Шта је прекомерна струја?

Прекомерна струја значи да се од батерије тражи да испоручи или прихвати више струје него што је направљена. Тако једноставно. Ћелија се загрева, хемија постаје под стресом и ствари иду у страну ако нико не уђе.

Овај проблем стално видим у повратима на терен. Пакети се враћају са изгорелим траговима, истопљеним језичцима, ћелијама које изгледају добро споља, али мере мртве изнутра. Девет пута од десет, неко је повукао превише струје или је заштита отказала.

Литијумске ћелије имају чврсте границе. Ћелија оцењена за 10А континуирано ће толерисати 10А цео дан на собној температури. Гурните га на 15А и унутрашња температура расте. Гурните га на 30А и имаћете можда неколико секунди пре него што нешто да.

Генерисање топлоте у литијумској ћелији прати И²Р. Унутрашњи отпор на типичном 18650 је око 15-30мΩ у зависности од ћелије и њене старости. Покрените бројеве на ћелији од 25 мΩ.

На 10А: 10² × 0.025=2.5В На 20А: 20² × 0.025=10В На 40А: 40² × 0.025=40В

Тих 40В нема где да оде у челичну лименку. Температура ћелије расте. Електролит почиње да се распада око 80 степени. Изнад 130 степени, сепаратор може покварити. Након тога, термички бег постаје реална могућност.

Прекомерна струја пуњења прати исту физику, али са додатним проблемом. Литхиум платинг. Потисните превисоку струју пуњења и литијум метал се таложи на површини аноде уместо да се правилно интеркалира. Та облога је трајни губитак капацитета. Такође ствара ризик од формирања дендрита.

Overcurrent

Екстерне кратке хлачедешавају више него што произвођачи воле да признају. Лабав завртањ у кућишту. Оштећена жица која трља о оквир. Улазак воде ствара проводни пут. Радио сам на опозиву где је конектор за паковање имао грешку у дизајну која је омогућила да позитивни пин контактира уземљење кућишта током уметања. Хиљаде чопора је изашло пре него што га је ико ухватио.

Грешке оптерећењастално се појављују у апликацијама електричних алата. Брушени мотори стају на 6-8к радној струји. Без четкица са ФОЦ контролом боље се носи са застојима, али и даље снажно шиљци. Батерија види тај шиљак без обзира да ли контролер мотора ради нешто по том питању или не.

Проблеми са пуњачемимају тенденцију да буду суптилни. Пуњач дизајниран за 4С пакет прикључен на 3С пакет. Ограничења напона могу и даље радити, али тренутни профил је погрешан. Или се чулни вод пуњача поквари и пуњач само гура пуну струју док се нешто не откачи.

Неподударање ћелијау серијама паковања је подмукао. Четири ћелије у серији, три од њих 3000 мАх, једна од њих заправо 2700 мАх јер је шест месеци лежала у топлом складишту. Та слаба ћелија се прва напуни до краја. Остала тројица настављају да гурају. Та слаба ћелија се препуњава, генерише гас, загрева се и сада имате локално стање прекомерне струје које се дешава унутар једне ћелије док напон пакета изгледа добро.

Непосредна последица је топлота. Трајна прекомерна струја при 2к вредности ће гурнути већину ћелија преко 60 степени у року од неколико минута. Ћелија вероватно преживљава, али живот циклуса је погођен.

Понављани догађаји прекомерне струје стварају кумулативну штету. СЕИ слој на аноди се згушњава. Унутрашњи отпор расте. Капацитет бледи. Ћелија која је почела са 3000 мАх и 20 мΩ могла би да буде 2400 мАх и 35 мΩ након 200 циклуса злоупотребе. Под правилном употребом направио би 800 циклуса.

Озбиљна прекомерна струја -услови кратког споја-могу да прекине ћелију за неколико секунди. Струја достиже врхунац на шта год да је ограничи унутрашњи отпор ћелије. Потпуно напуњен високо-одвод 18650 у тврди кратки спој може видети тренутну струју од 200-300 А. Заварени спојеви су често прва тачка квара. Ако се језичци држе, желе ролна се загрева тако брзо да вентилација следи за неколико секунди.

Видео сам ћелије које су тако снажно испуштале позитивну капу која је лансирана широм лабораторије. Заштитне наочаре нису опционе када се тестира одзив на кратки спој.

Overcurrent

Добар дизајн паковања користи више механизама заштите. Ниједан уређај не обрађује сваки начин квара.

ПТЦсседите унутар већине цилиндричних ћелија реномираних произвођача. Они се активирају на основу температуре, а не струје директно. ПТЦ може бити оцењен да држи 7А и искључује се на 15А, али механизам окидања је термички. Време одговора је споро-од стотина милисекунди до секунди. ПТЦ вас неће спасити од тешког кратког рока. Они подносе умерену прекомерну струју и дају паковању времена да се охлади.

Осигурачидуни једном и остани дуван. Осигурачи-на нивоу паковања су величине изнад нормалне радне струје са маргином за ударне и прелазне појаве. Континуални пакет од 10 А може да користи осигурач од 15 А брзо{5}. Осигурач чисти кратки спој брже од ПТЦ-а, обично испод 100 мс при високим струјама квара. Али то такође трајно убија чопор. Следе захтеви за гаранцију.

Заштитне ИЦспрати струју преко сензорског отпорника. Уобичајени делови компаније Сеико, ТИ и других обезбеђују прагове прекомерне струје који се могу програмирати преко екстерних отпорника или интерно кодирани. Кашњења детекције обично трају 8-24 мс. Детекција кратког споја је бржа, често испод 500µс. ИЦ покреће екстерне ФЕТ-ове да одвоји пакет.

Вредност отпорника чула је важна. Отпорник за сензор од 5мΩ даје бољу резолуцију, али смањује више напона и расипа више снаге при великим струјама. Отпорник од 2мΩ троши мање енергије, али му је потребан осетљивији предњи крај. Већина потрошачких пакета користи 3-10мΩ у зависности од тренутне класе.

БМСу већим пакетима додаје интелигенцију. Активно ограничење струје, а не само искључење/без{1}}окидања. Прагови{3}}компензовани температуром. Евидентирање догађаја за дијагностику. Добар БМС смањује границе прекомерне струје како температура ћелије расте, задржавајући ћелије у њиховом сигурном радном прозору чак и под динамичким оптерећењима.

ЦИДсунутрашње ћелије обезбеђују последњу{0}}механичку заштиту. Тренутни прекидни уређај се активира при повећању унутрашњег притиска. У време када се ЦИД активира, ћелија је већ доживела значајан стрес. ЦИД активација обично значи да је ћелија отпад.

Оцене листа са подацима претпостављају специфичне услове. Самсунг 30К оцењен за 15А континуирано претпоставља амбијент од 25 степени и адекватно хлађење. Ставите ту ћелију у изоловано кућиште на 35 степени околине и 15А ће је гурнути изнад безбедних температура.

Оцене пулса изгледају атрактивно, али долазе са приложеним жицама. Ћелија може захтевати 30А током 10 секунди, али то претпоставља да је ћелија почела на 25 степени и да има времена да се охлади пре следећег импулса. Повратни-на-повратни импулси без времена опоравка акумулирају топлоту као стална струја.

Стопе пуњења су често конзервативније од стопа пражњења. Ћелија која управља пражњењем од 20 А може толерисати само пуњење од 4 А. Ризик од литијумске превлаке је разлог. Неке новије ћелије са анодама{5}}допираним силицијумом су још осетљивије на брзину пуњења.

Старост ћелије мења све. Нова ћелија са унутрашњим отпором од 20мΩ подноси 20А боље него годину дана-ћелија стара на 30мΩ. Заштита паковања треба да узме у обзир отпорност на крај--животног века, а не само нове спецификације ћелија.

Сваки дизајн пакета захтева валидацију прекомерне струје. Опрема за тестирање је важна.

Електронска оптерећења треба да потопе струју брже него што заштита реагује. Заштитни ИЦ са кашњењем детекције од 10 мс треба оптерећење које достиже циљну струју за мање од 1 мс. Споро повећање оптерећења-омогућава да се заштита активира раније и даје лажно самопоуздање.

За тренутно мерење је потребан пропусни опсег. Отпорник за сензор од 10мΩ на 100А даје сигнал од 1В. За снимање стварног врха потребан је пропусни опсег од најмање 10 кХз, по могућности више. Сонде за опсег са одговарајућим уземљењем избегавају проблеме са буком који дају податке о смећу.

Тестирање температуре открива проблеме дизајна које испитивање собне температуре пропушта. Прагови заштите ИЦ се померају са температуром. ФЕТ Рдс(он) се повећава на високој температури, додајући пад напона. ТЦР сензора отпорника је битан када се отпорник загреје од проласка струје квара. Тестирајте на -20 степени, +25 степени и +55 степени минимум.

Тест матрица постаје велика. Прекомерна струја пуњења, прекомерна струја пражњења, кратки спој. Сваки на три температуре. Сваки на више нивоа СОЦ јер импеданса ћелије варира са стањем напуњености. Помножите са величином узорка за статистичку поузданост. Темељна валидација покреће стотине тестова.

Overcurrent

УЛ 2054покрива преносне батерије за тржишта Северне Америке. Тестирање кратког споја примењује кратки спој у трајању од 10 секунди. Паковање не сме да се запали или експлодира. Температура се прати, али се не прозива одређена граница. Ово је минимална трака.

ИЕЦ 62133-2примењује на међународном нивоу. Екстерно тестирање кратког споја користи мање од 100 мΩ укупног отпора кола који се одржава један сат или док се температура не стабилизује. Строжији од УЛ 2054 у погледу трајања.

УН 38.3регулише транспорт. Тест 5 захтева кратки спој мањи од 0,1Ω. Ћелије или батерије се не смеју растављати или запалити. Ово је важно јер непоштовање УН 38.3 значи да се ваш производ не може легално транспортовати.

САЕ Ј2464покрива ЕВ апликације са строжим захтевима. Отпор кратког споја пада на 5мΩ и термички/механички критеријуми су специфичнији.

Полагање ових тестова не значи да је дизајн заштите добар. То значи да је дизајн заштите адекватан за сертификацију. Злоупотреба у стварном-свету може да превазиђе услове тестирања.

Мерач жице се стално појављује. Мања жица додаје отпорност и ствара топлоту на спојевима. Сама жица може поднијети струју, али увијени терминали или лемни спојеви постају вруће тачке. Пакети враћени због "квара батерије" често показују изгореле жице док су ћелије у реду.

Избор конектора је још једна слаба тачка. КСТ60 конектори су предвиђени за 60А континуирано, наводно. Та оцена претпоставља савршене намотавање и чисте контакте. У пракси, смањена за 30-40% за поузданост. Андерсон Поверполес има слична размишљања.

Заваривање језичака на ћелијама захтева пажњу. Добар завар има ниску отпорност и механичку чврстоћу. Хладни завар изгледа добро, али не успева под утицајем вибрација или термичких циклуса. Изгорели завар је оштетио конзерву и створио слабу тачку. Распореди заваривања захтевају валидацију са испитивањем на повлачење и мерењем отпора.

Управљање топлотом је повезано са прекострујном способношћу. Паковање са активним хлађењем може да издржи веће струје од затвореног паковања без протока ваздуха. Неки дизајни користе термисторе на ћелијама да покрену смањење струје пре него што температуре постану критичне.

Прекомерна струја убија литијумске батерије. Понекад брзо, понекад споро, али увек штетно. Тренутна ограничења постоје из разлога везаних за физику и хемију, а не из произвољног конзервативизма.

Добра заштита захтева више слојева јер сваки тип заштите има слабости. ПТЦ су спори. Осигурачи су један-метал. ИЦ зависе од тачности чула. БМС повећава трошкове и сложеност. ЦИД значе да је ћелија већ оштећена.

Тестирање треба да одражава стварне услове употребе и сценарије злоупотребе. Полагање сертификационих тестова је неопходно, али није довољно.

Избор дизајна паковања-жица, конектора, термичких елемената, маргина{1}}одређује да ли заштита заиста штити или само изгледа добро на папиру.

Ћелије у које верујем долазе од произвођача са доследним квалитетом и објављеним подацима. Пакети којима верујем користе заштитна кола реномираних произвођача са одговарајућим дизајном апликације. Све остало се третира са опрезом док се не докаже супротно.