Apa Itu Perlindungan Keamanan Baterai?

Jujur saja: sebagian besar kebakaran baterai yang pernah kita lihat di industri ini bukanlah sesuatu yang misterius. Itu bisa ditebak. Seseorang melewatkan lapisan perlindungan untuk menghemat $50, atau manajer pembelian memilih BMS termurah di Alibaba, atau-dan ini terjadi lebih dari yang Anda kira-operator forklift meninggalkan barangnya untuk diisi semalaman di gudang tanpa ventilasi selama musim panas.

Perlindungan keamanan baterai bukanlah konsep rekayasa abstrak. Kumpulan pilihan perangkat keras, perangkat lunak, dan desainlah yang menjaga paket baterai senilai $15.000 Anda agar tidak berubah menjadi klaim asuransi sebesar $150.000. Atau lebih buruk lagi.

Kami telah membuat paket LiFePO4 untuk penanganan material dan kendaraan industri selama lebih dari satu dekade. Artikel ini pada dasarnya berisi semua hal yang kami harap diberitahukan seseorang kepada kami saat kami memulainya-ditambah beberapa pelajaran mahal yang kami pelajari dengan susah payah.

Sel prismatik kelas industri memerlukan sistem pemantauan yang kuat.

Mengapa LiFePO4 dan Mengapa Masih Perlu Perlindungan

Berikut pertanyaan yang terus-menerus kami terima dari pelanggan: "Saya pikir litium besi fosfat adalah bahan kimia yang aman. Mengapa saya memerlukan semua bahan perlindungan ini?"

Poin yang adil. LiFePO4 benar-benar lebih aman daripada NCM atau NCA. Struktur kristal olivin tidak melepaskan oksigen saat menjadi panas, yang berarti ia tidak akan memicu apinya sendiri seperti yang dapat dilakukan oleh kimia terner. Kami telah melakukan uji penetrasi kuku pada sel dari lima pemasok berbeda-Sel LiFePO4 biasanya mencapai suhu 150 derajat dan hanya diam di sana sambil merokok. Sel NCM dalam tes yang sama? Kami telah melihat suhu 600 derajat + dan nyala api yang sebenarnya.

Namun "lebih aman" tidak berarti "aman". Kami memiliki pelanggan pada tahun 2021-perusahaan logistik di Guangdong-yang menganggap LiFePO4 berarti mereka tidak memerlukan pemantauan suhu. Disimpan mungkin 800 RMB per bungkus. Kemudian bulan Agustus tiba, gudang mencapai suhu 45 derajat, sistem pengisian daya tidak mengalami penurunan suhu, dan mereka berakhir dengan tiga paket bengkak dan satu yang benar-benar berventilasi. Untungnya, tidak ada yang terluka. Namun kini mereka adalah pelanggan kami yang paling antusias terhadap BMS berfitur lengkap.

Hal-Hal Yang Sebenarnya Menyebabkan Kebakaran

Setelah melihat puluhan kegagalan di lapangan (baik milik kami maupun pesaing), inilah yang sebenarnya salah:

Pengisian daya adalah tempat 70% masalah terjadi.Bukan pemakaian, bukan pengisian-penyimpanan. Secara khusus:

• Mengisi daya di bawah 0 derajat tanpa-perlindungan suhu rendah. Pelat litium ke anoda alih-alih melakukan interkalasi dengan benar. Anda tidak dapat melihatnya terjadi. Enam bulan kemudian, korsleting internal, pelarian termal. Kami memiliki pelanggan di Harbin yang mempelajari ini dengan cara yang mahal.
• Pengisian berlebihan karena pengukuran tegangan BMS menyimpang dan tidak ada yang memperhatikan. Sel dengan nilai 3,65V didorong ke 3,8V setiap siklus. Berfungsi dengan baik selama tiga bulan, lalu suatu hari tidak.
• Pengisi daya-Kegagalan komunikasi BMS. Pengisi daya mengira baterai berada pada 50% SOC, baterai sebenarnya berada pada 95%. Arus penuh menjadi-paket yang hampir penuh. Saat-saat buruk.

Ketidakseimbangan sel yang tidak dipantau oleh siapa pun.Dalam paket 16S, jika satu sel memiliki kapasitas 50mAh lebih rendah dari yang lain, maka SOC-nya akan mencapai 100% sebelum paket tersebut mencapainya. Terus bersepeda tanpa keseimbangan, sel itu akan terisi berlebihan setiap saat. Kami telah melihat paket kembali untuk garansi di mana satu sel berada pada 3,9V sedangkan sisanya berada pada 3,5V. Itu adalah kebakaran yang menunggu untuk terjadi.

Kerusakan mekanis yang membahayakan separator.Forklift menabrak banyak hal. Itu hanya kenyataan. Jika dampaknya merusak sel secara internal-meskipun pemeriksaan eksternal tampak baik-baik saja-Anda dapat mengalami gangguan internal yang tertunda. Inilah sebabnya kami menentukan casing baja untuk aplikasi forklift, bukan aluminium. Ya, itu lebih berat. Ya, itu sangat berharga.

Perlindungan Aktif: Mencegah Masalah Dimulai

Industri membagi perlindungan ini menjadi perlindungan “aktif” dan “pasif”. Aktif berarti mencegah terjadinya hal-hal buruk. Pasif berarti pengendalian kerusakan ketika hal itu terjadi.

Mulailah dengan sel itu sendiri

Kedengarannya jelas, tetapi: belilah sel yang bagus. Kami telah menguji sel dari sekitar 20 pemasok berbeda selama bertahun-tahun. Penyebaran kualitas sungguh mengejutkan. Spesifikasi nominal yang sama, perilaku yang sangat berbeda dalam pengujian penyalahgunaan.

Apa yang harus dicari jika Anda sedang mengevaluasi sebuahpemasok baterai lithium industri:

• Mintalah video tes penetrasi kuku. Bukan lembar data-video sebenarnya. Sel yang bagus berasap dan mendesis. Nyala api sel-sel jahat.
• Periksa spesifikasi pemisah. Pemisah berlapis-keramik menangani tekanan termal dengan lebih baik. Kami beralih ke pelapisan keramik-secara eksklusif pada tahun 2019 setelah serangkaian pemisah konvensional yang buruk menyebabkan tiga kegagalan lapangan dalam satu kuartal.
• Aditif elektrolit penting. Aditif penghambat api, aditif perlindungan harga yang berlebihan-hal ini tidak bersifat pemasaran, ini adalah perbedaan antara sel yang gagal dengan baik dan sel yang gagal total.

Kami menghabiskan waktu dua tahun untuk memenuhi syarat pemasok sel kami saat ini. Mengunjungi pabrik empat kali. Menyaksikan proses QC mereka. Ini pekerjaan yang membosankan tapi itulah alasan kami tidur di malam hari.

BMS adalah otak baterai, memonitor tegangan, arus, dan suhu.

BMS: otak yang membuat segalanya tetap hidup

Mari menjadi nyata-BMS dapat berupa apa saja, mulai dari solusi-chip tunggal seharga $15 hingga sistem multi-board seharga $500 dengan redundansi. Anda mendapatkan apa yang Anda bayar.

Masalah BMS murah yang pernah kami lihat:

• Akurasi pengukuran tegangan ±30mV. Pada sel dengan 100mV antara "penuh" dan "terisi berlebihan," itu tidak cukup baik.
• Tidak ada penyeimbangan sel, atau penyeimbangan pasif saja. Penyeimbangan pasif pada 50mA membutuhkan waktu berminggu-minggu untuk memperbaiki ketidakseimbangan yang signifikan.
• Desain-titik-satu-kegagalan. Satu MOSFET mati, seluruh paket tidak terlindungi.
• Tidak ada sensor suhu, atau satu sensor untuk keseluruhan paket. Gradien termal di dalam paket 20kWh dapat dengan mudah mencapai 15 derajat. Satu sensor tidak memberi tahu Anda apa pun.

Apa yang dilakukan BMS yang tepat:

• Memantau setiap voltase sel satu per satu. Bukan tingkat-modul, tingkat-sel.
• Penyeimbangan aktif pada arus yang berarti (kami menjalankan 1A+ pada paket kami)
• Beberapa sensor suhu dengan pencatatan posisi
• Penginderaan arus cukup akurat untuk melakukan penghitungan coulomb sebenarnya
• Komunikasi dengan pengisi daya untuk perlindungan terkoordinasi
• Pencadangan perangkat keras terputus secara independen dari prosesor utama

Perbedaan biaya antara BMS sampah dan BMS yang layak mungkin $200-300 untuk paket forklift. Paketnya berharga $8,000+. Forklift berharga $30,000+. Gudang yang ditempatinya bernilai... Anda lihat ke mana arahnya.

Ketika pelanggan meminta saran kepada kami dalam memilih aprodusen baterai litium, kami beritahu mereka: tanyakan tentang PASI. Minta untuk melihat skemanya. Jika mereka tidak menunjukkannya kepada Anda, pergilah.

Kontrol pengisian daya: tempat sebagian besar kebakaran sebenarnya terjadi

Kami telah menyebutkan hal ini tetapi perlu diulangi. Mengisi daya itu berbahaya.

Berikut tampilan perlindungan pengisian daya yang tepat:

Suhu-pengisian daya terkompensasi.Di bawah 0 derajat? Jangan mengisi daya, atau mengisi daya dengan arus yang berkurang drastis. Di atas 45 derajat? Kesepakatan yang sama. Ini bukan pilihan. Paket standar kami bahkan tidak menerima biaya di bawah -10 derajat -BMS menolak menutup kontaktor biaya.

Catatan tambahan: ada staf penjualan yang menjanjikan pelanggan "kemampuan pengisian daya -20 derajat" dan kemudian teknisi harus menjelaskan mengapa hal itu tidak terjadi. Pelapisan litium adalah pelapisan litium. Fisika tidak peduli dengan target penjualan Anda.

Penghentian berbasis tegangan-dengan margin.Jika sel diberi nilai maks 3,65V, kami mengakhirinya pada 3,60V. Ya, Anda mungkin kehilangan 2-3% kapasitas yang dapat digunakan. Kamu juga tidak meledak. Pengorbanan yang bagus.

Perlindungan Pasif: Ketika Terjadi Masalah

Begini, kita bisa membangun sistem perlindungan terbaik di dunia dan terkadang masih ada yang gagal. Sebuah truk melewati baterai Anda. Banjir menyebabkan listrik padam. Seseorang mengabaikan setiap peringatan dan memaksakan tagihan pada -30 derajat karena pengiriman harus dilakukan.

Perlindungan pasif adalah tentang membatasi kerusakan ketika perlindungan aktif gagal.

Hambatan termal

Antar sel, antar modul, dan di sekitar bagian luar paket. Tujuannya bukan untuk menghentikan pelarian termal-begitu dimulai, maka akan terjadi. Tujuannya adalah untuk memperlambat penyebaran sehingga Anda punya waktu untuk bereaksi.

Kami menggunakan kombinasi lembaran serat keramik antara modul dan selimut aerogel pada dinding interior. Tidak murah. Namun ketika satu sel mati, sel-sel di dekatnya mempunyai waktu tambahan 30-60 detik sebelum mencapai suhu kritis. Seringkali waktu tersebut cukup untuk mengaktifkan sistem supresi atau bagi paket untuk memutuskan sambungan dan mengeluarkan udara dengan aman.

Bagi siapa pun yang bersumber dari aPenyedia solusi baterai LiFePO4, tanyakan tentang spesifikasi penghalang termal. Jika mereka tidak dapat memberi tahu Anda konduktivitas termal dan ketahanan penyalaan bahan penghalangnya, itu adalah tanda bahaya.

Pemadaman kebakaran

Untuk pemasangan{0}}bernilai tinggi, Anda memerlukan penghentian khusus. Alat pemadam api standar tidak berfungsi dengan baik jika menggunakan baterai litium-api terjadi di dalam, dipicu oleh-reaksi pemanasan sendiri yang tidak dapat dihentikan oleh air.

Kami telah bekerja dengan sistem penindasan yang menggunakan agen berbasis perfluorohexanone-. Mereka mendinginkan sel sambil mengganggu pembakaran secara kimia. Tidak sempurna, namun jauh lebih baik daripada mencoba menyemprotkan CO2 pada reaksi kimia internal.

Namun kenyataannya: penindasan adalah pilihan terakhir. Jika sistem penindasan Anda aktif, baterai Anda sudah rusak. Anda hanya membatasi kerusakan tambahan pada saat itu. Lebih baik tidak pernah membutuhkannya.

Desain kandang

Enklosur perlu melakukan beberapa hal:

• Tampung semua gas yang keluar dan jauhkan dari manusia
• Selamat dari penyalahgunaan mekanis (paket forklift terjatuh, terbentur, menabrak sesuatu)
• Pertahankan peringkat IP bahkan setelah terjadi benturan
• Memungkinkan pembuangan panas selama pengoperasian normal sambil menahan panas selama kejadian termal

Kami menentukan penutup baja dengan jalur ventilasi terarah untuk semua aplikasi forklift kami. Jalur ventilasi penting-Anda tidak ingin gas super panas diarahkan ke operator atau bahan yang mudah terbakar.

Diagnosis Kesalahan: Menangkap Masalah Sebelum Menjadi Kebakaran

Ini adalah bagian yang membedakan sistem baterai serius dari sistem baterai murah.

Pemantauan-waktu nyata mendeteksi bahaya langsung-penurunan tegangan saat pengosongan daya berarti ada korsleting; lonjakan suhu saat pengisian berarti ada yang tidak beres. Hal ini memerlukan respons perlindungan segera.

Namun hal yang berharga adalah analisis tren. Sebuah sel yang secara konsisten 5 derajat lebih hangat dibandingkan sel tetangganya mungkin mengalami peningkatan resistensi internal. Itu tidak berbahaya hari ini. Itu akan terjadi dalam enam bulan. BMS yang baik mencatat data ini, menandai tren, dan memungkinkan Anda mengatasinya selama pemeliharaan terjadwal, bukan saat kebakaran gudang.

Kami melakukan pengambilan data bulanan pada semua armada kami-paket yang dikerahkan. Kami telah menemukan kesalahan yang berkembang setidaknya belasan kali yang dapat menjadi kegagalan lapangan jika diabaikan. Satu paket menunjukkan satu sel melayang setinggi 20mV selama tiga bulan. Menariknya, memeriksanya, menemukan-degradasi pemisah tahap awal. Mengganti modul, paket masih berjalan dengan baik dua tahun kemudian.

Jika Anda sedang berbicara dengan potensimitra OEM baterai litium, tanyakan tentang kemampuan diagnostiknya. Minta untuk melihat contoh laporan data armada. Jika mereka tidak dapat menampilkan analisis tren dan data pemeliharaan prediktif, BMS mereka mungkin hanya melakukan pemantauan ambang batas dasar-yang merupakan batas minimum.

Standar dan Arti Sebenarnya

UN38.3, IEC 62619, UL 1973-Anda akan melihat sertifikasi ini di mana-mana. Inilah kebenaran yang tidak menyenangkan: melewati standar ini berarti baterai Anda memenuhi persyaratan minimum. Bukan berarti itu bagus.

Kami telah menguji paket pesaing yang memiliki semua sertifikasi dan masih gagal dalam pengujian penyalahgunaan dasar yang kami jalankan-sendiri. Standar adalah sebuah lantai, bukan sebuah langit-langit.

Oleh karena itu, jika pemasok tidak dapat menunjukkan sertifikat ini kepada Anda, larilah. Itu adalah taruhannya. Hanya saja, jangan menganggap sertifikasi sama dengan kualitas.

Pengujian internal kami melampaui persyaratan standar. Batas suhu yang lebih rendah. Penyalahgunaan yang lebih tinggi saat ini. Siklus termal yang diperpanjang. Kami ingin tahu bagaimana paket kami gagal, bukan hanya apakah mereka lulus ujian tertentu.

Untuk pelanggan yang memerlukan konfigurasi khusus-tegangan yang tidak biasa, faktor bentuk spesifik, integrasi dengan sistem kepemilikan-bekerja denganprodusen baterai lithium khusussiapa yang melakukan pengujian lanjutan semacam ini layak mendapat imbalan. Sertifikasi memberi tahu Anda bahwa paket tersebut memenuhi kode. Pengujian yang diperluas memberi tahu Anda bagaimana kinerja sebenarnya di aplikasi Anda.

Apa yang Sebenarnya Kami Rekomendasikan

Setelah semua ini, apa yang sebenarnya harus Anda lakukan jika Anda menentukan baterai untuk aplikasi industri?

Sejujurnya, industri ini menjadi jauh lebih baik dalam lima tahun terakhir. Saat kami memulainya, separuh paket yang ada di pasaran pada dasarnya adalah bom waktu. Kini sebagian besar pemasok serius sedang membangun sistem yang cukup aman. Namun "cukup aman" masih memberikan ruang untuk pengurangan biaya-yang menyebabkan kebakaran. Tugas Anda adalah mencari tahu pemasok mana yang benar-benar melakukan pekerjaan tersebut dan mana pemasok yang hanya sekedar mencentang kotak.

Keamanan baterai tidak seksi. Itu tidak menghasilkan pemasaran yang baik. Tidak ada seorang pun yang pernah membeli forklift karena baterainya memiliki ketahanan rambat termal yang besar.

Tapi jika salah, maka segala sesuatunya akan berhenti menjadi penting dengan cepat. Kami telah membangun reputasi kami pada paket yang dapat berfungsi, tahun demi tahun, dalam kondisi yang dapat mematikan sistem yang lebih murah. Itulah yang harus Anda cari di setiap pemasok yang Anda evaluasi.

Pertanyaan? Kami selalu senang berbicara melalui aplikasi tertentu. Untuk itulah kami ada di sini.