حفاظت ایمنی باتری چیست؟

اجازه دهید پیشاپیش صادقانه بگویم: بیشتر آتش‌سوزی‌های باتری که در این صنعت دیده‌ایم مرموز نبودند. قابل پیش بینی بودند. شخصی برای صرفه جویی 50 دلاری از یک لایه حفاظتی صرف نظر کرد، یا یک مدیر خرید ارزان ترین BMS را در Alibaba انتخاب کرد، یا-و این اتفاق بیش از آن چیزی است که فکر می کنید{4}}اپراتور لیفتراک در طول تابستان دستگاه را در یک سوله با تهویه صفر یک شبه در حال شارژ رها کرده است.

حفاظت ایمنی باتری یک مفهوم مهندسی انتزاعی نیست. این مجموعه ای از گزینه های سخت افزاری، نرم افزاری و طراحی است که بسته باتری 15000 دلاری شما را از تبدیل شدن به خسارت 150000 دلاری بیمه جلوگیری می کند. یا بدتر.

ما بیش از یک دهه است که در حال ساخت بسته های LiFePO4 برای حمل مواد و وسایل نقلیه صنعتی هستیم. این مقاله اساساً همه چیزهایی است که آرزو می‌کردیم زمانی که شروع کردیم، یکی به ما می‌گفت-به‌علاوه چند درس گران‌قیمت که به سختی آموختیم.

سلول های منشوری درجه صنعتی به سیستم های نظارتی قوی نیاز دارند.

چرا LiFePO4 و چرا هنوز به محافظت نیاز دارد؟

این سوالی است که ما دائماً از مشتریان دریافت می کنیم: "من فکر می کردم فسفات آهن لیتیوم ماده شیمیایی ایمن است. چرا به این همه مواد محافظتی نیاز دارم؟"

نکته منصفانه LiFePO4 واقعاً ایمن تر از NCM یا NCA است. ساختار کریستالی الیوین وقتی داغ می‌شود، اکسیژن آزاد نمی‌کند، به این معنی که آنطور که شیمی‌های سه تایی می‌توانند به آتش خود سوخت نمی‌رسانند. ما آزمایش‌های نفوذ ناخن را روی سلول‌های پنج تامین‌کننده مختلف انجام داده‌ایم-سلول‌های LiFePO4 معمولاً به ۱۵۰ درجه می‌رسند و فقط در آنجا می‌نشینند و سیگار می‌کشند. سلول های NCM در همان آزمایش؟ ما شعله های 600 درجه + و واقعی را دیده ایم.

اما "ایمن تر" به معنای "ایمن" نیست. ما یک مشتری در سال 2021-شرکت تدارکات در گوانگدونگ- داشتیم که متوجه شد LiFePO4 به این معنی است که آنها نیازی به نظارت بر دما ندارند. شاید 800 RMB در هر بسته صرفه جویی شود. سپس آگوست فرا رسید، انبار به 45 درجه محیط رسید، سیستم شارژ هیچ کاهش حرارتی نداشت، و در نهایت آنها با سه بسته متورم و یک بسته که در واقع تهویه شده بود، ختم شد. به کسی آسیبی نرسید، خوشبختانه اما آنها اکنون مشتاق ترین مشتریان ما برای BMS با امکانات کامل هستند.

چیزهایی که در واقع باعث آتش سوزی می شوند

پس از مشاهده ده ها شکست میدانی (ما و رقبا)، در اینجا چیزی است که واقعاً اشتباه می شود:

شارژ جایی است که 70 درصد مشکلات اتفاق می افتد.تخلیه نمی‌شود، فضای ذخیره‌سازی{0}}شارژ نمی‌شود. به طور مشخص:

• شارژ کردن زیر 0 درجه بدون محافظت در دمای پایین. صفحات لیتیومی به جای اینکه به درستی در هم قرار گیرند، روی آند قرار می گیرند. شما نمی توانید آن را ببینید. شش ماه بعد، اتصال کوتاه داخلی، فرار حرارتی. ما یک مشتری در هاربین داشتیم که این یکی را به روش گران قیمت یاد گرفت.
• شارژ بیش از حد به این دلیل که اندازه گیری ولتاژ BMS تغییر کرد و کسی متوجه نشد. سلول های دارای ولتاژ 3.65 ولت در هر چرخه به 3.8 ولت فشار داده می شوند. سه ماه خوب کار می کند، بعد یک روز این کار را نمی کند.
• شارژر-مخلوط در ارتباط BMS. شارژر فکر می کند باتری 50٪ SOC است، باتری در واقع در 95٪ است. جریان کامل در یک بسته تقریباً-پر. روزگار بد

عدم تعادل سلولی که هیچ کس نظارت نمی کند.در یک بسته 16S، اگر یک سلول 50 میلی آمپر ساعت ظرفیت کمتری نسبت به سایرین داشته باشد، قبل از بسته شدن بسته، به 100% SOC می رسد. دوچرخه سواری را بدون تعادل ادامه دهید، آن سلول هر بار بیش از حد شارژ می شود. بسته‌هایی را دیده‌ایم که برای ضمانت بازگشتند که در آن یک سلول 3.9 ولت بود در حالی که بقیه در 3.5 ولت بود. این آتشی است که در انتظار وقوع است.

آسیب مکانیکی که جداکننده را به خطر می اندازد.لیفتراک ها به چیزهایی برخورد می کنند. این فقط واقعیت است. اگر ضربه از داخل به سلول‌ها آسیب برساند-حتی اگر بازرسی خارجی خوب به نظر برسد-شما می‌توانید شورت داخلی تاخیری دریافت کنید. به همین دلیل است که ما پوشش های فولادی را برای کاربردهای لیفتراک تعیین می کنیم، نه آلومینیومی. آره سنگین تره بله، ارزشش را دارد.

حفاظت فعال: جلوگیری از شروع مشکلات

صنعت این را به حفاظت "فعال" و "منفعل" تقسیم می کند. فعال یعنی جلوگیری از اتفاقات بد. منفعل به معنای کنترل آسیب زمانی است که به هر حال اتفاق بیفتد.

از خود سلول ها شروع کنید

واضح به نظر می رسد، اما: سلول های خوب بخرید. ما سلول‌هایی را از 20 تامین‌کننده مختلف در طول سال‌ها آزمایش کرده‌ایم. گسترش کیفیت واقعاً تکان دهنده است. مشخصات اسمی یکسان، رفتار کاملاً متفاوت تحت آزمایش سوء استفاده.

اگر در حال ارزیابی هستید به دنبال چه چیزی باشیدتامین کننده باتری لیتیوم صنعتی:

• ویدیوهای تست نفوذ ناخن را بخواهید. نه برگه های داده{1}}ویدئوهای واقعی. سلول های خوب دود می کنند و هیس می کنند. سلول های بد شعله جت می کنند.
• مشخصات جداکننده را بررسی کنید جداکننده‌های با پوشش سرامیکی{1}}تنش حرارتی را بهتر مدیریت می‌کنند. ما در سال 2019 پس از اینکه دسته بد جداکننده‌های معمولی باعث سه شکست مزرعه در یک سه ماهه شدند، به طور انحصاری به روکش‌های سرامیکی- روی آوردیم.
• مواد افزودنی الکترولیت مهم هستند. افزودنی‌های مقاوم در برابر شعله، افزودنی‌های حفاظت از شارژ بیش از حد-این چیزها بازاریابی نیست، بلکه تفاوت بین سلولی است که به طرز دلپذیری از کار می‌افتد و سلولی که به شدت از کار می‌افتد.

ما دو سال را صرف واجد شرایط بودن تامین کننده سلول فعلی خود کردیم. چهار بار از کارخانه بازدید کرد. فرآیند QC آنها را تماشا کرد. این کار خسته کننده است اما به همین دلیل است که ما شب ها می خوابیم.

BMS مغز باتری است که ولتاژ، جریان و دما را کنترل می کند.

BMS: مغزی که همه چیز را زنده نگه می دارد

بیایید واقعی باشیم-یک BMS می‌تواند هر چیزی باشد، از راه‌حل تراشه‌ای 15 دلاری- تا سیستم چند تخته‌ای 500 دلاری با افزونگی. شما همان چیزی را می گیرید که برای آن پول می دهید.

مشکلات BMS ارزانی که دیده ایم:

• دقت اندازه گیری ولتاژ ± 30 میلی ولت. در سلولی با 100 میلی ولت بین "پر" و "خطرناکی بیش از حد شارژ" این به اندازه کافی خوب نیست.
• بدون تعادل سلولی یا فقط تعادل غیرفعال. تعادل غیرفعال در 50 میلی آمپر به معنای واقعی کلمه هفته ها طول می کشد تا عدم تعادل قابل توجه را برطرف کند.
• طرح‌های تک-نقطه-از- شکست خورده. یک ماسفت می میرد، کل بسته محافظت نشده است.
• بدون سنسور دما یا یک سنسور برای کل بسته. گرادیان های حرارتی داخل یک بسته 20 کیلووات ساعتی می توانند به راحتی به 15 درجه برسند. یک سنسور چیزی به شما نمی گوید.

کاری که یک BMS مناسب انجام می دهد:

• ولتاژ هر سلول را به صورت جداگانه نظارت می کند. نه ماژول-سطح، سلول-سطح.
• تعادل فعال در جریان های معنی دار (ما 1A+ را روی بسته های خود اجرا می کنیم)
• چندین سنسور دما با ثبت موقعیت
• سنجش جریان به اندازه کافی دقیق است تا بتوان شمارش کولن واقعی را انجام داد
• ارتباط با شارژر برای محافظت هماهنگ
• پشتیبان گیری سخت افزار مستقل از پردازنده اصلی قطع می شود

تفاوت هزینه بین BMS زباله و نمونه مناسب ممکن است 200-300 دلار در بسته لیفتراک باشد. قیمت بسته 8 دلار است،000+. لیفتراک 30 دلار قیمت دارد،000+. انباری که در آن قرار دارد ارزش دارد... می بینید که این به کجا می رود.

هنگامی که مشتریان از ما برای انتخاب یک راهنمایی می خواهندسازنده باتری لیتیومی، به آنها می گوییم: در مورد BMS بپرسید. برای دیدن شماتیک بخواهید. اگر به شما نشان ندادند، دور شوید.

کنترل شارژ: جایی که اکثر آتش سوزی ها در واقع شروع می شوند

قبلاً به این موضوع اشاره کردیم، اما باید تکرار شود. شارژ خطرناک است

در اینجا محافظت مناسب از شارژ به نظر می رسد:

شارژ{0}}جبران شده با دما.زیر صفر درجه؟ شارژ نکنید، یا با جریان کاهش شدید شارژ کنید. بالای 45 درجه؟ همان معامله این اختیاری نیست بسته‌های استاندارد ما حتی شارژ زیر -10 درجه را قبول نمی‌کنند - BMS به سادگی از بستن کنتاکتور شارژ خودداری می‌کند.

نکته جانبی: ما فروشندگانی داشته ایم که به مشتریان قول "قابلیت شارژ -20 درجه" داده اند و سپس مهندسی باید توضیح دهد که چرا این اتفاق نمی افتد. آبکاری لیتیوم آبکاری لیتیوم است. فیزیک به هدف فروش شما اهمیتی نمی دهد.

خاتمه مبتنی بر ولتاژ-با حاشیه.اگر حداکثر ولتاژ 3.65 ولت باشد، ما به 3.60 ولت پایان می دهیم. بله، شاید 2-3 درصد ظرفیت قابل استفاده را از دست بدهید. تو هم منفجر نمیشی معاوضه خوب

محافظت غیرفعال: وقتی همه چیز به هر حال اشتباه می شود

نگاه کنید، ما می‌توانیم بهترین سیستم‌های حفاظتی را در جهان بسازیم و این موارد هنوز هم گاهی اوقات از کار می‌افتند. یک کامیون از روی بسته باتری شما می گذرد. سیل وسایل الکترونیکی را قطع می کند. کسی هر هشداری را نادیده می گیرد و مجبور به شارژ در دمای -30 درجه می شود زیرا تحویل باید خارج شود.

حفاظت غیرفعال در مورد محدود کردن آسیب زمانی است که حفاظت فعال با شکست مواجه شود.

موانع حرارتی

بین سلول ها، بین ماژول ها، و اطراف بسته بیرونی. هدف این نیست که فرار حرارتی را متوقف کنید-به محض اینکه شروع شود، ادامه دارد. هدف این است که انتشار را کند کنید تا زمانی برای واکنش داشته باشید.

ما از ترکیبی از ورق های الیاف سرامیکی بین پتوهای ماژول و ایروژل در دیوارهای داخلی استفاده می کنیم. ارزان نیست. اما وقتی یک سلول می رود، سلول های مجاور 30 ​​تا 60 ثانیه قبل از رسیدن به دمای بحرانی فرصت دارند. این زمان اغلب برای فعال شدن سیستم های سرکوب یا برای جدا شدن و تخلیه ایمن بسته کافی است.

برای هر کسی که از aارائه دهنده راهکارهای باتری LiFePO4، در مورد مشخصات سد حرارتی بپرسید. اگر آنها نمی توانند رسانایی حرارتی و مقاومت در برابر اشتعال مواد مانع خود را به شما بگویند، این یک پرچم قرمز است.

اطفاء حریق

برای نصب‌های با ارزش-بالا، می‌خواهید سرکوب اختصاصی داشته باشید. کپسول‌های آتش نشانی استاندارد روی باتری‌های لیتیومی به خوبی کار نمی‌کنند-آتش سوزی داخلی است و ناشی از واکنش‌های خود{3}}گرمایی است که آب نمی‌تواند آن را متوقف کند.

ما با سیستم‌های سرکوبی کار کرده‌ایم که از عوامل مبتنی بر پرفلوروهگزانون- استفاده می‌کنند. آنها سلول ها را خنک می کنند در حالی که از نظر شیمیایی با احتراق تداخل می کنند. کامل نیست، اما به طور چشمگیری بهتر از تلاش برای اسپری CO2 در یک واکنش شیمیایی داخلی است.

اما صحبت واقعی: سرکوب آخرین راه حل است. اگر سیستم سرکوب شما فعال شود، باتری شما در حال حاضر خراب شده است. در آن مرحله فقط خسارت جانبی را محدود می کنید. بهتر است هرگز به آن نیاز نداشته باشید.

طراحی محوطه

محفظه باید چندین کار را انجام دهد:

• هر گونه گاز تهویه را در خود داشته باشید و آنها را از افراد دور کنید
• از سوء استفاده مکانیکی جان سالم به در ببرید (بسته های لیفتراک رها می شوند، ضربه می خورند، به چیزهایی برخورد می کنند)
• رتبه IP را حتی پس از ضربه حفظ کنید
• اجازه اتلاف گرما را در حین کارکرد معمولی دهید در حالی که در طول رویدادهای حرارتی حاوی گرما است

ما محفظه های فولادی با مسیرهای تهویه مستقیم را برای همه کاربردهای لیفتراک خود تعیین می کنیم. مسیر دریچه مهم است-شما نمی خواهید گاز فوق گرم به سمت اپراتور یا مواد قابل اشتعال هدایت شود.

عیب‌یابی: تشخیص مشکلات قبل از تبدیل شدن به آتش

این بخشی است که سیستم های باتری جدی را از باتری های ارزان جدا می کند.

-نظارت در زمان واقعی خطرات فوری را می‌گیرد-افت ولتاژ در حین تخلیه به این معنی است که چیزی کوتاه شده است. افزایش دما در هنگام شارژ به این معنی است که مشکلی وجود دارد. اینها نیاز به واکنش حفاظتی فوری دارند.

اما چیز ارزشمند تحلیل روند است. سلولی که به طور مداوم 5 درجه گرمتر از همسایگان خود است احتمالاً مقاومت داخلی بالایی دارد. امروز خطرناک نیست شش ماه دیگر می شود. یک BMS خوب این داده‌ها را ثبت می‌کند، روند را علامت‌گذاری می‌کند و به شما امکان می‌دهد به جای آتش‌سوزی انبار، در طول تعمیرات برنامه‌ریزی‌شده به آن رسیدگی کنید.

ما بر روی تمام بسته‌های{0}} استقرار یافته ناوگان خود، جمع‌آوری داده ماهانه انجام می‌دهیم. ما حداقل ده ها بار در حال توسعه گسل ها را گرفتار کرده ایم که اگر نادیده گرفته می شد به شکست های میدانی تبدیل می شد. یک بسته یک سلول تک سلولی را نشان داد که در طول سه ماه 20 میلی ولت بالا رفت. آن را کشید، بازرسی کرد،-تخریب جداکننده در مراحل اولیه پیدا شد. ماژول جایگزین شد، بسته هنوز دو سال بعد خوب کار می کند.

اگر با یک بالقوه صحبت می کنیدشریک OEM باتری لیتیوم، در مورد قابلیت های تشخیصی آنها بپرسید. برای مشاهده نمونه گزارش های داده ناوگان بخواهید. اگر آنها نمی توانند تجزیه و تحلیل روند و داده های نگهداری پیش بینی شده را به شما نشان دهند، BMS آنها احتمالاً فقط نظارت آستانه اولیه را انجام می دهد-که حداقل حداقل است.

استانداردها و معنای واقعی آنها

UN38.3، IEC 62619، UL 1973 - این گواهینامه ها را همه جا خواهید دید. حقیقت ناخوشایند اینجاست: تصویب این استانداردها به این معنی است که باتری شما حداقل نیازها را برآورده می کند. به این معنی نیست که خوب است.

ما بسته‌های رقبا را آزمایش کرده‌ایم که همه گواهی‌ها را داشتند و همچنان در آزمایش‌های سوء استفاده اولیه که در خانه اجرا می‌کردیم ناموفق بودند. استانداردها یک کف هستند نه یک سقف.

گفته می شود، اگر یک تامین کننده نمی تواند این گواهی ها را به شما نشان دهد، فرار کنید. آنها میز هستند. فقط فرض نکنید که گواهینامه برابر با کیفیت است.

تست داخلی ما فراتر از الزامات استاندارد است. محدودیت دمای پایین تر سوء استفاده فعلی بالاتر چرخه حرارتی طولانی مدت ما می خواهیم بدانیم که بسته های ما چگونه شکست می خورند، نه اینکه فقط در یک آزمون خاص موفق شوند.

برای مشتریانی که نیاز به تنظیمات سفارشی دارند-ولتاژهای غیرمعمول، عوامل فرم خاص، ادغام با سیستم های اختصاصی{1}}کار باسازنده باتری لیتیومی سفارشیکسی که این نوع آزمایش گسترده را انجام می دهد ارزش حق بیمه را دارد. گواهینامه به شما می گوید که کد بسته مطابقت دارد. آزمایش توسعه یافته به شما می گوید که در برنامه شما چگونه عمل می کند.

آنچه ما در واقع توصیه می کنیم

پس از همه اینها، اگر باتری را برای کاربردهای صنعتی مشخص می کنید، واقعاً چه باید بکنید؟

صادقانه بگویم، این صنعت در پنج سال گذشته بسیار بهتر شده است. وقتی شروع کردیم، نیمی از بسته های موجود در بازار اساساً بمب ساعتی بودند. اکنون اکثر تامین کنندگان جدی در حال ساخت سیستم های نسبتاً ایمن هستند. اما "به طور منطقی ایمن" هنوز هم فضایی را برای نوعی کاهش{3}}هزینه که باعث آتش سوزی می شود باقی می گذارد. کار شما این است که بفهمید کدام تامین کنندگان واقعاً کار را انجام می دهند در مقابل کدام یک فقط کادرها را علامت می زنند.

ایمنی باتری سکسی نیست. بازاریابی خوبی ایجاد نمی کند. هیچ کس تا به حال لیفتراک نخریده است زیرا باتری آن مقاومت زیادی در برابر انتشار حرارتی دارد.

اما اشتباه کنید و همه چیز دیگر خیلی سریع اهمیت نمی‌دهد. ما شهرت خود را بر روی بسته هایی ساخته ایم که سال به سال در شرایطی کار می کنند که سیستم های ارزان تر را از بین می برد. این همان چیزی است که باید در هر تامین کننده ای که ارزیابی می کنید به دنبال آن باشید.

سوالات؟ ما همیشه خوشحالیم که از طریق برنامه های خاص صحبت می کنیم. برای همین اینجا هستیم.