Как да отстраняваме малки повреди на батерийни блокове?

Идентифициране на често срещани малки повреди в батерийни пакети

Разбиране на типичните симптоми на деградация на батерийни пакети

Повечето литиев-йонни батерии имат тенденция да показват признаци на стареене по доста предвидими начини. Когато започнат да губят способността си да задържат енергия, хората обикновено първо забелязват по-кратки периоди на работа. След около 500 цикъла на зареждане, много батерии губят около 15 до 20 процента от капацитета си. Друг тревожен сигнал е, когато отделните елементи в батерийния пакет започнат да показват напрежение, което се различава с повече от 0,2 волта един от друг. Някои батерии просто спират неочаквано при нормални условия на употреба. Физическото състояние също може да разкаже много. Надути елементи са често срещано явление, както и корозия, която се натрупва върху контактите поради химични реакции вътре. За всеки, който работи с тези системи, е важно да следи PCM веригите. Внимавайте, когато напрежението падне под 2,5 волта на елемент, тъй като това обикновено означава, че сериозно влошаване вече е настъпило дълбоко в структурата на батерията.

Използване на измервания на напрежение и вътрешно съпротивление за откриване на слаби елементи

Систематичният подход към откриване на неизправности се основава на два ключови теста:

Както е посочено в Ръководството за тестване на литиеви батерии от 2024 г., специалистите използват уреди за измерване на ESR при товар под 1C, за да откриват 92% от слабите елементи преди да настъпи катастрофален отказ.

Повишено саморазреждане и как да го откриете при отделни елементи

Неизправните елементи се саморазреждат 3–5 пъти по-бързо от здравите. За да ги идентифицирате:

1. Напълно заредете батерията до 4,2 V/елемент
2. Откачете всички товари
3. Измервайте напрежението на отделните елементи на интервали от 24 часа

Елементите, които губят повече от 0,3V в рамките на 72 часа, трябва да бъдат заменени. Свържете този тест с умни зарядни устройства, които проследяват състоянието (SOH), за да потвърдите дали запазването на капацитета е паднало под 70% – това е индустриалният праг за края на живота при литиево-йонните системи.

Замяна и съгласуване на дефектни елементи за надеждни поправки

Локализиране и изолиране на повредени или слабо функциониращи елементи

Слабите елементи често показват напрежение, отклоняващо се с повече от 0,2V спрямо съседните им елементи. Топлинното образуване може да разкрие слабо функциониращи единици, тъй като тези със загуба на капацитет над 15% се затоплят с 8–12°C повече под товар. Приоритет при замяна имат елементите, които показват раздуване, корозия или изтичане на електролит.

Правилни техники за разпаляване и премахване при замяна на елементи

Използвайте лути, контролирани по температура (300–350°C), за безопасно премахване на никелови ленти, без повреда на клетъчните сепаратори. След разлужаването вдигайте клетките вертикално, за да избегнете разкъсване на терминалните плочи — повреди по време на демонтаж отговарят за 23% от неуспехите при самостоятелен ремонт (Електрохимическо дружество, 2022 г.).

Осигуряване на полярност и цялост на връзките по време на сглобяване

Връзки с обратна полярност предизвикват незабавно изключване на PCM в 89% от случаите. Приложете процедури за двойна проверка:

• Маркирайте терминалите на заместващите клетки чрез цветово кодиране
• Проверете свързаността преди окончателното сглобяване
• Използвайте фиксиращи шаблони за конфигурации с множество клетки

Защо е важно да се подбират клетки според химическия им състав в батерийни пакети

Смесването на NMC и LFP химии намалява цикличния живот с 62% (Списание за източници на енергия, 2022 г.). Дори видимо идентични клетки се различават по материали на свързващото вещество, дебелина на покритието и порьозност на сепаратора — фактори, които влияят върху набъбване, проводимост на ток и отвеждане на топлина. Винаги проверявайте съвместимостта на химичния състав преди интегриране.

Тестване на възстановени клетки за повторна употреба (капацитет, вътрешно съпротивление, саморазряд)

Сортиране на възстановените клетки чрез триетапен процес:

1. Тест за носимост : Приемане само на тези, които са в рамките на 5% от средната стойност на комплекта
2. Вътрешно съпротивление : Отхвърляне на клетки, които надвишават базовата стойност с повече от 20% (или >50mΩ)
3. Саморазряд : Изхвърляне на всички, които губят повече от 5% заряд на месец при 25°C

Правилно оценените възстановени клетки имат съпоставимо представяне с новите до 83% от първоначалния им живот.

Създаване на балансирани модули, използвайки групи със съпоставими капацитет и възраст

Групиране на заместващи клетки с:

• ±3% допуск за капацитет
• Разлика от по-малко от 50 цикъла
• Същата година на производство

Сгрупирани комплекти значително по-добре се представят от произволни сглобявания:

Тази стратегия намалява несъответствието в напрежението с 78% по време на дълбоко разреждане.

Възстановяване, тестване и балансиране на ремонтирани батерийни пакети

Най-добри практики при леене и точково заваряване за структурна цялост

Използвайте лути с контролирана температура (под 350°C) или импулсни точкови заваръчни системи. Избягвайте продължително топлинно въздействие, което може да повреди уплътненията на клетките. За никеловите ленти прилагайте 2–4 заваръчни точки на връзка, за да се запазят оригиналните параметри за провеждане на ток.

Проверка на връзките и изолацията преди първоначалното зареждане

Изследвайте терминалите под увеличение, за да откриете студени връзки или микропукалини. Проверете непрекъснатостта в паралелни групи, като осигурите разлика под 0,05 Ω. Приложете стъкло-влакнеста армирана изолационна лента върху проводниците, като оставите място за предпазни отдушници.

Първоначално функционално тестване след ремонт при натоварване

Използвайте програмируем DC тестер с натоварване, за да симулирате реални условия на употреба. Рязко разреждане при 0,5C, докато наблюдавате напрежението на отделните клетки. Намаляване с повече от 0,2 V в която и да е клетка сочи слаби връзки или несъответстваща капацитетност.

Значението на бавното зареждане за балансиране на клетките след ремонт

Проучване на Националния съвет за научни изследвания в Канада установи, че бавното зареждане (0,1C) възстановява 99,4% от загубения капацитет при несбалансирани батерийни пакети. Това позволява на системата за управление на батерията (BMS) да изравни напреженията чрез пасивни балансиращи резистори, без да задейства защитата срещу прекомерно напрежение.

Използване на умни зарядни устройства с балансиращи възможности

Умните зарядни устройства с активно балансиране преразпределят енергия между клетките по време на зареждане. Тези системи поддържат напрежението с вариация под 1% между клетките, удължавайки живота на батерийния пакет с 18–22% в сравнение с ненадзорявано зареждане, според изследвания в областта на съхранението на енергия.

Наблюдение на температурата и повишаването на напрежението по време на първия цикъл на зареждане

Проследявайте температурите с инфрачервен термометър, като се уверите, че никоя клетка не надвишава 45°C. Напрежението трябва да нараства равномерно в серийните групи; отклонения над 0,15V сочат непълно балансиране или остатъчни проблеми с връзките.

Осигуряване на безопасност и дълготрайност с помощта на защитни вериги и поддръжка

Ролята на модула за защитна верига (PCM) за безопасността след ремонт

PCM функционира като мозък за ремонтиран пакет батерии, постоянно проверявайки какво се случва с отделните напрежения на клетките и показанията за температура в целия пакет. Когато нещата излязат извън контрол – например при пренареждане, когато клетките паднат твърде ниско или температурите станат опасно високи – PCM ще прекъсне захранването към тези вериги, за да предотврати повреди. Според различни проучвания за стандарти за безопасност на литиеви батерии, пакетите с работещи PCM имат с около 70-75% по-малко проблеми в сравнение с тези без никаква защита. След приключване на ремонта е абсолютно критично да се провери дали PCM може действително да комуникира с всяка отделна клетка в пакета. Повечето техници използват специализирано диагностично оборудване за тази стъпка точно преди да сглобят отново всичко.

Проверка на защитите срещу прекомерно напрежение, недостатъчно напрежение и прекомерен ток

Потвърждаване на трите основни защиты след ремонт:

1. Пренапрежение : Прекратяването на зареждането трябва да се активира при 4,25 V/клетка (стандарт за литиево-йонни)
2. Понижено напрежение : Отключването при разряд трябва да се активира при 2,5 V/елемент
3. Превышение на тока : Реакцията при късо съединение трябва да се осъществи за по-малко от 0,5 секунди

Симулирайте повреди чрез програмируем тестер с натоварване и наблюдавайте реакцията на PCM. При анализите през 2024 г. строгото тестване е предотвратило 89% от повредите след ремонт през първата година.

Замяна или прекалибриране на PCM, ако е повреден по време на ремонта

Никога не заобикаляйте повреден PCM. Заменете го незабавно, ако е компрометиран от топлина или физическо напрежение, като съответства на спецификациите на оригиналния модул:

• Точност на детектиране на напрежение: ±25 mV
• Допусната грешка на сензора за ток: ±3%

Прекалибрирайте чрез софтуер, одобрен от производителя, след подмяна на елементи. Изпълнете три пълни цикъла на заряд-разряд, за да стабилизирате показанията, преди да върнете батерията в експлоатация.

Наблюдение на напрежението след ремонта, за да се откриват отклонения навреме

Извършвайте ежедневни проверки на делтата на напрежението през първите седем дни, използвайки монитори с Bluetooth. Допустимите отклонения са:

Автоматизирани сигнали, базирани на модели на отклонение на напрежението, помагат да бъдат засечени рано 83% от развиващите се повреди. Комбинирайте с проверка на капацитета на всеки три месеца, използвайки стандартизирани натоварвания, за да се осигури дългосрочна надеждност.

Често задавани въпроси

Какви са честите признаци на деградация на батерийния пакет?

Признаците включват по-кратко време на работа, разлики в напрежението между клетките, неочаквани изключвания, раздутi клетки и корозия на терминалите.

Как мога да засека слаби клетки в батерейн пакет?

Използвайте тестове за отворена верига на напрежение и вътрешно съпротивление. Слабите клетки често показват напрежение на отворена верига под 3,0 V/клетка и вътрешно съпротивление над 100 mΩ.

Какви мерки за безопасност трябва да се вземат при работа с литиево-йонни клетки?

Осигурете правилно топлинно управление, избягвайте събиране на рохки клетки и използвайте продуване със сух азот при висока влажност, за да се предотвратят пожари.

Защо е важно клетките да бъдат съчетани според химичния състав в батерейните пакети?

Използването на несъвместими химии може да намали цикличния живот до 62%, тъй като различните химии имат различни характеристики за обработка и отвеждане на топлина.

Как умните зарядни устройства увеличават продължителността на живота на батерийния пакет?

Умните зарядни устройства с активно балансиране поддържат напрежението в отклонение под 1% между клетките, което подобрява живота на пакета с 18–22%.