Chì ghjè a Proteczione di a Sicurezza di a Batteria?

Lasciami esse onestu in anticipu: a maiò parte di l'incendii di batterie chì avemu vistu in questa industria ùn eranu micca misteriosi. Eranu prevedibili. Qualchissia hà saltatu una strata di prutezzione per risparmià $ 50, o un gestore di compra hà sceltu u BMS più economicu in Alibaba, o -è questu succede più di ciò chì pensate-un operatore di carrelli elevatori hà lasciatu a cosa carica durante a notte in un capannone senza ventilazione zero durante l'estate.

A prutezzione di a sicurità di a batteria ùn hè micca un cuncettu di ingegneria astratta. Hè a cullizzioni di hardware, software è scelte di cuncepimentu chì impediscenu u vostru pacchettu di bateria di $ 15,000 da trasfurmà in una dumanda d'assicuranza di $ 150,000. O peggiu.

Custruemu pacchetti LiFePO4 per a manipulazione di materiale è i veiculi industriali dapoi più di un decenniu. Questu articulu hè in fondu tuttu ciò chì vulemu chì qualcunu ci hà dettu quandu avemu principiatu-più uni pochi di lezioni caru chì avemu amparatu u modu duru.

E cellule prismatiche di qualità industriale necessitanu sistemi di monitoraghju robusti.

Perchè LiFePO4 è perchè hà sempre bisognu di prutezzione

Eccu una quistione chì avemu da i clienti constantemente: "Pensu chì u fosfatatu di ferru di lithium era a chimica sicura. Perchè aghju bisognu di tutte queste cose di prutezzione?"

Puntu ghjustu. LiFePO4 hè veramente più sicuru ch'è NCM o NCA. A struttura di cristalli d'olivina ùn libera micca l'ossigenu quandu si calda, chì significa chì ùn hà micca alimentatu u so propiu focu cum'è a chimica ternaria. Avemu fattu teste di penetrazione di l'unghie nantu à e cellule di cinque fornitori differenti-Celluli LiFePO4 tipicamente toccanu forse 150 gradi è basta à stà là à fumà. Cellule NCM in u listessu test? Avemu vistu 600 gradi + è fiamme reali.

Ma "più sicuru" ùn significa micca "sicuru". Avemu avutu un cliente in 2021-cumpagnia di logistica in Guangdong-chì hà pensatu chì LiFePO4 significava chì ùn anu micca bisognu di monitoraghju di a temperatura. Salvatu forse 800 RMB per pacchettu. Dopu hè ghjuntu l'agostu, u magazzinu hà ghjuntu à 45 gradi di l'ambienti, u sistema di carica ùn avia micca derating termicu, è anu finitu cù trè pacchetti gonfi è unu chì in realtà si ventilava. Nimu hè statu feritu, per furtuna. Ma sò avà i nostri clienti più entusiasti per BMS cumpletu.

A roba chì in realtà provoca incendi

Dopu avè vistu decine di fallimenti di campu (i nostri è i cuncurrenti), eccu ciò chì in realtà va male:

A carica hè induve accade u 70% di i prublemi.Ùn hè micca scaricatu, nè almacenamentu-carca. In particulare:

• Carica sottu à 0 gradi senza prutezzione di bassa-temp. I platti di lithium nantu à l'anodu invece di intercalà bè. Ùn pudete micca vede chì succede. Sei mesi dopu, cortu circuitu internu, runaway termale. Avemu avutu un cliente in Harbin amparà questu u modu caru.
• Sovracharge perchè a misurazione di tensione BMS s'hè andata è nimu hà nutatu. E cellule valutate per 3.65V sò spinte à 3.8V ogni ciclu. Funziona bè per trè mesi, dopu un ghjornu ùn hè micca.
• Caricatore-Errore di cumunicazione BMS. Charger pensa chì a batteria hè à 50% SOC, a batteria hè in realtà à 95%. Pienu currente in un pacchettu quasi -pienu. Tempi mali.

Un sbilanciamentu cellulare chì nimu monitoreghja.In un pacchettu 16S, se una cellula hè una capacità di 50 mAh più bassa di l'altri, ghjunghjerà à 100% SOC prima di u pacchettu. Mantene in bicicletta senza equilibriu, quella cellula hè sovraccaricata ogni volta. Avemu vistu i pacchetti tornanu per a guaranzia induve una cellula era à 3.9V mentre chì u restu si trovava à 3.5V. Hè un focu chì aspetta.

Dannu meccanicu chì compromette u separatore.I carrelli elevatori sbattono in cose. Hè solu a realità. Se l'impattu dannu e cellule internamente-ancu s'è l'ispezione esterna pare bè-pudete uttene shorts interni ritardati. Hè per quessa chì avemu specificatu carcasse d'acciaio per applicazioni di carrelli elevatori, micca aluminiu. Iè, hè più pesante. Iè, vale a pena.

Prutezzione attiva: Mantene i prublemi da u principiu

L'industria divide questu in prutezzione "attiva" è "passiva". Attivu significa impedisce chì e cose cattive succedanu. Passivu significa u cuntrollu di danni quandu succede in ogni modu.

Cumincià cù i celluli stessi

Sona ovvi, ma: cumprà boni cellule. Avemu pruvatu cellule da forse 20 fornitori differenti annantu à l'anni. A diffusione di a qualità hè veramente chocante. Stesse specifiche nominali, cumportamentu completamente diversu sottu a prova di abusu.

Cosa à circà s'è vo valutate unfornitore industriale di batterie di lithium:

• Richiede video di prova di penetrazione di unghie. Micca data sheets-videos attuali. Bone cellule fume è sibilu. Celle cattivi jet flame.
• Verificate e specifiche di u separatore. I separatori-rivestiti di ceramica trattanu megliu u stress termicu. Avemu cambiatu à ceramica-rivestita esclusivamente in 2019 dopu chì un cattivu batch di separatori cunvinziunali hà causatu trè fallimenti di campu in un quartu.
• L'additivi elettroliti importanu. Additivi ritardanti di fiamma, additivi di prutezzione di sovraccarica-questa roba ùn hè micca cummercializazione, hè a diffarenza trà una cellula chì falla grazia è una chì falla violentemente.

Avemu passatu dui anni à qualificà u nostru fornitore di cellula attuale. Visitatu a fabbrica quattru volte. Fighjatu u so prucessu QC. Hè un travagliu noioso, ma hè per quessa chì dormimu a notte.

U BMS hè u cervellu di a bateria, monitorizza a tensione, u currente è a temperatura.

BMS : u cervellu chì mantene tuttu vivu

Semu veri-un BMS pò esse qualcosa da una soluzione di $ 15 single-chip à un $ 500 multi-sistema di bordu cù ridondanza. Avete ciò chì pagate.

I prublemi BMS economici chì avemu vistu:

• Precisione di misurazione di tensione di ± 30 mV. Nant'à una cellula cù 100mV trà "piena" è "periculosamente sovraccaricata", ùn hè micca abbastanza bè.
• Nisun equilibriu di cellula, o equilibriu passivu solu. L'equilibriu passivu à 50mA richiede letteralmente settimane per risolve un sbilanciamentu significativu.
• Un-puntu-di-disegni di fallimentu. Un MOSFET mori, tuttu u pacchettu hè senza prutezzione.
• Nisun sensoru di temperatura, o un sensoru per tuttu u pacchettu. I gradienti termichi in un pacchettu di 20 kWh ponu facilmente ghjunghje à 15 gradi. Un sensoru ùn vi dice nunda.

Chì faci un BMS propiu:

• Monitora ogni volta di cellula individualmente. Micca modulu-livellu, cellula-livellu.
• Equilibratu attivu à i currenti significativi (corremu 1A+ nantu à i nostri pacchetti)
• Sensori di temperatura multipli cù logu di pusizione
• Sensazione di corrente abbastanza precisa per fà un cuntu reale di coulomb
• Comunicazione cù u caricatore per a prutezzione coordinata
• A copia di salvezza di hardware si disconnette indipendentemente da u processore principale

A diferenza di costu trà un BMS di basura è un propiu pò esse $ 200-300 nantu à un pacchettu di carretti elevatori. U pacchettu custa $ 8, 000+. U carrettu custa $ 30,000+. U magazzinu in cui si trova vale a pena... vedete induve anda.

Quandu i clienti ci dumandanu cunsiglii nantu à a scelta di afabricatore di batterie di lithium, li dicemu: dumandate nantu à u BMS. Dumandate per vede u schematicu. S'ellu ùn vi mostranu micca, andate.

Cuntrolu di carica: induve a maiò parte di l'incendii cumincianu veramente

Avemu digià citatu questu, ma vale a ripetiri. A carica hè periculosa.

Eccu ciò chì pare una prutezzione di carica curretta:

Temperature{0}}caricamentu cumpensu.Sottu à 0 gradi ? Ùn caricate micca, o caricate à corrente drasticamente ridutta. Sopra i 45 gradi? U listessu affare. Questu ùn hè micca opcional. I nostri pacchetti standard ùn anu ancu accettà a carica sottu à -10 gradi - u BMS ricusa solu di chjude u contactor di carica.

Nota laterale: avemu avutu i venditori chì promettenu à i clienti "capacità di carica -20 gradi" è dopu l'ingegneria hà da spiegà perchè ùn succede micca. Lithium plating hè lithium plating. A fisica ùn importa micca u vostru scopu di vendita.

Terminazione basata in tensione-cun margine.Se e cellule sò valutate 3.65V max, finiscemu à 3.60V. Iè, perde forse 2-3% di capacità utilizable. Voi ancu ùn saltate micca. Un bonu scambiu.

Prutezzione passiva: Quandu e cose vanu male in ogni casu

Fighjate, pudemu custruisce i meglii sistemi di prutezzione in u mondu è e cose anu sempre fallu. Un camion passa sopra a vostra batteria. L'elettronica hè un cortu d'inundazione. Qualchissia ignora ogni avvertimentu è forza una carica à -30 gradi perchè a consegna deve esce.

A prutezzione passiva hè di limità i danni quandu a prutezzione attiva falla.

Barriere termiche

Trà e cellule, trà i moduli, è intornu à l'esterno di u pacchettu. L'obiettivu ùn hè micca di piantà a fuga termale-una volta chì principia, hè andata. U scopu hè di rallentà a propagazione per avè u tempu di reagisce.

Utilizemu una cumminazione di fogli di fibra ceramica trà moduli è mantelli di aerogel in i muri interni. Ùn hè micca prezzu. Ma quandu una cellula va, e cellule adiacenti anu un extra di 30-60 seconde prima di ghjunghje à a temperatura critica. Hè spessu abbastanza tempu per i sistemi di suppressione per attivà o per u pacchettu per disconnect and vent safely.

Per chiunque provenga da aFornitore di soluzioni di batterie LiFePO4, dumandate nantu à e specifiche di a barriera termale. S'ellu ùn pò micca dì à a conduttività termale è a resistenza à l'ignizione di i so materiali di barriera, hè una bandiera rossa.

Suppressione di u focu

Per installazioni di altu -valore, vulete suppressione dedicata. L'extinctori di u focu standard ùn funziona micca bè nantu à e batterie di lithium-u focu hè internu, guidatu da riazzioni auto-riscaldanti chì l'acqua ùn pò micca piantà.

Avemu travagliatu cù sistemi di suppressione chì utilizanu agenti basati in perfluorohexanone -. Refrescanu e cellule mentre interferiscenu chimicamente cù a combustione. Micca perfetta, ma dramaticamente megliu cà pruvà à spruverà CO2 à una reazione chimica interna.

Parlà veru però: a suppressione hè l'ultima risorsa. Se u vostru sistema di suppressione si attiva, a vostra bateria hè digià arruvinata. Stai solu limità i danni collaterali à quellu puntu. Hè megliu ùn avè mai bisognu.

Disegnu di l'armatura

L'armatura deve fà parechje cose:

• Cuntene qualsiasi gasi di venti è dirigeli luntanu da e persone
• Sopravviva à l'abusu meccanicu (i pacchetti di carrelli elevatori sò cascati, colpiti, sbatti in cose)
• Mantene a classificazione IP ancu dopu l'impatti
• Permette a dissipazione di u calore durante u funziunamentu normale mentre cuntene u calore durante l'avvenimenti termali

Specifiquemu recinzioni in acciaio cù percorsi di ventilazione diretta per tutte e nostre applicazioni di carrelli elevatori. U percorsu di u ventu hè impurtante-ùn vulete micca u gasu surriscaldatu direttu à l'operatore o à i materiali inflammabili.

Diagnosi di difetti: catturà i prublemi prima di diventà incendi

Questa hè a parte chì separa i sistemi di batterie serii da quelli economici.

U monitoraghju in -tempu reale cattura i periculi immediati-caduta di tensione durante a scarica significa chì qualcosa hè in corto; L'aumentu di a temperatura durante a carica significa chì qualcosa hè sbagliatu. Questi necessitanu una risposta protettiva immediata.

Ma u preziosu hè l'analisi di tendenza. Una cellula chì hè sempre 5 gradi più calda cà i so vicini hà probabilmente una resistenza interna elevata. Ùn hè micca periculosu oghje. Serà in sei mesi. Un bonu BMS registra queste dati, marca a tendenza, è vi permette di affruntà durante u mantenimentu programatu invece di durante un focu di magazzinu.

Facemu mensili di dati su tutti i nostri pacchetti di flotta-deployed. Avemu pigliatu i difetti chì sviluppanu almenu una decina di volte chì sarianu diventati fallimenti di campu se ignorati. Un pacchettu dimustrava una sola cellula in deriva di 20 mV in più di trè mesi. Tiratu, inspeccionatu, truvaru degradazione di u separatore in prima fase-. Sustituitu u modulu, u pacchettu hè sempre in funzione bè dui anni dopu.

Sè parli à un putenzialeBatteria di lithium partner OEM, dumandate nantu à e so capacità di diagnostichi. Dumandate à vede esempi di rapporti di dati di flotta. S'ellu ùn ponu micca mostrà l'analisi di tendenza è e dati di mantenimentu predittivu, u so BMS hè prubabilmente solu fà un cuntrollu di soglia di basa-chì hè u minimu minimu.

Norme è ciò chì significanu veramente

UN38.3, IEC 62619, UL 1973-vedrete queste certificazioni in ogni locu. Eccu a verità scomoda: passà questi standard significa chì a vostra bateria risponde à i requisiti minimi. Ùn significa micca chì hè bonu.

Avemu pruvatu i pacchetti di cuncurrenti chì avianu tutte e certificazioni è anu ancu fallutu i testi di basa di abusu chì eseguimu in-casa. I standard sò un pianu, micca un tettu.

Dittu chistu, se un fornitore ùn vi pò micca mostrà sti certificati, scappate. Sò pacchetti di tavulinu. Solu ùn assume micca a certificazione uguale a qualità.

A nostra prova interna va oltre i requisiti standard. Limiti di temperatura più bassi. Abusu attuale più altu. Ciclu termale allargatu. Vulemu sapè cumu i nostri pacchetti fallenu, micca solu chì passanu una prova specifica.

Per i clienti chì anu bisognu di cunfigurazioni persunalizati -tensioni inusual, fatturi di forma specifichi, integrazione cù sistemi proprietarii-travaglianu cù unfabricatore di batterie di lithium persunalizatuquale face stu tipu di teste allargate vale a pena. A certificazione vi dice chì u pacchettu risponde à u codice. A prova estesa vi dice cumu si realizà in a vostra applicazione.

Ciò chì avemu veramente cunsigliatu

Dopu tuttu questu, chì duvete veramente fà se specificate batterie per applicazioni industriali?

Onestamente, sta industria hè diventata assai megliu in l'ultimi cinque anni. Quandu avemu principiatu, a mità di i pacchetti nantu à u mercatu eranu basicamente bombe à tempu. Avà a maiò parte di i fornitori serii custruiscenu sistemi raghjone sicuri. Ma "ragiunamente sicuru" lascia sempre spaziu per u tipu di costu-tagliatu chì provoca incendi. U vostru travagliu hè di scopre quale fornitori facenu veramente u travagliu versus quelli chì sò solu cuntrollanu caselle.

A sicurità di a bateria ùn hè micca sexy. Ùn face micca un bonu marketing. Nisunu hà mai compru un carrettu elevatore perchè a bateria avia una grande resistenza di propagazione termale runaway.

Ma sbagliate è tuttu u restu ferma di importà abbastanza rapidamente. Avemu custruitu a nostra reputazione nantu à pacchetti chì funzionanu solu, annu dopu annu, in cundizioni chì uccideranu sistemi più economici. Hè ciò chì duvete cercà in ogni fornitore chì valutate.

Dumande? Semu sempre felici di parlà attraversu applicazioni specifiche. Hè per quessa chì simu quì.