과전압이란 무엇입니까?
지난 화요일 오하이오에 있는 팩 통합업체로부터 전화를 받았습니다. 그들은 3.91V를 읽는 두 개의 셀이 있는 태양광 설치에서 돌아온 14S LFP 팩을 가지고 있었습니다. LFP. 일반적인 사용 시 3.65V를 초과하는 전압은 절대 표시되지 않습니다. 셀은 외부에서 보면 괜찮아 보였지만 우리가 하나를 깨뜨렸을 때 음극 포일의 가장자리가 갈색으로 변했습니다. 전형적인 과충전 피해.
알고 보니 그들은 납-충전기를 사용하고 있었습니다. 고객이 원래 제품이 사망했기 때문에 교체했습니다. 납{3}}48V 충전기는 58.4V 플로트를 출력합니다. 셀당 4.17V까지 작동하는 14S LFP 팩. 납산은 문제가 되지 않습니다.{10}} LFP의 큰 문제입니다.
이런 일은 사람들이 인정하는 것보다 더 많이 일어납니다.
과전압은 셀이 최대 정격 충전 전압을 초과하는 것을 의미합니다. 숫자는 화학에 따라 다릅니다. NMC와 NCA의 최고 전압은 4.20V입니다. 일부 고{4}}에너지 NMC 변형의 정격은 4.35V이지만 이는 특수 셀이므로 이 셀로 무엇을 하는지 알아야 합니다. LFP 화학의 상한은 3.65V입니다. LTO는 약 2.85V입니다. 이 수치는 셀 공급업체 데이터시트에서 나온 것입니다. 이를 무시하면 문제가 발생합니다.
내부 세포 분해
과전압 시 셀 내부에서 일어나는 일은 복잡하지 않습니다. 음극 물질은 리튬을 너무 많이 빼내면 산소를 포기하려고 합니다. 그 산소는 전해질과 반응합니다. 한편, 흑연은 이온을 충분히 빠르게 흡수할 수 없기 때문에 리튬 금속은 양극 표면에서 도금되기 시작합니다. 도금이 나쁜 이유는 두 가지입니다. 이는 되돌릴 수 없는 용량 손실이며 결국 내부적으로 셀을 단락시킬 수 있는 수상돌기를 생성합니다.
많은 사람들은 4.20V 사양에 마진이 내장되어 있다고 생각합니다. 없습니다.
셀 제조업체는 성능 저하가 허용되지 않는 지점에서 해당 제한을 설정합니다. 4.25V에 한 번만 연결해도 괜찮을 것입니다. 매 주기마다 그곳으로 가면 수천 주기가 아닌 수백 주기 안에 세포가 죽게 됩니다. 4.30V 이상으로 올라가면 수백 사이클을 얻지 못할 수도 있습니다. 한 번 충전한 후 4.35V에서 셀이 부풀어오르는 것을 본 적이 있습니다. 셀에 따라 다릅니다.
BMS의 역할
BMS가 이를 포착해야 합니다. 팩의 모든 셀에는 자체 감지 와이어가 있습니다. AFE 칩은 모든 셀 전압을 읽고 임계값과 비교합니다. 셀 하나라도 초과되면 충전이 중지됩니다. 꽤 간단합니다.
BMS가 실패할 수 있다는 점을 제외하면. 감지 와이어 커넥터에 콜드 솔더 조인트가 있는 BMS 보드를 본 적이 있습니다. 한 셀은 보고를 중지하고 펌웨어는 오류를 표시하는 대신 기본적으로 0으로 설정됩니다. 온도에 따라 칼로리가 낮아지는 AFE 칩을 본 적이 있습니다. TI의 BQ76940은 일반적으로 견고하지만 이전 BQ76925에는 내부 참조 이동에 문제가 있었습니다. 더 저렴한 중국산 AFE 칩은 어디에나 있을 수 있습니다.
사람들이 생각하는 것보다 균형이 중요합니다. 10개의 셀이 직렬로 연결된 팩은 용량이 어느 정도 분산됩니다. 한 셀이 다른 셀보다 먼저 완전히 충전됩니다. 밸런싱이 너무 느린 경우 높은 셀은 4.20V에 머무르고 전류는 팩으로 계속 흐릅니다. 해당 셀의 전압이 서서히 올라갑니다. 패시브 밸런싱을 사용하면 블리드 저항기를 통해 배출할 수 있는 열의 양이 제한됩니다. 대부분의 설계는 50~100mA 밸런스 전류를 실행합니다. 셀이 몇 퍼센트 이상 일치하지 않으면 충분하지 않을 수 있습니다.
액티브 밸런싱은 전하를 태우는 대신 높은 셀에서 낮은 셀로 전하를 이동시킵니다. 더 비쌉니다. 더 복잡합니다. 낭비되는 에너지가 늘어나는 대형 팩이나 용량 분산을 용납할 수 없는 애플리케이션에 적합합니다.
충전기 디자인은 방정식의 나머지 절반입니다. 피드백 조정이 엉성한 스위칭 컨버터는 경부하에서 오버슈트됩니다. 충전이 거의 끝날 무렵 팩이 100mA 미만을 소모할 때 42.5V를 출력하는 충전기를 측정했습니다. 10개의 셀에 분산된 추가 0.5V는 각각 50mV입니다. 재앙은 아니지만 다른 허용 오차가 추가됩니다.
충전기의 온도 보상도 중요합니다. 리튬 셀은 뜨거울 때 더 낮은 전압으로 충전되어야 합니다. 일부 충전기는 서미스터를 기반으로 CV 설정점을 조정합니다. 대부분의 저렴한 제품은 그렇지 않습니다. 45C의 태양 아래에 놓인 팩은 셀당 일반 4.20V로 충전되어 사실상 과충전됩니다.
두 개의 보호 레이어가 하나보다 낫습니다. BMS는 셀 전압을 감시합니다. 2차 보호 IC는 팩 전압을 관찰하고 문제가 발생할 경우 FET를 차단할 수 있습니다. 이 모든 논의를 시작한 오하이오 팩의 경우 둘 다 존재하지 않았습니다. 그들은 단지 밸런싱만 하는 멍청한 BMS를 가지고 있었습니다. 보호가 없습니다. 고객은 충전기가 이를 처리할 것이라고 생각했습니다. 나쁜 가정.
디자인 체크리스트
팩을 디자인하는 경우 체크리스트는 매우 짧습니다.
- 실제 셀-레벨 OVP가 포함된 BMS를 사용하세요.
- NMC의 경우 약간의 여유를 두고 임계값을 설정합니다(아마도 4.18V).
- 균형이 세포 확산을 따라갈 수 있는지 확인하십시오.
- 벤치의 실온뿐만 아니라 작동 범위 전반에 걸쳐 충전기를 검증하십시오.
- 애플리케이션이 이를 정당화하는 경우 보조 보호 경로를 추가하십시오.
오하이오 팩은 적절한 BMS와 LFP용 충전기 사양으로 재구축되고 있습니다. 비싼 수업. 더 나쁠 수도 있습니다. 아무도 다치지 않았고 불이 붙은 것도 없었습니다. 이 이야기가 항상 그런 식으로 끝나는 것은 아닙니다.
