ओवरवॉल्टेज क्या है?
पिछले मंगलवार को ओहियो में एक पैक इंटीग्रेटर से कॉल आई। उनके पास एक 14एस एलएफपी पैक था जो 3.91वी पढ़ने वाली दो कोशिकाओं के साथ एक सौर इंस्टाल से वापस आया था। एलएफपी. सामान्य उपयोग में कभी भी 3.65V से ऊपर की कोई चीज़ नहीं देखनी चाहिए। कोशिकाएं बाहर से ठीक दिखती थीं लेकिन जब हमने एक को तोड़ा तो कैथोड फ़ॉइल किनारों पर भूरे रंग की हो गई थी। क्लासिक ओवरचार्ज क्षति।
पता चला कि वे लेड-एसिड चार्जर का उपयोग कर रहे थे। मूल प्रति के नष्ट हो जाने के कारण ग्राहक ने इसे बदल दिया। लेड-एसिड 48V चार्जर 58.4V फ्लोट उत्पन्न करता है। 14S LFP पैक पर जो प्रति सेल 4.17V पर काम करता है। लेड-एसिड के लिए कोई समस्या नहीं है। एलएफपी के लिए बड़ी समस्या.
इस तरह की बातें लोगों द्वारा स्वीकार किए जाने से कहीं अधिक होती हैं।
ओवरवोल्टेज का अर्थ है किसी सेल को उसके अधिकतम रेटेड चार्ज वोल्टेज से आगे धकेलना। संख्या रसायन विज्ञान पर निर्भर करती है। एनएमसी और एनसीए 4.20V पर शीर्ष पर हैं। कुछ उच्च -ऊर्जा एनएमसी वेरिएंट को 4.35V पर रेट किया गया है, लेकिन वे विशेष सेल हैं और आपको यह जानना होगा कि आप उनके साथ क्या कर रहे हैं। एलएफपी रसायन शास्त्र में 3.65V छत है। LTO लगभग 2.85V है। ये नंबर सेल विक्रेता डेटाशीट से आते हैं। उन्हें अनदेखा करें और आपको समस्याएँ होंगी।
आंतरिक कोशिका क्षरण
ओवरवोल्टेज पर सेल के अंदर क्या होता है यह जटिल नहीं है। जब आप कैथोड सामग्री से बहुत अधिक लिथियम निकालते हैं तो वह ऑक्सीजन छोड़ना चाहता है। वह ऑक्सीजन इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है। इस बीच लिथियम धातु एनोड सतह पर चढ़ना शुरू कर देती है क्योंकि ग्रेफाइट आयनों को तेजी से अवशोषित नहीं कर पाता है। प्लेटिंग दो कारणों से ख़राब है. यह अपरिवर्तनीय क्षमता हानि है और यह डेन्ड्राइट बनाता है जो अंततः कोशिका को आंतरिक रूप से छोटा कर सकता है।
बहुत से लोग सोचते हैं कि 4.20V स्पेक में मार्जिन बनाया गया है। वहां नहीं हैं।
सेल निर्माता उस सीमा को उस बिंदु पर निर्धारित करते हैं जहां गिरावट अस्वीकार्य हो जाती है। एक बार 4.25V पर जाना शायद ठीक है। वहां हर चक्र में जाने से कोशिका कुछ हजार के बजाय कुछ सौ चक्रों में ही खत्म हो जाएगी। 4.30V से ऊपर जाने पर आपको कुछ सौ साइकिलें नहीं मिलेंगी। मैंने देखा है कि एक बार चार्ज करने के बाद कोशिकाएं 4.35V पर फूल जाती हैं। कोशिका पर निर्भर करता है.
बीएमएस की भूमिका
बीएमएस को इसे पकड़ना चाहिए। पैक में प्रत्येक कोशिका को अपना स्वयं का इंद्रिय तार मिलता है। एएफई चिप सभी सेल वोल्टेज को पढ़ती है और एक सीमा के विरुद्ध तुलना करती है। यदि कोई सेल खत्म हो जाता है, तो चार्जिंग बंद हो जाती है। बहुत सरल.
सिवाय इसके कि बीएमएस विफल हो सकता है। मैंने सेंस वायर कनेक्टर्स पर कोल्ड सोल्डर जोड़ों वाले बीएमएस बोर्ड देखे हैं। एक सेल रिपोर्ट करना बंद कर देता है और फ़र्मवेयर गलती को चिह्नित करने के बजाय शून्य पर डिफ़ॉल्ट हो जाता है। मैंने एएफई चिप्स देखे हैं जो तापमान बढ़ने पर कैल से बाहर निकल जाते हैं। TI का BQ76940 आम तौर पर ठोस है लेकिन पुराने BQ76925 में आंतरिक संदर्भ स्थानांतरण के साथ समस्याएं थीं। सस्ते चीनी एएफई चिप्स हर जगह उपलब्ध हो सकते हैं।
जितना लोग सोचते हैं उससे कहीं ज़्यादा मायने रखता है संतुलन। श्रृंखला में दस कोशिकाओं वाले पैक की क्षमता में कुछ प्रसार होगा। एक सेल अन्य से पहले पूर्ण चार्ज हो जाता है। यदि संतुलन बहुत धीमा है तो उच्च सेल 4.20V पर बैठता है जबकि करंट पैक में प्रवाहित होता रहता है। उस सेल पर वोल्टेज बढ़ जाता है। निष्क्रिय संतुलन के साथ आप सीमित होते हैं कि आप ब्लीड रेसिस्टर्स के माध्यम से कितनी गर्मी डंप कर सकते हैं। अधिकांश डिज़ाइन 50mA से 100mA बैलेंस करंट चलाते हैं। यदि आपकी कोशिकाएँ कुछ प्रतिशत से अधिक बेमेल हैं तो यह पर्याप्त नहीं हो सकता है।
सक्रिय संतुलन चार्ज को जलाने के बजाय उच्च कोशिकाओं से निम्न कोशिकाओं की ओर ले जाता है। अधिक महंगा। और अधिक जटिल। बड़े पैक के लिए यह उपयोगी है जहां बर्बाद ऊर्जा बढ़ती है या ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जहां आप किसी भी क्षमता प्रसार को बर्दाश्त नहीं कर सकते हैं।
चार्जर डिज़ाइन समीकरण का दूसरा भाग है। मैला फीडबैक विनियमन वाला एक स्विचिंग कनवर्टर हल्के लोड पर ओवरशूट हो जाएगा। मैंने ऐसे चार्जर मापे हैं जो 42.5V उत्पन्न करते हैं जब पैक चार्ज के अंत के करीब 100mA से कम खींचता है। दस कोशिकाओं में वितरित अतिरिक्त आधा वोल्ट प्रत्येक 50mV है। यह कोई आपदा नहीं है लेकिन यह अन्य सहनशीलताओं को बढ़ा देता है।
चार्जर में तापमान मुआवजा भी मायने रखता है। गर्म होने पर लिथियम कोशिकाओं को कम वोल्टेज पर चार्ज करना चाहिए। कुछ चार्जर थर्मिस्टर के आधार पर सीवी सेटपॉइंट को समायोजित करते हैं। अधिकांश सस्ते वाले ऐसा नहीं करते। 45C पर धूप में बैठा एक पैक सामान्य 4.20V प्रति सेल तक चार्ज हो रहा है, जो प्रभावी रूप से ओवरचार्ज हो रहा है।
दो सुरक्षा परतें एक से बेहतर हैं। बीएमएस सेल वोल्टेज देखता है। एक द्वितीयक सुरक्षा आईसी पैक वोल्टेज देख सकता है और कुछ गलत होने पर एफईटी काट सकता है। ओहियो पैक के लिए जिसने इस पूरी चर्चा को शुरू किया, वह अस्तित्व में नहीं था। उनके पास एक मूर्ख बीएमएस था जो केवल संतुलन बनाने का काम करता था। सुरक्षा नहीं। ग्राहक ने मान लिया कि चार्जर इसे संभाल लेगा। ख़राब धारणा.
डिज़ाइन चेकलिस्ट
यदि आप पैक डिज़ाइन कर रहे हैं तो चेकलिस्ट बहुत छोटी है।
- वास्तविक सेल स्तर OVP वाले BMS का उपयोग करें।
- कुछ मार्जिन के साथ सीमा निर्धारित करें, शायद एनएमसी के लिए 4.18V।
- सुनिश्चित करें कि संतुलन आपके कोशिका प्रसार को बनाए रख सकता है।
- चार्जर को उसके ऑपरेटिंग लिफाफे में योग्य बनाएं न कि केवल बेंच पर कमरे के तापमान पर।
- यदि एप्लिकेशन इसे उचित ठहराता है तो एक द्वितीयक सुरक्षा पथ जोड़ें।
ओहियो पैक को उचित बीएमएस और एलएफपी के लिए निर्दिष्ट चार्जर के साथ फिर से बनाया जा रहा है। महँगा सबक. और भी बुरा हो सकता था. किसी को चोट नहीं आई और किसी चीज़ में आग नहीं लगी. ये कहानियाँ हमेशा ऐसे ही ख़त्म नहीं होतीं।
