaturla sürüşür. FET Rds(on) yüksək temperaturda artır və gərginliyin azalmasına səbəb olur. Sense rezistoru TCR, rezistor nasazlıq cərəyanından keçərək qızdırıldığında vacibdir. Test -20 dərəcə , +25 dərəcə və minimum +55 dərəcə.

Test matrisi böyüyür. Doldurma həddindən artıq cərəyan, boşalma həddindən artıq cərəyan, qısaqapanma. Hər biri üç temperaturda. Hər biri çoxlu SOC səviyyələrindədir, çünki hüceyrə empedansı yük vəziyyətinə görə dəyişir. Statistik etibarlılıq üçün nümunə ölçüsünə görə vurun. Hərtərəfli doğrulama yüzlərlə sınaqdan keçir.

Overcurrent

UL 2054Şimali Amerika bazarları üçün portativ batareya paketlərini əhatə edir. Qısa qapanma testi 10 saniyə ərzində ölü qısaqapanma tətbiq edir. Paket alov almamalı və partlamamalıdır. Temperatura nəzarət edilir, lakin heç bir xüsusi limit tələb olunmur. Bu minimum bardır.

IEC 62133-2beynəlxalq səviyyədə tətbiq edilir. Xarici qısaqapanma testi bir saat ərzində və ya temperatur sabitləşənə qədər saxlanılan 100mΩ ümumi dövrə müqavimətindən az istifadə edir. Müddəti üzrə UL 2054-dən daha sərtdir.

BMT 38.3daşınmasını idarə edir. Test 5 0.1Ω-dən az qısa keçid tələb edir. Hüceyrələr və ya batareyalar sökülməməli və ya alov almamalıdır. Bu vacibdir, çünki BMT 38.3-ə uyğun gəlməmək məhsulunuzun qanuni olaraq daşınması mümkün deyil.

SAE J2464daha sərt tələblərə malik EV tətbiqlərini əhatə edir. Qısa qapanma müqaviməti 5mΩ-ə düşür və istilik/mexaniki meyarlar daha spesifikdir.

Bu testlərdən keçmək mühafizə dizaynının yaxşı olması demək deyil. Bu o deməkdir ki, mühafizə dizaynı sertifikatlaşdırma üçün adekvatdır. Həqiqi{2}}dünya sui-istifadəsi sınaq şərtlərini keçə bilər.

Tel ölçmə cihazı daim gəlir. Kiçik ölçülü tel müqavimət əlavə edir və birləşmələrdə istilik yaradır. Tel özü cərəyanı idarə edə bilər, lakin bükülmüş terminallar və ya lehim birləşmələri isti nöqtələrə çevrilir. "Batareya nasazlığı" üçün geri qaytarılan paketlər hüceyrələr yaxşı olarkən tez-tez yanmış tel terminallarını göstərir.

Bağlayıcı seçimi başqa bir zəif nöqtədir. XT60 konnektorları 60A davamlı olaraq qiymətləndirilir. Bu reytinq mükəmməl qıvrımları və təmiz kontaktları nəzərdə tutur. Təcrübədə etibarlılıq üçün 30-40% azalıb. Anderson Powerpoles oxşar mülahizələrə malikdir.

Hüceyrələrdə nişan qaynağı diqqət tələb edir. Yaxşı bir qaynaq aşağı müqavimət və mexaniki gücə malikdir. Soyuq qaynaq yaxşı görünür, lakin vibrasiya və ya istilik dövriyyəsi altında uğursuz olur. Yanmış qaynaq qutunu zədələdi və zəif nöqtə yaradır. Qaynaq cədvəllərinin çəkmə testi və müqavimət ölçülməsi ilə təsdiqlənməsi lazımdır.

Termal idarəetmə həddindən artıq cərəyan qabiliyyətinə bağlıdır. Aktiv soyutma ilə paket hava axını olmayan möhürlənmiş paketdən daha yüksək cərəyanlara davam edə bilər. Bəzi dizaynlar, temperatur kritik hala düşməzdən əvvəl cərəyan azaldılmasına başlamaq üçün hüceyrələrdə termistorlardan istifadə edir.

Həddindən artıq cərəyan litium batareyaları öldürür. Bəzən sürətli, bəzən yavaş, lakin həmişə zərər verir. Cari məhdudiyyətlər ixtiyari mühafizəkarlığa deyil, fizika və kimyaya bağlı səbəblərə görə mövcuddur.

Yaxşı qorunma bir neçə təbəqə tələb edir, çünki hər bir qoruma növünün zəif tərəfləri var. PTC-lər yavaşdır. Qoruyucular bir-atışdır. IC-lər hiss dəqiqliyindən asılıdır. BMS xərc və mürəkkəblik əlavə edir. CID-lər hüceyrənin artıq zədələndiyini bildirir.

Test faktiki istifadə şərtlərini və sui-istifadə ssenarilərini əks etdirməlidir. Sertifikatlaşdırma testlərindən keçmək zəruridir, lakin kifayət deyil.

Paket dizayn seçimləri-tel, birləşdiricilər, istiliklər, kənarlar-müdafiənin həqiqətən qoruduğunu və ya sadəcə kağız üzərində yaxşı göründüyünü müəyyən edir.

Etibar etdiyim hüceyrələr davamlı keyfiyyətə və dərc edilmiş məlumatlara malik istehsalçılardan gəlir. Etibar etdiyim paketlər düzgün tətbiq dizaynı olan nüfuzlu təchizatçıların qoruma sxemlərindən istifadə edir. Əksi sübut olunana qədər hər şey ehtiyatla müalicə olunur.