बॅटरी सुरक्षा संरक्षण म्हणजे काय?

मला प्रामाणिकपणे सांगू द्या: आम्ही या उद्योगात पाहिलेल्या बहुतेक बॅटरी आग अनाकलनीय नव्हत्या. त्यांचा अंदाज होता. कोणीतरी $50 वाचवण्यासाठी संरक्षण स्तर वगळला, किंवा खरेदी व्यवस्थापकाने Alibaba वरील सर्वात स्वस्त BMS निवडला, किंवा-आणि हे तुम्हाला वाटेल त्यापेक्षा जास्त घडते-एका फोर्कलिफ्ट ऑपरेटरने उन्हाळ्यात शून्य वायुवीजन असलेल्या शेडमध्ये रात्रभर चार्जिंग सोडले.

बॅटरी सुरक्षा संरक्षण ही काही अमूर्त अभियांत्रिकी संकल्पना नाही. हा हार्डवेअर, सॉफ्टवेअर आणि डिझाइन निवडींचा संग्रह आहे जो तुमचा $15,000 बॅटरी पॅक $150,000 विमा दाव्यात बदलण्यापासून रोखतो. किंवा वाईट.

आम्ही एका दशकाहून अधिक काळ साहित्य हाताळणी आणि औद्योगिक वाहनांसाठी LiFePO4 पॅक तयार करत आहोत. हा लेख मूलत: आम्ही सुरू केल्यावर कोणीतरी आम्हाला सांगितले असते अशी आमची इच्छा आहे-आणि काही महागडे धडे आम्ही कठीण मार्गाने शिकलो.

इंडस्ट्रियल ग्रेड प्रिझमॅटिक पेशींना मजबूत मॉनिटरिंग सिस्टमची आवश्यकता असते.

LiFePO4 का आणि तरीही संरक्षणाची गरज का आहे

येथे एक प्रश्न आहे जो आम्हाला ग्राहकांकडून सतत मिळतो: "मला वाटले की लिथियम लोह फॉस्फेट हे सुरक्षित रसायन आहे. मला या सर्व संरक्षण सामग्रीची आवश्यकता का आहे?"

योग्य मुद्दा. LiFePO4 NCM किंवा NCA पेक्षा खरोखर सुरक्षित आहे. ऑलिव्हिन क्रिस्टल स्ट्रक्चर जेव्हा गरम होते तेव्हा ऑक्सिजन सोडत नाही, याचा अर्थ ते स्वतःच्या आगीला तिरंगी रसायने जशी इंधन देत नाही. आम्ही पाच वेगवेगळ्या पुरवठादारांकडील पेशींवर नेल पेनेट्रेशन चाचण्या केल्या आहेत-LiFePO4 सेल सामान्यत: 150 अंश दाबतात आणि तिथे बसून धूम्रपान करतात. NCM पेशी एकाच चाचणीत? आम्ही 600 डिग्री + आणि वास्तविक ज्वाला पाहिल्या आहेत.

पण "सुरक्षित" चा अर्थ "सुरक्षित" असा होत नाही. आमच्याकडे 2021 मध्ये एक ग्राहक होता-गुआंगडोंगमध्ये लॉजिस्टिक कंपनी-ज्याला LiFePO4 म्हणजे तापमान निरीक्षणाची गरज नाही असे समजले. प्रति पॅक कदाचित 800 RMB जतन केले. मग ऑगस्ट आला, वेअरहाऊसने 45 डिग्री ॲम्बियंट दाबले, चार्जिंग सिस्टममध्ये थर्मल डिरेटिंग नव्हते आणि ते तीन सुजलेल्या पॅकसह संपले आणि एक प्रत्यक्षात बाहेर पडले. कोणालाही दुखापत झाली नाही, सुदैवाने. पण ते आता पूर्ण-वैशिष्ट्यीकृत BMS साठी आमचे सर्वात उत्साही ग्राहक आहेत.

वास्तविक आग लावणारी सामग्री

डझनभर फील्ड अपयश (आमचे आणि स्पर्धकांचे) पाहिल्यानंतर, प्रत्यक्षात काय चूक होते ते येथे आहे:

चार्जिंगमध्ये 70% समस्या उद्भवतात.डिस्चार्ज होत नाही, स्टोरेज-चार्ज होत नाही. विशेषतः:

• कमी-तापमान संरक्षणाशिवाय 0 अंशापेक्षा कमी चार्ज होत आहे. लिथियम प्लेट्स योग्यरित्या इंटरकॅलेटिंग करण्याऐवजी एनोडवर. आपण ते होताना पाहू शकत नाही. सहा महिन्यांनंतर, अंतर्गत शॉर्ट सर्किट, थर्मल धावपळ. हार्बिनमध्ये आमच्याकडे एक ग्राहक होता हा एक महाग मार्ग शिकला.
• ओव्हरचार्जिंग कारण BMS व्होल्टेज मापन वाहून गेले आणि कोणाच्याही लक्षात आले नाही. 3.65V साठी रेट केलेले सेल प्रत्येक चक्रात 3.8V वर ढकलले जातात. तीन महिने नीट काम करते, मग एके दिवशी काम होत नाही.
• चार्जर-BMS संप्रेषण अपयश. चार्जरला वाटते की बॅटरी 50% SOC वर आहे, बॅटरी प्रत्यक्षात 95% आहे. जवळजवळ-संपूर्ण पॅकमध्ये पूर्ण प्रवाह. वाईट काळ.

सेल असंतुलन ज्याचे कोणीही निरीक्षण करत नाही.16S पॅकमध्ये, एक सेलची क्षमता इतरांपेक्षा 50mAh कमी असल्यास, पॅक करण्यापूर्वी तो 100% SOC दाबेल. संतुलन न ठेवता सायकल चालवत राहा, तो सेल प्रत्येक वेळी ओव्हरचार्ज होतो. आम्ही वॉरंटीसाठी पॅक परत आल्याचे पाहिले आहे जेथे एक सेल 3.9V वर होता तर उर्वरित 3.5V वर बसला होता. घडण्याची वाट पाहत असलेली आग आहे.

विभाजकाशी तडजोड करणारे यांत्रिक नुकसान.फोर्कलिफ्ट गोष्टींमध्ये क्रॅश होतात. ते फक्त वास्तव आहे. जर आघातामुळे पेशींना अंतर्गत नुकसान होत असेल तर-बाह्य तपासणी ठीक दिसत असली तरीही-तुम्हाला विलंबित अंतर्गत शॉर्ट्स मिळू शकतात. म्हणूनच आम्ही फोर्कलिफ्ट ऍप्लिकेशन्ससाठी स्टील कॅसिंगचा अंदाज लावतो, ॲल्युमिनियम नाही. होय, ते जड आहे. होय, तो वाचतो आहे.

सक्रिय संरक्षण: सुरुवातीपासून समस्या ठेवणे

उद्योग हे "सक्रिय" आणि "निष्क्रिय" संरक्षणामध्ये विभागतो. सक्रिय म्हणजे वाईट गोष्टी घडण्यापासून रोखणे. पॅसिव्ह म्हणजे डॅमेज कंट्रोल जेव्हा ते कसेही होतात.

स्वतः पेशींपासून सुरुवात करा

स्पष्ट वाटते, परंतु: चांगले सेल खरेदी करा. आम्ही गेल्या काही वर्षांत 20 वेगवेगळ्या पुरवठादारांच्या सेलची चाचणी केली आहे. गुणवत्तेतील प्रसार खरोखरच धक्कादायक आहे. समान नाममात्र चष्मा, गैरवर्तन चाचणी अंतर्गत पूर्णपणे भिन्न वर्तन.

आपण मूल्यांकन करत असल्यास काय पहावेऔद्योगिक लिथियम बॅटरी पुरवठादार:

• नखे प्रवेश चाचणी व्हिडिओंसाठी विचारा. डेटा शीट-वास्तविक व्हिडिओ नाहीत. चांगले पेशी धूर आणि हिस. खराब पेशी जेट ज्वाला.
• विभाजक चष्मा तपासा. सिरॅमिक-कोटेड सेपरेटर थर्मल स्ट्रेस चांगल्या प्रकारे हाताळतात. पारंपारिक विभाजकांच्या खराब बॅचमुळे एका तिमाहीत तीन फील्ड अयशस्वी झाल्यामुळे आम्ही 2019 मध्ये केवळ सिरेमिक-कोटेडवर स्विच केले.
• इलेक्ट्रोलाइट ऍडिटीव्ह महत्त्वाचे. फ्लेम रिटार्डंट ॲडिटीव्ह, ओव्हरचार्ज प्रोटेक्शन ॲडिटीव्ह्स-ही सामग्री मार्केटिंग नाही, हा एक सेल जो कृपापूर्वक अयशस्वी होतो आणि जो हिंसकपणे अयशस्वी होतो त्यामधील फरक आहे.

आम्ही आमच्या वर्तमान सेल पुरवठादारासाठी पात्र ठरण्यासाठी दोन वर्षे घालवली. कारखान्याला चार वेळा भेट दिली. त्यांची QC प्रक्रिया पाहिली. हे कंटाळवाणे काम आहे पण म्हणूनच आपण रात्री झोपतो.

BMS हा बॅटरीचा मेंदू आहे, व्होल्टेज, करंट आणि तापमानाचे निरीक्षण करतो.

BMS: मेंदू जो सर्वकाही जिवंत ठेवतो

चला वास्तविक बनूया-BMS $15 सिंगल-चिप सोल्यूशनपासून ते रिडंडंसीसह $500 मल्टी-बोर्ड सिस्टमपर्यंत काहीही असू शकते. तुम्ही जे पेमेंट करता ते तुम्हाला मिळते.

आम्ही पाहिलेल्या स्वस्त BMS समस्या:

• व्होल्टेज मापन अचूकता ±30mV. "पूर्ण" आणि "धोकादायकपणे ओव्हरचार्ज केलेले" दरम्यान 100mV असलेल्या सेलवर ते पुरेसे चांगले नाही.
• सेल बॅलन्सिंग नाही, किंवा फक्त निष्क्रिय बॅलन्सिंग. 50mA वर पॅसिव्ह बॅलन्सिंगला लक्षणीय असंतुलन ठीक करण्यासाठी अक्षरशः आठवडे लागतात.
• एकल-पॉइंट-चा-अयशस्वी डिझाइन. एक MOSFET मरण पावला, संपूर्ण पॅक असुरक्षित आहे.
• संपूर्ण पॅकसाठी कोणतेही तापमान सेन्सर किंवा एक सेन्सर नाही. 20kWh पॅकमधील थर्मल ग्रेडियंट सहजपणे 15 अंशांपर्यंत पोहोचू शकतात. एक सेन्सर तुम्हाला काहीच सांगत नाही.

योग्य बीएमएस काय करते:

• प्रत्येक सेल व्होल्टेजचे वैयक्तिकरित्या निरीक्षण करते. मॉड्यूल-स्तर, सेल-स्तर नाही.
• अर्थपूर्ण प्रवाहांवर सक्रिय संतुलन (आम्ही आमच्या पॅकवर 1A+ चालवतो)
• पोझिशन लॉगिंगसह एकाधिक तापमान सेन्सर
• वास्तविक कूलॉम्ब मोजणी करण्यासाठी करंट सेन्सिंग पुरेसे अचूक आहे
• समन्वित संरक्षणासाठी चार्जरसह संप्रेषण
• हार्डवेअर बॅकअप मुख्य प्रोसेसरपासून स्वतंत्रपणे डिस्कनेक्ट होतो

फोर्कलिफ्ट पॅकवर कचरा बीएमएस आणि योग्य मधील किंमतीतील फरक $200-300 असू शकतो. पॅकची किंमत $8 आहे,000+. फोर्कलिफ्टची किंमत $३० आहे,000+. ते ज्या वेअरहाऊसमध्ये बसले आहे ते किमतीचे आहे... हे कुठे चालले आहे ते तुम्ही पहा.

जेव्हा ग्राहक आम्हाला ए निवडण्याबाबत सल्ला विचारतातलिथियम बॅटरी निर्माता, आम्ही त्यांना सांगतो: BMS बद्दल विचारा. योजनाबद्ध पाहण्यासाठी विचारा. जर ते तुम्हाला दाखवत नसतील तर निघून जा.

चार्जिंग नियंत्रण: जिथे बहुतेक आग प्रत्यक्षात सुरू होते

आम्ही हे आधीच नमूद केले आहे परंतु ते पुनरावृत्ती होते. चार्जिंग धोकादायक आहे.

योग्य चार्जिंग संरक्षण कसे दिसते ते येथे आहे:

तापमान-भरपाई चार्जिंग.0 डिग्री खाली? चार्ज करू नका किंवा तीव्रपणे कमी झालेल्या विद्युत् प्रवाहावर चार्ज करू नका. ४५ अंशाच्या वर? समान करार. हे ऐच्छिक नाही. आमचे मानक पॅक -१० अंशापेक्षा कमी शुल्क देखील स्वीकारणार नाहीत - BMS फक्त चार्ज कॉन्टॅक्टर बंद करण्यास नकार देतो.

साइड टीप: आमच्याकडे सेल्स लोकांनी ग्राहकांना "-२० डिग्री चार्जिंग क्षमता" असे वचन दिले आहे आणि मग असे का होत नाही हे अभियांत्रिकीला स्पष्ट करावे लागेल. लिथियम प्लेटिंग म्हणजे लिथियम प्लेटिंग. भौतिकशास्त्र आपल्या विक्री लक्ष्याची काळजी घेत नाही.

मार्जिनसह व्होल्टेज-आधारित समाप्ती.जर पेशींना 3.65V कमाल रेट केले असेल, तर आम्ही 3.60V वर समाप्त करतो. होय, तुम्ही कदाचित 2-3% वापरण्यायोग्य क्षमता गमावाल. तुम्हीही उडवू नका. चांगला व्यवहार.

निष्क्रीय संरक्षण: जेव्हा गोष्टी चुकीच्या होतात तेव्हा

पहा, आम्ही जगातील सर्वोत्तम संरक्षण प्रणाली तयार करू शकतो आणि सामग्री अजूनही अधूनमधून अयशस्वी होईल. एक ट्रक तुमच्या बॅटरी पॅकवर चालतो. पूर आल्याने इलेक्ट्रॉनिक्स वस्तू बाहेर पडतात. कोणीतरी प्रत्येक चेतावणीकडे दुर्लक्ष करते आणि -30 अंशांवर शुल्क आकारते कारण डिलिव्हरी बाहेर जावे लागते.

निष्क्रिय संरक्षण म्हणजे सक्रिय संरक्षण अयशस्वी झाल्यास नुकसान मर्यादित करणे.

थर्मल अडथळे

सेल दरम्यान, मॉड्यूल दरम्यान आणि पॅक बाहेरील सुमारे. थर्मल पळापळ थांबवणे हे ध्येय नाही-एकदा ते सुरू झाले की ते चालू आहे. प्रसार धीमा करणे हे उद्दिष्ट आहे जेणेकरून तुम्हाला प्रतिक्रिया देण्यासाठी वेळ मिळेल.

आम्ही आतील भिंतींवर मॉड्यूल आणि एअरजेल ब्लँकेट दरम्यान सिरेमिक फायबर शीट्सचे संयोजन वापरतो. स्वस्त नाही. परंतु जेव्हा एक सेल जातो तेव्हा जवळच्या पेशींना गंभीर तापमानाला जाण्यापूर्वी 30-60 सेकंद अतिरिक्त असतात. सप्रेशन सिस्टीम सक्रिय होण्यासाठी किंवा पॅक डिस्कनेक्ट करण्यासाठी आणि सुरक्षितपणे बाहेर पडण्यासाठी पुरेसा वेळ असतो.

ए पासून सोर्सिंग कोणासाठीLiFePO4 बॅटरी सोल्यूशन्स प्रदाता, थर्मल बॅरियर चष्मा बद्दल विचारा. जर ते तुम्हाला त्यांच्या अडथळा सामग्रीची थर्मल चालकता आणि प्रज्वलन प्रतिकार सांगू शकत नाहीत, तर तो लाल ध्वज आहे.

आग दमन

उच्च-मूल्य स्थापनेसाठी, तुम्हाला समर्पित दडपशाही हवी आहे. स्टँडर्ड अग्निशामक यंत्रे लिथियम बॅटरीवर चांगले काम करत नाहीत-आग ही आंतरिक असते, स्वत:-पाणी थांबू शकत नाही अशा गरम प्रतिक्रियांद्वारे चालते.

आम्ही सप्रेशन सिस्टमसह काम केले आहे जे परफ्लुओरोहेक्सॅनोन-आधारित एजंट वापरतात. ज्वलनात रासायनिक हस्तक्षेप करताना ते पेशी थंड करतात. परिपूर्ण नाही, परंतु अंतर्गत रासायनिक अभिक्रियावर CO2 फवारण्याचा प्रयत्न करण्यापेक्षा नाटकीयरित्या चांगले.

वास्तविक चर्चा तरी: दडपशाही हा शेवटचा उपाय आहे. तुमची सप्रेशन सिस्टीम सक्रिय झाल्यास, तुमची बॅटरी आधीच खराब झाली आहे. तुम्ही त्या वेळी फक्त संपार्श्विक नुकसान मर्यादित करत आहात. कधीही गरज न पडणे चांगले.

संलग्न रचना

संलग्नक अनेक गोष्टी करणे आवश्यक आहे:

• कोणत्याही वायुवीजन वायूंचा समावेश करा आणि त्यांना लोकांपासून दूर निर्देशित करा
• यांत्रिक गैरवर्तनापासून बचाव करा (फोर्कलिफ्ट पॅक सोडले जातात, हिट होतात, गोष्टींमध्ये धावतात)
• प्रभावानंतरही आयपी रेटिंग कायम ठेवा
• थर्मल इव्हेंट्स दरम्यान उष्णता असताना सामान्य ऑपरेशन दरम्यान उष्णता नष्ट करण्याची परवानगी द्या

आम्ही आमच्या सर्व फोर्कलिफ्ट ऍप्लिकेशन्ससाठी निर्देशित व्हेंटिंग पथांसह स्टील एनक्लोजरची कल्पना करतो. व्हेंट पथ महत्त्वाचा आहे-तुम्हाला ऑपरेटर किंवा ज्वलनशील पदार्थांवर निर्देशित केलेला सुपरहीटेड वायू नको आहे.

दोष निदान: आग लागण्यापूर्वी समस्या पकडणे

हा एक भाग आहे जो गंभीर बॅटरी सिस्टमला स्वस्त पासून वेगळे करतो.

वास्तविक-वेळेचे निरीक्षण तात्काळ धोके पकडते-डिस्चार्ज दरम्यान व्होल्टेज कमी होणे म्हणजे काहीतरी कमी झाले आहे; चार्जिंग दरम्यान तापमान वाढणे म्हणजे काहीतरी चूक आहे. त्यांना त्वरित संरक्षणात्मक प्रतिसाद आवश्यक आहे.

पण मौल्यवान सामग्री ट्रेंड विश्लेषण आहे. शेजाऱ्यांपेक्षा सतत ५ अंश जास्त उष्ण असलेल्या सेलची अंतर्गत प्रतिकारशक्ती वाढलेली असते. आज ते धोकादायक नाही. ते सहा महिन्यांत होईल. एक चांगला BMS हा डेटा लॉग करतो, ट्रेंडला ध्वजांकित करतो आणि गोदामाला लागलेल्या आगीच्या ऐवजी नियोजित देखरेखीदरम्यान त्याचे निराकरण करू देतो.

आम्ही आमच्या सर्व फ्लीट-उपयोजित पॅकवर मासिक डेटा पुल करतो. आम्ही कमीत कमी डझनभर वेळा विकसनशील दोष पकडले आहेत ज्याकडे दुर्लक्ष केल्यास फील्ड अपयशी ठरले असते. एका पॅकने तीन महिन्यांत 20mV उंच वाहणारा एक सेल दर्शविला. ते खेचले, तपासणी केली, लवकर-स्टेज सेपरेटर डिग्रेडेशन आढळले. मॉड्यूल बदलले, पॅक दोन वर्षांनंतरही ठीक चालू आहे.

आपण संभाव्य बोलत असल्यासलिथियम बॅटरी OEM भागीदार, त्यांच्या निदान क्षमतांबद्दल विचारा. नमुना फ्लीट डेटा अहवाल पाहण्यासाठी विचारा. जर ते तुम्हाला ट्रेंड ॲनालिसिस आणि प्रेडिक्टिव मेंटेनन्स डेटा दाखवू शकत नसतील, तर त्यांचे BMS कदाचित फक्त बेसिक थ्रेशोल्ड मॉनिटरिंग करत असेल-जे अगदी किमान आहे.

मानके आणि त्यांचा वास्तविक अर्थ काय

UN38.3, IEC 62619, UL 1973- तुम्हाला ही प्रमाणपत्रे सर्वत्र दिसतील. हे अस्वस्थ सत्य आहे: ही मानके पार करणे म्हणजे तुमची बॅटरी किमान आवश्यकता पूर्ण करते. याचा अर्थ असा नाही की ते चांगले आहे.

आम्ही स्पर्धक पॅकची चाचणी केली आहे ज्यात सर्व प्रमाणपत्रे आहेत आणि तरीही आम्ही -घरात चालवलेल्या मूलभूत गैरवर्तन चाचण्यांमध्ये अयशस्वी झालो आहोत. मानके मजला आहेत, कमाल मर्यादा नाही.

ते म्हणाले, जर एखादा पुरवठादार तुम्हाला हे प्रमाणपत्र दाखवू शकत नसेल तर पळून जा. ते टेबल स्टेक्स आहेत. फक्त प्रमाणन गुणवत्तेच्या बरोबरीचे आहे असे मानू नका.

आमची अंतर्गत चाचणी मानक आवश्यकतांच्या पलीकडे जाते. कमी तापमान मर्यादा. उच्च वर्तमान गैरवर्तन. विस्तारित थर्मल सायकलिंग. आमचे पॅक कसे अयशस्वी होतात हे आम्हाला जाणून घ्यायचे आहे, इतकेच नाही की ते विशिष्ट चाचणी उत्तीर्ण होतात.

ज्या ग्राहकांना सानुकूल कॉन्फिगरेशनची आवश्यकता आहे-असामान्य व्होल्टेज, विशिष्ट फॉर्म घटक, मालकी प्रणालीसह एकत्रीकरण-सानुकूल लिथियम बॅटरी निर्माताया प्रकारची विस्तारित चाचणी कोण करतो ते प्रीमियमचे मूल्य आहे. प्रमाणपत्र तुम्हाला पॅक पूर्ण कोड सांगते. विस्तारित चाचणी तुम्हाला सांगते की ते तुमच्या अर्जामध्ये प्रत्यक्षात कसे कार्य करेल.

आम्ही प्रत्यक्षात काय शिफारस करतो

हे सर्व केल्यानंतर, आपण औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी बॅटरी निर्दिष्ट करत असल्यास आपण प्रत्यक्षात काय करावे?

प्रामाणिकपणे, गेल्या पाच वर्षांत या उद्योगाने खूप चांगले केले आहे. आम्ही सुरुवात केली तेव्हा बाजारात अर्धे पॅक मुळात टाईम बॉम्ब होते. आता सर्वात गंभीर पुरवठादार वाजवी सुरक्षित प्रणाली तयार करत आहेत. परंतु "वाजवी दृष्ट्या सुरक्षित" तरीही आग लावणाऱ्या खर्चात कपात-करण्यास जागा सोडते. तुमचे काम हे शोधणे आहे की कोणते पुरवठादार प्रत्यक्षात काम करत आहेत विरुद्ध कोणते फक्त बॉक्स चेक करत आहेत.

बॅटरी सुरक्षा सेक्सी नाही. त्यामुळे चांगले मार्केटिंग होत नाही. कोणीही कधीही फोर्कलिफ्ट विकत घेतले नाही कारण बॅटरीमध्ये थर्मल रनअवे प्रसार प्रतिरोधक क्षमता होती.

परंतु ते चुकीचे समजा आणि इतर सर्व काही वेगाने महत्त्वाचे ठरते. आम्ही आमची प्रतिष्ठा अशा पॅकवर निर्माण केली आहे जी स्वस्त प्रणाली नष्ट करतील अशा परिस्थितीत वर्षानुवर्षे कार्य करतात. तुम्ही मूल्यांकन करता त्या कोणत्याही पुरवठादारामध्ये तुम्ही तेच शोधत असाल.

प्रश्न? विशिष्ट अनुप्रयोगांद्वारे बोलण्यात आम्हाला नेहमीच आनंद होतो. त्यासाठीच आम्ही आलो आहोत.