Cosa hè Overcurrent?
Overcurrent significa chì a bateria hè stata dumandata à furnisce o accettà più currente di quellu chì hè stata custruita. Simple cum'è questu. A cellula si riscalda, a chimica hè stressata, è e cose andanu di latu se nimu ùn entra.
Vecu stu prublema constantemente in i ritorni di u campu. I pacchetti tornanu cù tracce brusgiate, tabulature fuse, cellule chì pareanu bè da l'esternu ma misuranu i morti internu. Nove volte di dece, qualchissia tirava troppu currente o a prutezzione falluta.
E cellule di lithium anu limiti duri. Una cellula classificata per 10A cuntinuu tollerà 10A tuttu u ghjornu à a temperatura di l'ambienti. Spingete à 15A è a temperatura interna scende. Spingete à 30A è avete forse seconde prima chì qualcosa dà.
A matematica daretu
La generazione di calore in una cellula di litio segue I²R. A resistenza interna nantu à un tipicu 18650 si trova intornu à 15-30mΩ secondu a cellula è a so età. Eseguite i numeri nantu à una cellula 25mΩ.
À 10A : 10² × 0.025=2.5W À 20A : 20² × 0.025=10W À 40A : 40² × 0.025=40W
Ddu 40W ùn hà nudda parte per andà in una latta d'acciaio. A temperatura di a cellula picchi. L'elettroliti cumincianu à scumpressà à circa 80 gradi. Sopra 130 gradi, u separatore pò fallu. Dopu quì, a fuga termale diventa una vera pussibilità.
A sovracorrente di carica seguita a stessa fisica, ma cù un prublema extra. Placcatura di litiu. Push a currente di carica troppu altu è i dipositi di metalli di litiu nantu à a superficia di l'anodu invece di intercalà bè. Ddu plating hè una perdita di capacità permanente. Crea ancu risicu di furmazione di dendrite.
Induve vene a sovracorrente
Shorts esternisuccede più di ciò chì i fabricatori volenu ammette. Una vite liberata in un recinto. Un filu dannatu strofina contra un quadru. Ingressu di l'acqua chì crea una strada conductiva. Aghju travagliatu nantu à un ricordu induve u cunnessu di u pacchettu avia un difettu di designu chì permette à u pin pusitivu in cuntattu cù a terra di l'armadiu durante l'inserzione. Migliaia di pacchetti sò andati prima chì qualcunu l'hà pigliatu.
I difetti di caricaapparisce constantemente in l'applicazioni di l'uttellu. I mutori spazzolati si fermanu à 6-8x corrente di corrente. Brushless cù u cuntrollu FOC gestisce megliu i stalli, ma sempre picchi duru. A bateria vede quellu spike se u cuntrollu di u mutore faci qualcosa o micca.
Problemi di caricatendenu à esse sottili. Un caricatore pensatu per un pacchettu 4S inseritu in un pacchettu 3S. I limiti di tensione puderia ancu travaglià, ma u prufilu attuale hè sbagliatu. O a linea di sensu di u caricatore si rompe è u caricatore solu spinge u currente pienu finu à chì qualcosa viaghja.
Incompatibilità di cellulain pacchetti di serie hè insidiosu. Quattru cellule in serie, trè d'elli 3000mAh, una di elle in realtà 2700mAh perchè si pusò in un magazzinu caldu per sei mesi. Questa cellula debule tocca prima a carica completa. L'altri trè continuanu à spinghje. Questa cellula debule hè sopracargata, genera gasu, si riscalda, è avà avete una cundizione di sovracorrente lucale chì succede in una sola cellula mentre a tensione di u pacchettu pare bè.
Cunsequenze reali
A cunsiquenza immediata hè u calore. Sopracorrente sustinutu à una valutazione 2x spingerà a maiò parte di e cellule oltre 60 gradi in pochi minuti. A cellula sopravvive, probabilmente, ma a vita di u ciculu piglia un successu.
L'avvenimenti ripetuti di sovracorrente creanu danni cumulativi. A strata SEI nantu à l'anodu s'ingrossa. A resistenza interna cresce. A capacità svanisce. Una cellula chì hà cuminciatu à 3000mAh è 20mΩ puderia esse 2400mAh è 35mΩ dopu à 200 cicli abusivi. Avaria fattu 800 cicli sottu usu propiu.
Cundizioni severi di overcurrent-cortu circuitu-puderanu finisce una cellula in seconde. L'attuali picchi à ciò chì a resistenza interna di a cellula a limita. Un altu -drain completamente caricatu 18650 in un cortu duru pò vede 200-300A corrente istantanea. I saldature di tabulazione sò spessu u primu puntu di fallimentu. Se e tabulature tenenu, u rollu di gelatina si riscalda cusì veloce chì a ventilazione seguita in pochi seconde.
Aghju vistu e cellule chì vanu cusì duru u capu pusitivu lanciatu in u laboratoriu. I vetri di sicurezza ùn sò micca opzionali quandu teste a risposta di cortu circuitu.
Strati di prutezzione
Un bonu disignu di pacchettu usa parechje meccanismi di prutezzione. Nisun dispositivu solu gestisce ogni modu di fallimentu.
PTCsiate in a maiò parte di e cellule cilindriche di fabricatori reputabili. Viaghjanu basatu nantu à a temperatura, micca attuale direttamente. Un PTC puderia esse qualificatu per mantene 7A è viaghja à 15A, ma u mecanismu di viaghju hè termale. U tempu di risposta hè lentu -centinaie di millisecondi à seconde. I PTC ùn vi salvà micca da un cortu duru. Maneghjanu una surcorrente moderata è dà à u pacchettu u tempu di rinfriscà.
Fusibilisoffia una volta è stà soffiatu. I fusibili di u pacchettu - sò dimensionati sopra u currente normale di u funziunamentu cù un margine per l'inrush è i transitori. Un pacchettu cuntinuu di 10A puderia aduprà un fusible rapidu -15A. U fusible sguassate un cortu duru più veloce ch'è un PTC, tipicamente sottu 100ms à correnti di difetti elevati. Ma ancu uccide u pacchettu permanentemente. I rivendicazioni di garanzia seguitanu.
IC di prutezzionemonitorà u currente attraversu una resistenza di sensu. E parti cumuni da Seiko, TI, è altri furniscenu soglie di sovracorrente programmabili per resistori esterni o codificati internamente. I ritardi di rilevazione sò generalmente 8-24 ms. A rilevazione di u cortu circuitu hè più veloce, spessu sottu à 500 µs. L'IC guida FET esterni per disconnect the pack.
U valore di resistenza di sensu importa. Una resistenza di sensazione di 5 mΩ dà una risuluzione megliu, ma diminuisce più tensione è dissipa più putenza à correnti elevate. Un resistore 2mΩ perdi menu putenza ma hà bisognu di un front end più sensibile. A maiò parte di i pacchetti di cunsumatori utilizanu 3-10mΩ secondu a classe attuale.
BMSin pacchetti più grande aghjunghje intelligenza. Limitazione di u currente attivu piuttostu cà solu viaghju / micca-viaghju. Temperature-soglie compensate. Logging di l'eventi per diagnostichi. Un bonu BMS riduce i limiti di sovracorrente cum'è a temperatura di e cellule aumenta, mantenendu e cellule in a so finestra operativa sicura ancu sottu carichi dinamichi.
CIDin e cellule furnisce l'ultimu-prutezzione meccanica. U Dispositivu di Interruzzione attuale si attiva nantu à l'accumulazione di pressione interna. À u tempu chì un CID viaghja, a cellula hà digià sperimentatu un stress significativu. L'attivazione di CID generalmente significa chì a cellula hè scrap.
Specific Sheets è Realtà
E classificazioni di datasheet assumenu cundizioni specifiche. Un Samsung 30Q classificatu per 15A cuntinuu assume un ambiente di 25 gradi è un raffreddamentu adattatu. Pigliate quella cellula in un chjusu insulatu à 35 gradi ambientale è 15A a spingerà sopra a temperatura sicura.
I valutazioni di Pulse parenu attraenti, ma venenu cù corde attaccate. Una cellula puderia riclamà 30A per 10 seconde, ma questu assume chì a cellula hà cuminciatu à 25 gradi è hà u tempu di rinfriscà prima di u prossimu impulsu. Back-à-pulsazioni di ritornu senza tempu di ricuperazione accumule calore cum'è un currente cuntinuu.
I tassi di carica sò spessu più cunservatori cà i tassi di scaricamentu. Una cellula chì gestisce una scarica di 20A puderia tollerà solu una carica di 4A. U risicu di lithium plating hè u mutivu. Alcune cellule più recenti cù anodi drogati di silicio- sò ancu più sensibili à a tarifa di carica.
L'età cellulare cambia tuttu. Una nova cellula cù una resistenza interna di 20mΩ gestisce 20A megliu cà una cellula di un annu -vechja à 30mΩ. A prutezzione di u pacchettu duveria cunsiderà a resistenza di a fine-di-a vita, micca solu e novi specifiche di e cellule.
Prutezzione di Prutezzione Overcurrent
Ogni disignu di pacchettu hà bisognu di validazione di sovracorrente. L'equipaggiu di prova importa.
I carichi elettronici anu bisognu di affundà a corrente più veloce di ciò chì a prutezzione risponde. Un IC di prutezzione cù ritardu di rilevazione di 10 ms hà bisognu di una carica chì righjunghji u currente di destinazione in menu di 1 ms. A rampa di carica lenta-up permette a prutezzione di viaghjà prima è dà falsa fiducia.
A misurazione attuale hà bisognu di larghezza di banda. Una resistenza di sensazione di 10mΩ à 100A dà un signalu di 1V. A catturà u piccu attuale richiede almenu una larghezza di banda 10kHz, preferibile più. Sonde Scope cù una messa à terra curretta evitanu i prublemi di rumore chì dà dati di basura.
A prova di temperatura cattura i prublemi di cuncepimentu chì a prova di a temperatura di l'ambienti manca. U soglia di prutezzione IC deriva cù a temperatura. FET Rds (on) aumenta à alta temperatura, aghjunghjendu caduta di tensione. A resistenza di sensazione TCR hè impurtante quandu a resistenza si riscalda da a corrente di difettu passa. Pruvate à -20 gradi, +25 gradi, è +55 gradi minimu.
A matrice di prova diventa grande. Charge overcurrent, scarica overcurrent, short circuit. Ognunu à trè temperature. Ciascunu à parechji livelli SOC perchè l'impedenza di a cellula varia cù u statu di carica. Multiplicà per a dimensione di mostra per a fiducia statistica. Una validazione approfondita corre centinaie di teste.
Norme chì importa
UL 2054copre i pacchetti di batterie portatili per i mercati nordamericani. A prova di cortu circuitu applica un cortu mortu per 10 seconde. U pacchettu ùn deve micca piglià u focu o esplusioni. A temperatura hè monitorata, ma ùn hè micca chjamatu un limitu specificu. Questu hè un bar minimu.
IEC 62133-2s'applica à u mondu internaziunale. A prova di cortu circuitu esternu usa menu di 100mΩ resistenza di circuitu tutale tenuta per una ora o finu à chì a temperatura si stabilizza. Più strettu di UL 2054 nantu à a durata.
ONU 38.3guverna u trasportu. L'essai 5 nécessite un court à travers moins de 0,1 Ω. E cellule o batterie ùn devenu micca disassembler o piglià u focu. Questu hè impurtante perchè fallimentu UN 38.3 significa chì u vostru pruduttu ùn pò micca esse trasportatu legalmente.
SAE J2464copre l'applicazioni EV cù esigenze più strette. A resistenza di cortu circuitu cade à 5mΩ è i criterii termichi / meccanichi sò più specifichi.
Passà sti testi ùn significa micca chì u disignu di prutezzione hè bonu. Significa chì u disignu di prutezzione hè adattatu per a certificazione. L'abusu di u mondu reale pò superà e cundizioni di prova.
Scelte di cuncepimentu di pacchettu
U calibre di filu vene constantemente. U filu sottumessu aghjunghje resistenza è crea calore à e cunnessione. U filu stessu puderia manighjà u currente, ma i terminali crimpati o i giunti di saldatura diventanu punti caldi. I pacchetti restituiti per "fallimentu di a batteria" spessu mostranu terminali di fili brusgiati mentre e cellule sò bè.
A selezzione di u cunnessu hè un altru puntu debule. I connettori XT60 sò valutati per 60A cuntinui, suppostamente. Questa valutazione assume crimps perfetti è cuntatti puliti. In pratica, derated da 30-40% per affidabilità. Anderson Powerpoles anu cunsiderazioni simili.
A saldatura di tabulazione nantu à e cellule hà bisognu d'attenzione. Una bona saldatura hè bassa resistenza è forza meccanica. Una saldatura fredda pare bè, ma falla sottu a vibrazione o u ciculu termale. Una saldatura brusgiata hà danatu u cane è crea un puntu debule. I scheduli di saldatura necessitanu validazione cù teste di pull è misurazione di resistenza.
A gestione termica si lega à a capacità di sovracorrente. Un pacchettu cù rinfrescante attivu pò sustene correnti più altu ch'è un pacchettu sigillatu senza flussu d'aria. Certi disinni utilizanu termistori nantu à e cellule per attivà a riduzzione di corrente prima chì e temperature diventanu critiche.
U Takeaway
A sovracorrente uccide e batterie di lithium. Certe volte veloce, à volte lento, ma sempre dannusu. I limiti attuali esistenu per ragioni ligati à a fisica è a chimica, micca à u cunservaturisimu arbitrariu.
Una bona prutezzione richiede parechje strati perchè ogni tipu di prutezzione hà debule. I PTC sò lenti. I fusibles sò un-shot. I IC dipendenu da a precisione di sensu. BMS aghjunghje costu è cumplessità. I CID significanu chì a cellula hè digià dannata.
A prova deve riflette e cundizioni d'usu attuali è i scenarii di abusu. Passà i testi di certificazione hè necessariu ma micca abbastanza.
E scelte di cuncepimentu di u pacchettu -fili, connettori, termichi, margini-determinanu se a prutezzione prutege veramente o si vede solu bè nantu à carta.
I celluli chì aghju fiducia venenu da i fabricatori cù qualità consistente è dati publicati. I pacchetti di fiducia utilizanu circuiti di prutezzione di venditori reputabili cù un disignu d'applicazione propiu. Tuttu u restu hè trattatu cun prudenza finu à pruvucatu altrimenti.
