Hvað er ofstraumur?

Ofstraumur þýðir að verið er að biðja rafhlöðuna um að gefa eða taka við meiri straumi en hún var byggð fyrir. Einfalt eins og það. Fruman hitnar, efnafræðin verður stressuð og hlutirnir fara á hliðina ef enginn stígur inn.

Ég sé þetta vandamál stöðugt í skilum á sviði. Pakkningar koma aftur með brenndum ummerkjum, bræddum flipum, frumum sem líta vel út að utan en mælast dauðir að innan. Níu sinnum af hverjum tíu dró einhver of mikinn straum eða vörnin bilaði.

Litíum frumur hafa hörð mörk. Frumur sem er metinn fyrir 10A samfellt þolir 10A allan daginn við stofuhita. Ýttu því í 15A og innra hitastigið hækkar. Ýttu því í 30A og þú hefur kannski sekúndur áður en eitthvað gefur sig.

Hitamyndun í litíum frumu fylgir I²R. Innra viðnám á dæmigerðum 18650 er um 15-30mΩ eftir frumunni og aldri hennar. Keyrðu tölurnar á 25mΩ frumu.

Við 10A: 10² × 0.025=2.5W Við 20A: 20² × 0.025=10W Við 40A: 40² × 0.025=40B

Þessi 40W á hvergi að fara í stáldós. Hitastig frumunnar hækkar. Raflausn byrjar að brotna niður um 80 gráður. Yfir 130 gráður getur skiljan bilað. Eftir það verður hitauppstreymi raunverulegur möguleiki.

Hleðsla yfirstraums fylgir sömu eðlisfræði en með auka vandamáli. Litíumhúðun. Ýttu hleðslustraumnum of hátt og litíum málmur sest á yfirborð rafskautsins í stað þess að blandast rétt saman. Þessi málun er varanlegt afkastagetu tap. Það skapar einnig hættu á myndun dendrits.

Overcurrent

Ytri stuttbuxurgerast meira en framleiðendur vilja viðurkenna. Laus skrúfa í girðingu. Skemmdur vír nuddist við grind. Vatnsinngangur skapar leiðandi leið. Ég vann að innköllun þar sem tengitengið var með hönnunargalla sem lét jákvæða pinna hafa samband við jörðu girðingarinnar við innsetningu. Þúsundir pakka fóru út áður en nokkur náði honum.

Hleðsluvillurkoma stöðugt fram í rafmagnsverkfærum. Burstaðir mótorar stöðvast við 6-8x gangstraum. Burstalaus með FOC-stýringu höndlar bása betur en toppar samt harða. Rafhlaðan sér þann topp hvort sem mótorstýringin gerir eitthvað í því eða ekki.

Vandamál með hleðslutækihafa tilhneigingu til að vera lúmskur. Hleðslutæki hannað fyrir 4S pakka sem er tengt við 3S pakka. Spennumörkin gætu samt virkað, en núverandi snið er rangt. Eða skynjara hleðslutækið slitnar og hleðslutækið ýtir bara á fullan straum þar til eitthvað sleppur.

Misræmi í frumumí röð pökkum er skaðlegt. Fjórar frumur í röð, þar af þrjár 3000mAh, ein þeirra í raun 2700mAh vegna þess að hún sat í heitu vöruhúsi í sex mánuði. Þessi veika klefi nær fullri hleðslu fyrst. Hinir þrír halda áfram að þrýsta. Þessi veika klefi verður ofhlaðin, myndar gas, hitnar og nú er staðbundið yfirstraumsástand sem gerist inni í einni frumu á meðan pakkspennan lítur vel út.

Strax afleiðingin er hiti. Viðvarandi ofstraumur við 2x einkunn mun ýta flestum frumum yfir 60 gráður innan nokkurra mínútna. Fruman lifir, líklega, en hringrás líf tekur högg.

Endurtekin ofstraumsatburður skapar uppsafnað tjón. SEI lagið á rafskautinu þykknar. Innri mótspyrna læðist að. Afkastageta dofnar. Hólf sem byrjaði á 3000mAh og 20mΩ gæti verið 2400mAh og 35mΩ eftir 200 misnotkunarlotur. Það hefði gert 800 lotur við rétta notkun.

Alvarleg ofstraums-skammhlaupsaðstæður-geta bundið enda á frumu á nokkrum sekúndum. Straumurinn nær hámarki við hvað sem innra viðnám frumunnar takmarkar hana við. Fullhlaðin há-rennsli 18650 í harða stuttu getur séð 200-300A tafarlausan straum. Flipasuðurnar eru oft fyrsti bilunarpunkturinn. Ef fliparnir haldast hitnar hlauprúllan svo hratt að loftræsting fylgir innan nokkurra sekúndna.

Ég hef séð frumur sem hleyptu svo hart út að jákvæðu lokinu var hleypt af stokkunum yfir rannsóknarstofuna. Öryggisgleraugu eru ekki valfrjáls þegar skammhlaupsviðbrögð eru prófuð.

Overcurrent

Góð pakkningshönnun notar margar verndaraðferðir. Ekkert eitt tæki sér um hverja bilunarham.

PTCsitja inni í flestum sívalur frumum frá virtum framleiðendum. Þeir sleppa út frá hitastigi, ekki straumi beint. PTC gæti verið metið til að halda 7A og sleppa við 15A, en akstursbúnaðurinn er hitauppstreymi. Viðbragðstími er hægur-hundruð millisekúndna í sekúndur. PTC mun ekki bjarga þér frá erfiðum stuttum. Þeir höndla í meðallagi yfirstraum og gefa pakkningunni tíma til að kólna.

Öryggiblása einu sinni og vera blásinn. Pakkningar-stigsöryggi eru að stærð yfir venjulegum rekstrarstraumi með mörkum fyrir innkeyrslu og skammvinn. 10A samfelldur pakki gæti notað 15A hraðvirkt-öryggi. Öryggið hreinsar harða skammhlaup hraðar en PTC, venjulega undir 100 ms við mikla bilunarstrauma. En það drepur líka pakkann til frambúðar. Ábyrgðarkröfur fylgja.

Vernd ICsfylgjast með straumi í gegnum skynviðnám. Sameiginlegir hlutar frá Seiko, TI og öðrum veita yfirstraumsþröskulda sem hægt er að forrita í gegnum ytri viðnám eða harðkóðaða innbyrðis. Uppgötvunartafir eru venjulega 8-24 ms. Skammhlaupsgreining er hraðari, oft undir 500 µs. IC rekur ytri FET til að aftengja pakkann.

Gildi skynviðnáms skiptir máli. 5mΩ skynviðnám gefur betri upplausn en lækkar meiri spennu og dreifir meira afli við mikla strauma. 2mΩ viðnám eyðir minna afli en þarf næmari framenda. Flestar neytendapakkningar nota 3-10mΩ eftir núverandi flokki.

BMSí stærri pakkningum bætir við greind. Virk straumtakmörkun frekar en bara ferð/engin-ferð. Hitastigs-viðmiðunarmörk. Skráning atburða til greiningar. Gott BMS dregur úr yfirstraumsmörkum þegar hitastig frumunnar hækkar og heldur frumunum í öruggum rekstrarglugga sínum, jafnvel við kraftmikið álag.

CIDInnri frumur veita síðustu-vélræna vörn. Núverandi truflunarbúnaður virkjar við innri þrýstingsuppbyggingu. Þegar CID sleppir hefur fruman þegar upplifað verulega streitu. CID virkjun þýðir venjulega að klefinn er rusl.

Einkunnir gagnablaða gera ráð fyrir sérstökum skilyrðum. Samsung 30Q, sem er metið fyrir 15A samfellda, gerir ráð fyrir 25 gráðu umhverfi og fullnægjandi kælingu. Festu þann klefa inni í einangruðu girðingu við 35 gráðu umhverfis og 15A mun ýta honum framhjá öruggu hitastigi.

Púls einkunnir líta aðlaðandi út en fylgja með strengjum. Fruma gæti krafist 30A í 10 sekúndur, en það gerir ráð fyrir að fruman hafi byrjað við 25 gráður og hafi tíma til að kólna fyrir næsta púls. Aftur-til-afturpúlsar án batatíma safna hita eins og stöðugur straumur.

Hleðsluhraði er oft íhaldssamari en losunarhlutfall. Hólf sem sér um 20A útskrift gæti aðeins þolað 4A hleðslu. Áhættan við litíumhúðun er ástæðan. Sumar nýrri frumur með sílikon-dópaðar rafskaut eru enn viðkvæmari fyrir hleðsluhraða.

Frumualdur breytir öllu. Ný fruma með 20mΩ innri viðnám höndlar 20A betur en árs-gömul hólf við 30mΩ. Pakkningavörn ætti að taka tillit til-loka-lífþols, ekki bara nýrra frumuforskrifta.

Sérhver pakkningahönnun þarfnast yfirstraumsprófunar. Prófunarbúnaðurinn skiptir máli.

Rafeindahleðslur þurfa að sökkva straumnum hraðar en vörnin bregst við. Vörn IC með 10ms skynjunartöf þarf álag sem nær markstraumi á innan við 1ms. Hægur hleðslurampur-upp gerir vörninni kleift að fara snemma og gefur falskt sjálfstraust.

Núverandi mæling þarf bandbreidd. 10mΩ skynviðnám við 100A gefur 1V merki. Til að ná raunverulegum toppi þarf að minnsta kosti 10kHz bandbreidd, helst meira. Umfangsskynjarar með rétta jarðtengingu forðast hávaðavandamál sem gefa sorpgögn.

Hitaprófun grípur hönnunarvandamál sem stofuhitaprófun missir af. Vörn IC þröskuldar reka með hitastigi. FET Rds(on) eykst við háan hita og bætir við spennufalli. Skynviðnám TCR skiptir máli þegar viðnámið hitnar frá því að senda bilunarstraum. Prófaðu við -20 gráður, +25 gráður og +55 gráður að lágmarki.

Próffylkiið verður stórt. Hleðsla ofstraumur, losun ofstraumur, skammhlaup. Hver við þrjú hitastig. Hver á mörgum SOC stigum vegna þess að frumuviðnám er mismunandi eftir hleðsluástandi. Margfaldaðu með úrtaksstærð fyrir tölfræðilega öryggi. Ítarleg staðfesting keyrir hundruð prófana.

Overcurrent

UL 2054nær yfir flytjanlegar rafhlöðupakka fyrir markaði í Norður-Ameríku. Skammhlaupsprófun beitir dauða skammhlaupi í 10 sekúndur. Pakkningin má ekki kvikna eða springa. Fylgst er með hitastigi en engin sérstök mörk eru kölluð út. Þetta er lágmarksbarátta.

IEC 62133-2gildir á alþjóðavísu. Ytri skammhlaupsprófun notar minna en 100mΩ heildarrásarviðnám sem haldið er í eina klukkustund eða þar til hitastigið er stöðugt. Strangari en UL 2054 varðandi tímalengd.

SÞ 38.3stjórnar siglingum. Próf 5 krefst stutts gegnum minna en 0,1Ω. Frumur eða rafhlöður mega ekki taka í sundur eða kvikna í. Þessi skiptir máli vegna þess að falli UN 38.3 þýðir að ekki er hægt að flytja vöruna þína löglega.

SAE J2464nær yfir rafbílaumsóknir með strangari kröfum. Skammhlaupsviðnámið lækkar í 5mΩ og varma/vélræn viðmið eru sértækari.

Að standast þessi próf þýðir ekki að verndarhönnunin sé góð. Það þýðir að verndarhönnunin er fullnægjandi fyrir vottun. Misnotkun í raun-heiminum getur farið yfir prófunarskilyrði.

Vírmælir kemur stöðugt upp. Undirstærð vír bætir viðnám og skapar hita við tengingar. Vírinn sjálfur gæti séð um strauminn, en krumpar skautar eða lóðasamskeyti verða heitir blettir. Pakkningar sem skilað er vegna „rafhlöðubilunar“ sýna oft brenndar vírskauta á meðan frumurnar eru í lagi.

Tengival er annar veikur punktur. XT60 tengi eru metin fyrir 60A samfellda, að sögn. Sú einkunn gerir ráð fyrir fullkomnum kröppum og hreinum snertingum. Í reynd, lækkað um 30-40% fyrir áreiðanleika. Anderson Powerpoles hafa svipaðar skoðanir.

Flipasuðu á frumum þarfnast athygli. Góð suðu hefur lítið viðnám og vélrænan styrk. Köld suðu lítur vel út en mistekst við titring eða hitauppstreymi. Brennd suðu skemmdi dósina og myndar veikan blett. Suðuáætlanir þurfa löggildingu með togprófun og viðnámsmælingu.

Varmastjórnun tengist ofstraumsgetu. Pakkning með virkri kælingu getur haldið uppi meiri straumum en innsigluð pakkning án loftflæðis. Sum hönnun notar hitamæli á frumum til að kveikja á straumlækkun áður en hitastig verður mikilvægt.

Ofstraumur drepur litíum rafhlöður. Stundum hratt, stundum hægt, en alltaf skemmandi. Núverandi mörk eru til af ástæðum sem tengjast eðlis- og efnafræði, ekki handahófskenndri íhaldssemi.

Góð vörn krefst margra laga vegna þess að hver verndartegund hefur veikleika. PTC eru hæg. Öryggi eru eitt-skot. IC er háð nákvæmni skynjunar. BMS bætir við kostnaði og flókið. CID þýðir að fruman er þegar skemmd.

Prófun þarf að endurspegla raunveruleg notkunarskilyrði og misnotkunarsviðsmyndir. Nauðsynlegt er að standast vottunarpróf en ekki nóg.

Val á pakkningahönnun-víra, tengi, hitauppstreymi, jaðar-ákvarða hvort vörnin verndar í raun eða lítur bara vel út á pappír.

Frumurnar sem ég treysti koma frá framleiðendum með stöðug gæði og birt gögn. Pakkarnir sem ég treysti nota verndarrásir frá virtum söluaðilum með rétta forritshönnun. Allt annað verður meðhöndlað með varúð þar til annað er sannað.