Ce este protecția de siguranță a bateriei?

Permiteți-mi să fiu sincer: majoritatea incendiilor de baterii pe care le-am văzut în această industrie nu au fost misterioase. Erau previzibili. Cineva a sărit peste un strat de protecție pentru a economisi 50 USD sau un manager de achiziții a ales cel mai ieftin BMS de pe Alibaba sau-și acest lucru se întâmplă mai mult decât ați crede-un operator de stivuitor a lăsat lucrul la încărcare peste noapte într-o magazie fără ventilație în timpul verii.

Protecția de siguranță a bateriei nu este un concept de inginerie abstractă. Este o colecție de hardware, software și opțiuni de design care împiedică acumulatorul dvs. de 15.000 USD să se transforme într-o despăgubire de asigurare de 150.000 USD. Sau mai rău.

Construim pachete LiFePO4 pentru manipularea materialelor și vehicule industriale de peste un deceniu. Acest articol este practic tot ce ne-am fi dorit să ne fi spus cineva când am început-plus câteva lecții scumpe pe care le-am învățat pe calea grea.

Celulele prismatice de calitate industrială necesită sisteme de monitorizare robuste.

De ce LiFePO4 și de ce mai are nevoie de protecție

Iată o întrebare pe care o primim constant de la clienți: „Am crezut că fosfatul de litiu de fier este chimia sigură. De ce am nevoie de toate aceste lucruri de protecție?”

Punct corect. LiFePO4 este cu adevărat mai sigur decât NCM sau NCA. Structura cristalului de olivină nu eliberează oxigen atunci când se încălzește, ceea ce înseamnă că nu își va alimenta propriul foc așa cum o pot face chimiile ternare. Am făcut teste de penetrare a unghiilor pe celule de la cinci furnizori diferiți-Celulele LiFePO4 ating de obicei 150 de grade și stau doar fumând. Celulele NCM în același test? Am văzut 600 de grade + și flăcări reale.

Dar „mai sigur” nu înseamnă „sigur”. Am avut un client în 2021-companie de logistică din Guangdong-care s-a gândit că LiFePO4 înseamnă că nu are nevoie de monitorizare a temperaturii. Economisit poate 800 RMB per pachet. Apoi a venit luna august, depozitul a ajuns la 45 de grade ambientale, sistemul de încărcare nu a avut nicio reducere termică și au ajuns să aibă trei pachete umflate și unul care chiar s-a aerisit. Nimeni nu a fost rănit, din fericire. Dar acum sunt clienții noștri cei mai entuziaști pentru BMS cu funcții complete.

Lucrurile care de fapt provoacă incendii

După ce am văzut zeci de eșecuri pe teren (ale noastre și ale concurenților), iată ce nu merge de fapt greșit:

Încărcarea este locul unde apar 70% dintre probleme.Nu se descarcă, nu se încarcă-de stocare. Mai exact:

• Încărcare sub 0 grade fără protecție la temperaturi scăzute-. Plăci de litiu pe anod în loc să se intercaleze corect. Nu poți să vezi că se întâmplă. Șase luni mai târziu, scurtcircuit intern, fugă termică. Am avut un client din Harbin să învețe acest lucru în mod scump.
• Supraîncărcare deoarece măsurarea tensiunii BMS a deviat și nimeni nu a observat. Celulele evaluate pentru 3,65 V sunt împinse la 3,8 V în fiecare ciclu. Funcționează bine trei luni, apoi o zi nu.
• Încărcător-Eșec de comunicare BMS. Încărcătorul crede că bateria este la 50% SOC, bateria este de fapt la 95%. Curentul complet într-un pachet aproape-plin. Vremuri rele.

Dezechilibru celular pe care nimeni nu îl monitorizează.Într-un pachet 16S, dacă o celulă are o capacitate cu 50 mAh mai mică decât celelalte, va atinge 100% SOC înainte ca pachetul să o facă. Continuați să pedalați fără echilibrare, acea celulă este supraîncărcată de fiecare dată. Am văzut pachete care au revenit pentru garanție, unde o celulă era la 3,9 V, în timp ce restul a stat la 3,5 V. Acesta este un incendiu care așteaptă să se întâmple.

Deteriorări mecanice care compromit separatorul.Stivuitoarele se ciocnesc de lucruri. Asta e doar realitatea. Dacă impactul deteriorează celulele la nivel intern-chiar dacă inspecția externă arată bine-puteți obține scurtcircuit intern întârziat. Acesta este motivul pentru care noi specificam carcase de otel pentru aplicatii cu stivuitoare, nu aluminiu. Da, e mai greu. Da, merită.

Protecție activă: împiedică începerea problemelor

Industria împarte acest lucru în protecție „activă” și „pasivă”. Activ înseamnă a împiedica să se întâmple lucruri rele. Pasiv înseamnă controlul daunelor atunci când se întâmplă oricum.

Începeți cu celulele în sine

Sună evident, dar: cumpără celule bune. Am testat celule de la poate 20 de furnizori diferiți de-a lungul anilor. Răspândirea calității este cu adevărat șocantă. Aceleași specificații nominale, comportament complet diferit la testarea abuzului.

Ce să cauți dacă evaluezi unfurnizor de baterii industriale cu litiu:

• Solicitați videoclipuri cu testul de penetrare a unghiilor. Nu fișe de date-videoclipuri reale. Celulele bune fumează și șuieră. Celulele rele jet flacără.
• Verificați specificațiile separatorului. Separatoarele cu acoperire-ceramică gestionează mult mai bine stresul termic. Am trecut la ceramica-acoperită exclusiv în 2019, după ce un lot prost de separatoare convenționale a cauzat trei erori de câmp într-un trimestru.
• Aditivii electroliți contează. Aditivi ignifugă, aditivi de protecție la supraîncărcare-asta nu este marketing, ci diferența dintre o celulă care defectează grațios și una care defectează violent.

Am petrecut doi ani calificând furnizorul nostru actual de celule. Am vizitat fabrica de patru ori. Am urmărit procesul de QC. Este o muncă plictisitoare, dar de aceea dormim noaptea.

BMS este creierul bateriei, monitorizează tensiunea, curentul și temperatura.

BMS: creierul care menține totul în viață

Să fim reali-un BMS poate fi orice, de la o soluție cu un singur-cip de 15 USD la un sistem multi-placă de 500 USD cu redundanță. Primești ceea ce plătești.

Probleme BMS ieftine pe care le-am văzut:

• Precizie de măsurare a tensiunii de ± 30 mV. Pe o celulă cu 100 mV între „plin” și „supraîncărcat periculos”, asta nu este suficient.
• Fără echilibrare celulară sau doar echilibrare pasivă. Echilibrarea pasivă la 50mA durează literalmente săptămâni pentru a remedia dezechilibrul semnificativ.
• Proiecte unic-punct-de-eșecuri. Un MOSFET moare, întregul pachet este neprotejat.
• Fără senzori de temperatură sau un senzor pentru întregul pachet. Gradienții termici din interiorul unui pachet de 20 kWh pot atinge cu ușurință 15 grade. Un senzor nu iti spune nimic.

Ce face un BMS adecvat:

• Monitorizează individual tensiunea fiecărei celule. Nu la nivelul-modulului, la nivel-celulă.
• Echilibrare activă la curenți semnificativi (se rulează 1A+ pe pachetele noastre)
• Senzori multipli de temperatură cu înregistrare a poziției
• Sensarea curentului suficient de precisă pentru a face numărarea reală a coulombilor
• Comunicare cu încărcătorul pentru protecție coordonată
• Backup-ul hardware se deconectează independent de procesorul principal

Diferența de cost între un BMS de gunoi și unul adecvat ar putea fi de 200-300 USD pentru un pachet de stivuitor. Pachetul costă 8 USD,000+. stivuitorul costă 30 USD,000+. Depozitul în care se află merită... vezi unde se duce.

Când clienții ne solicită sfaturi pentru alegerea unuiproducator de baterii cu litiu, le spunem: întrebați de BMS. Cereți să vedeți schema. Dacă nu vă vor arăta, plecați.

Controlul încărcării: locul în care pornesc cele mai multe incendii

Am menționat deja acest lucru, dar merită repetat. Încărcarea este periculoasă.

Iată cum arată protecția adecvată la încărcare:

Încărcare-compensată cu temperatură.Sub 0 grade? Nu încărcați sau încărcați la curent redus drastic. Peste 45 de grade? Aceeași afacere. Acest lucru nu este opțional. Pachetele noastre standard nici măcar nu vor accepta încărcare sub -10 grade - BMS pur și simplu refuză să închidă contactorul de încărcare.

Notă secundară: am avut vânzători care le-au promit clienților „capacitate de încărcare de -20 de grade”, iar apoi ingineria trebuie să explice de ce nu se întâmplă asta. Placarea cu litiu este placarea cu litiu. Fizicii nu-i pasă de obiectivul tău de vânzări.

Terminare bazată pe{0}}tensiune cu marjă.Dacă celulele sunt evaluate la 3,65 V max, terminăm la 3,60 V. Da, pierzi poate 2-3% din capacitatea utilizabilă. Nici tu nu explozi. Un compromis bun.

Protecție pasivă: atunci când lucrurile merg prost oricum

Uite, putem construi cele mai bune sisteme de protecție din lume și lucrurile vor eșua ocazional. Un camion trece peste acumulatorul tău. O inundație scurtează electronicele. Cineva ignoră fiecare avertisment și forțează o încărcare la -30 de grade pentru că livrarea trebuie să iasă.

Protecția pasivă se referă la limitarea daunelor atunci când protecția activă eșuează.

Bariere termice

Între celule, între module și în jurul exteriorului pachetului. Scopul nu este oprirea evadarii termice-odată ce începe, ci merge. Scopul este de a încetini propagarea, astfel încât să aveți timp să reacționați.

Folosim o combinație de foi de fibră ceramică între modul și pături cu aerogel pe pereții interiori. Nu ieftin. Dar când o celulă dispare, celulele adiacente au încă 30-60 de secunde înainte de a atinge temperatura critică. Acesta este adesea suficient timp pentru ca sistemele de suprimare să se activeze sau pentru ca pachetul să se deconecteze și să se aerisească în siguranță.

Pentru oricine se aprovizionează de la aFurnizor de soluții pentru baterii LiFePO4, întrebați despre specificațiile barierei termice. Dacă nu vă pot spune conductivitatea termică și rezistența la aprindere a materialelor lor de barieră, acesta este un semnal roșu.

Suprimarea incendiilor

Pentru instalări de-valoare mare, doriți o suprimare dedicată. Stingătoarele standard nu funcționează bine la bateriile cu litiu-focul este intern, determinat de reacții de auto-încălzire pe care apa nu le poate opri.

Am lucrat cu sisteme de suprimare care folosesc agenți pe bază de-perfluorhexanonă. Acestea răcesc celulele în timp ce interferează chimic cu arderea. Nu perfect, dar dramatic mai bine decât încercarea de a pulveriza CO2 la o reacție chimică internă.

Cu toate acestea, vorbe adevărate: suprimarea este o ultimă soluție. Dacă sistemul dvs. de suprimare se activează, bateria dvs. este deja deteriorată. Doar limitați daunele colaterale în acel moment. Mai bine să nu ai nevoie niciodată de el.

Design incintă

Carcasa trebuie să facă mai multe lucruri:

• Conține orice gaz de aerisire și direcționează-le departe de oameni
• Supraviețuiți abuzului mecanic (pachetele pentru stivuitoare sunt scăpate, lovite, dau peste lucruri)
• Mențineți ratingul IP chiar și după impact
• Permiteți disiparea căldurii în timpul funcționării normale, păstrând căldura în timpul evenimentelor termice

Specificăm carcase din oțel cu căi de aerisire direcționate pentru toate aplicațiile noastre cu stivuitoare. Calea de ventilație contează-nu doriți ca gazul supraîncălzit să fie direcționat către operator sau către materiale inflamabile.

Diagnosticarea defecțiunilor: surprinderea problemelor înainte ca acestea să devină incendii

Aceasta este partea care separă sistemele serioase de baterii de cele ieftine.

Monitorizarea-în timp real detectează pericole imediate-căderea de tensiune în timpul descărcării înseamnă că ceva este scurtcircuitat; creșterea temperaturii în timpul încărcării înseamnă că ceva nu este în regulă. Acestea au nevoie de un răspuns de protecție imediat.

Dar lucrurile valoroase sunt analiza tendințelor. O celulă care este constant cu 5 grade mai caldă decât vecinii săi are probabil o rezistență internă ridicată. Azi nu este periculos. Va fi peste șase luni. Un BMS bun înregistrează aceste date, semnalează tendința și vă permite să o abordați în timpul întreținerii programate, nu în timpul unui incendiu în depozit.

Efectuăm extrageri lunare de date pentru toate pachetele-desfăşurate în flota noastră. Am surprins defecțiuni în curs de dezvoltare de cel puțin o duzină de ori care ar fi devenit erori de teren dacă ar fi fost ignorate. Un pachet a arătat o singură celulă în derivă cu 20 mV în decurs de trei luni. L-am tras, inspectat, găsit degradarea-separatorului în stadiu incipient. Am înlocuit modulul, pachetul funcționează încă bine doi ani mai târziu.

Dacă vorbești cu un potențialpartener OEM baterie cu litiu, întrebați despre capacitățile lor de diagnosticare. Solicitați să vedeți exemple de rapoarte de date ale flotei. Dacă nu vă pot afișa analize de tendințe și date de întreținere predictivă, probabil că BMS-ul lor efectuează doar monitorizarea pragului de bază-care este minimul strict.

Standarde și ce înseamnă ele de fapt

UN38.3, IEC 62619, UL 1973 - veți vedea aceste certificări peste tot. Iată adevărul incomod: trecerea acestor standarde înseamnă că bateria dvs. îndeplinește cerințele minime. Nu înseamnă că e bine.

Am testat pachete de concurență care aveau toate certificările și încă nu au reușit testele de bază de abuz pe care le rulăm în casă-. Standardele sunt un podea, nu un tavan.

Acestea fiind spuse, dacă un furnizor nu vă poate arăta aceste certificate, fugiți. Sunt mize de masă. Doar nu presupuneți că certificarea este egală cu calitate.

Testele noastre interne depășesc cerințele standard. Limite inferioare de temperatură. Abuz curent mai mare. Ciclu termic extins. Vrem să știm cum eșuează pachetele noastre, nu doar că trec un anumit test.

Pentru clienții care au nevoie de configurații personalizate-tensiuni neobișnuite, factori de formă specifici, integrare cu sisteme proprietare-care lucrează cu unproducător personalizat de baterii cu litiucine face acest tip de testare extinsă merită prima. Certificarea vă spune că pachetul îndeplinește codul. Testarea extinsă vă spune cum va funcționa de fapt în aplicația dvs.

Ce vă recomandăm de fapt

După toate acestea, ce ar trebui să faceți de fapt dacă specificați baterii pentru aplicații industriale?

Sincer, această industrie a devenit mult mai bună în ultimii cinci ani. Când am început, jumătate din pachetele de pe piață erau practic bombe cu ceas. Acum cei mai serioși furnizori construiesc sisteme rezonabil de sigure. Dar „rezonabil de sigur” mai lasă loc pentru tipul de reducere a costurilor-care provoacă incendii. Treaba dvs. este să vă dați seama care furnizori fac de fapt munca în comparație cu care dintre cei care doar bifează casete.

Siguranța bateriei nu este sexy. Nu face marketing bun. Nimeni nu și-a cumpărat vreodată un stivuitor, deoarece bateria avea o rezistență mare la propagare termică.

Dar înțelegeți greșit și orice altceva încetează să mai conteze destul de repede. Ne-am construit reputația pe pachete care funcționează, an de an, în condiții care ar ucide sisteme mai ieftine. Asta ar trebui să cauți la orice furnizor pe care îl evaluezi.

Întrebări? Suntem întotdeauna bucuroși să vorbim prin aplicații specifice. Pentru asta suntem aici.