Ασφάλεια μπαταρίας ιόντων λιθίου: Μια αποτελεσματική μακροπρόθεσμη στρατηγική
Ας ξεκινήσουμε κάνοντας ένα πράγμα σαφές - οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορεί να είναι ασφαλείς.
Τα δισεκατομμύρια κύτταρα ιόντων λιθίου παράγονται κάθε χρόνο και ο αριθμός αυτός θα συνεχίσει να αυξάνεται κατά την επόμενη δεκαετία. Με τόσο μεγάλο αριθμό κυττάρων, οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρονική συσκευή μπορεί να αποτύχει. Ως εκ τούτου, η πρόκληση είναι ουσιαστικά να αντιμετωπιστούν αυτοί οι πυρήνες που υποβάλλονται σε χαμηλή απόδοση όσο το δυνατόν νωρίτερα πριν από την εμφάνιση ενός συμβάντος.
Για τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, μπορούν να εφαρμοστούν διαφορετικά επίπεδα διαχείρισης ασφάλειας. Ενώ οι κατασκευαστές κυττάρων και συστημάτων παρακολουθούν την ασφάλεια των κυττάρων και του συστήματος μέσω ορισμένων από αυτές τις έννοιες, οι χειριστές μπορούν επίσης να εξασφαλίσουν ότι τα συστήματά τους είναι ασφαλή μέσω της χρήσης εξειδικευμένης ανάλυσης μπαταριών.
Τι μπορούν λοιπόν να κάνουν οι κατασκευαστές κυττάρων ιόντων λιθίου, οι προγραμματιστές και οι χειριστές του συστήματος για να ελαχιστοποιήσουν τις αποτυχίες και να εξασφαλίσουν την ασφάλεια; Η διατήρηση ενός ασφαλούς και αξιόπιστου συστήματος μπαταρίας απαιτεί τρία στρώματα.
Layer 1: Έλεγχος ποιότητας παραγωγής και δοκιμών γήρανσης
Layer 2: Συστήματα διαχείρισης μπαταριών
Layer 3: Η λειτουργία του cloud εργασίας
Αυτά τα τρία στρώματα είναι παρόμοια με ένα ράλι όπου χρειαζόμαστε ένα αξιόπιστο αυτοκίνητο, έναν οδηγό και έναν συν-πιλότο.
Στρώμα 1: Δοκιμές ελέγχου ποιότητας και γήρανσης παραγωγής
Οι μπαταρίες μπορούν να θεωρηθούν ως αυτοκίνητα ράλι. Για τη συγκέντρωση, χρειαζόμαστε ένα αξιόπιστο, υψηλής ποιότητας αυτοκίνητο.
Ωστόσο, οι κατασκευαστές κυττάρων δεν μπορούν να εγγυηθούν την ποιότητα 100% για κάθε κύτταρο. Ως εκ τούτου, οι δοκιμές ποιότητας διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην παραδοσιακή προσέγγιση για την πρόληψη των αποτυχιών της μπαταρίας του λιθίου.
Οι δοκιμές εκτός γραμμής διεξάγονται μετά την παραγωγή για να διαπιστωθεί εάν τα κύτταρα πληρούν τα συγκεκριμένα πρότυπα ποιότητας. Ωστόσο, αυτές οι δοκιμές συνήθως δεν είναι πολύ διεξοδικές και μπορούν να κοσκινίσουν τις πολλές δοκιμές για να βρουν τα προφανή κακά μήλα. Λίγο μετά την παραγωγή, χρησιμοποιούνται συχνά αναλύσεις όπως η αρχική ικανότητα ή η αντίσταση για την ταυτοποίηση των ελαττωματικών κυττάρων.
Οι δοκιμές πιστοποίησης είναι κρίσιμες για κάθε προϊόν επειδή πρέπει να διεξάγονται από νομική άποψη. Σε αυτές τις δοκιμές πρέπει να πραγματοποιηθούν τυποποιημένες δοκιμές και ο κατασκευαστής πρέπει να επιδείξει συμπεριφορά που σχετίζεται με την ασφάλεια.
Προκειμένου να κατανοηθεί η συμπεριφορά γήρανσης των μπαταριών, οι δοκιμές ημερολογίου και οι δοκιμές ποδηλασίας διεξάγονται σε μήνες και έτη σε καθορισμένες εργαστηριακές εξετάσεις. Ωστόσο, αυτές οι δοκιμές είναι χρονοβόρες, δαπανηρές, ελέγχουν μόνο ορισμένα τμήματα της μπαταρίας και δεν είναι κλιμακωτά για τα αναπτυγμένα συστήματα. Οι μπαταρίες στους δρόμους μας, στα σπίτια μας ή που συνδέονται με το πλέγμα βιώνουν διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και προφίλ φόρτωσης από αυτά που δοκιμάστηκαν στο εργαστήριο.
Η δοκιμή ποιότητας παραγωγής αξιολογεί μόνο ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο, γι 'αυτό απαιτείται ένα πρόσθετο επίπεδο ασφάλειας.
Στρώμα 2: Σύστημα διαχείρισης μπαταριών
Τα συστήματα διαχείρισης μπαταριών (BMS) μπορούν να θεωρηθούν ως οδηγοί ράλι που επικεντρώνονται στο δρόμο και διατηρούν σταθερά τα αυτοκίνητά τους ασφαλή στην πίστα. Ωστόσο, χρειάζονται περισσότερο χρόνο και πόρους για να δουν τη μεγαλύτερη εικόνα.
Τα BMS διατηρούν τις μπαταρίες στο αναμενόμενο ασφαλές εύρος λειτουργίας τους και ελαχιστοποιούν την επίδραση μιας ενιαίας βλάβης κυττάρων στην πληγείσα συσκευασία ή μονάδα. Το κάνουν αυτό από:
Μέτρηση τάσης κυττάρων, ρεύματος και θερμοκρασίας
Υπολογισμός και παρακολούθηση της κατάστασης επιβάρυνσης (SOC)
Εξισορρόπηση των κυττάρων στο ίδιο επίπεδο τάσης για ασφαλή λειτουργία
Εάν οι τιμές είναι κοντά σε περιθωριακές ή υπερβαίνουν τις οριακές συνθήκες, το BMS θα πρέπει να φέρει το σύστημα σε ασφαλή κατάσταση μεταβάλλοντας τη λειτουργία ή κλείνοντας το σύστημα της μπαταρίας. Το BMS είναι ένα παθητικό αλλά απαραίτητο μέτρο ασφάλειας.
Δυστυχώς, η BMS έχει τα μειονεκτήματά του:
Βλέπει μόνο την τρέχουσα κατάσταση
Μπορούν να εμφανιστούν μόνο τα κύτταρα στο αντίστοιχο πακέτο μπαταρίας
Περιορισμένη υπολογιστική ισχύς και ακολουθεί απλούς κανόνες
Λόγω αυτών των περιορισμών, το BMS δεν μπορεί να ανιχνεύσει ανωμαλίες που σχετίζονται με την ασφάλεια που εμφανίζονται σε ένα συγκεκριμένο εύρος τιμών, να εκτελούν σε βάθος αναλύσεις για να υπολογίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την κατάσταση της μπαταρίας ή να προβλέψουν μακροπρόθεσμες τάσεις. Όπως έδειξαν προηγούμενα περιστατικά, οι περιορισμοί του BMS μπορούν να οδηγήσουν σε βλάβες της μπαταρίας ιόντων λιθίου που μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τις εταιρείες. Αυτό προσθέτει επίσης στην πολυπλοκότητα της αξιολόγησης των κινδύνων ασφαλείας, καθώς η ποιότητα του BMS πρέπει να εξεταστεί εκτός από την ποιότητα κατασκευής της μπαταρίας. Οι αισθητήρες ενδέχεται να αποτύχουν, οδηγώντας σε συμβάντα κρίσιμης σημασίας για την ασφάλεια. Η ποιότητα των αισθητήρων και η υπολογιστική ισχύς μπορούν να βελτιωθούν, οδηγώντας σε υψηλότερο κόστος. Αλλά το ερώτημα παραμένει: Εάν το BMS παρακολουθεί την μπαταρία, που παρακολουθεί το BMS;
Layer 3: Η λειτουργία του cloud εργασίας
Τα αναλυτικά στοιχεία μπαταριών που βασίζονται σε σύννεφο μπορούν να θεωρηθούν ως συν-πιλότος ενός αυτοκινήτου ράλι, εξασφαλίζοντας τη σωστή διαδρομή και στρατηγική. Το BMS επικεντρώνεται στο άμεσο πρόβλημα, ενώ το σύννεφο φροντίζει για τη μεγάλη εικόνα.
Τα αναλυτικά στοιχεία που βασίζονται σε σύννεφο προσθέτουν ένα επιπλέον στρώμα ασφάλειας στο BMS. Τα δεδομένα BMS συλλέγονται στο σύννεφο, δημιουργώντας μια ιστορική βάση δεδομένων που επιτρέπει βαθύτερη, πιο προηγμένη ανάλυση της συμπεριφοράς του συστήματος της μπαταρίας κατά τη λειτουργία και τη φόρτιση υπό συνθήκες πραγματικού κόσμου. Αυτή η ανάλυση χρησιμοποιεί φυσικά μοντέλα μπαταριών και μηχανική μάθηση για τον προσδιορισμό και την πρόβλεψη της γήρανσης και της ασφάλειας της μπαταρίας. Σε σύγκριση με ένα BMS, τα αναλυτικά στοιχεία του cloud είναι ένα προληπτικό μέτρο ασφάλειας επειδή αναλύουν τις μακροπρόθεσμες τάσεις υγείας και ανιχνεύουν ανωμαλίες. Αυτό είναι σημαντικό επειδή οι μηχανισμοί γήρανσης κρίσιμης σημασίας μπορούν να εμφανιστούν ακόμη και εάν το BMS διατηρήσει την μπαταρία εντός της αναμενόμενης εύρους τιμών του καθ 'όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής του.
