¿Cómo se manejan las fallas de las celdas en paquetes grandes de baterías de litio?

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En una batería grande de celdas con base de litio para un vehículo eléctrico o un sistema de almacenamiento de red, ¿cómo se manejan las celdas que fallan? Las respuestas a otra pregunta indican que estas celdas generalmente están cableadas en bloques paralelos (que luego se conectan en serie y se equilibran) para que la resistencia no se agregue en el camino de la corriente alta.

¿Qué sucede cuando una célula falla y actúa como un cortocircuito?

Parece que esto reduciría un bloque de celdas paralelas y disminuiría significativamente la capacidad del paquete general. Si la celda muerta se pudiera quitar del paquete mediante un sistema electrónico o de seguridad (transistor de potencia, fusible, extracción física y / o reemplazo), el resto de las celdas paralelas podrían continuar funcionando con una disminución mucho menor en la capacidad utilizable del paquete.

Las baterías de plomo-ácido parecen ser reemplazadas en un cronograma de mantenimiento cronometrado, o cuando se exceden ciertas métricas de uso, por ejemplo, en el uso del centro de datos. Dado que las baterías de litio son mucho más caras, ¿existen características de diseño electrónico típicas que manejen las células que fallan automáticamente en lugar de rotar todo el paquete antes del final de la vida útil?

¿Los productos químicos, como LiFePO4, con más de 2000 ciclos a 80% de capacidad, lo suficientemente confiables como para que las células no produzcan un cortocircuito son lo suficientemente raros como para ignorarlos como un problema de diseño electrónico?

    
pregunta Matt B.

1 respuesta

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Me imagino por las preguntas que ha formulado que está planeando un proyecto que puede requerir una batería de fosfato de litio y hierro de alta capacidad que le gustaría construir usted mismo.

El único paquete de baterías de gran capacidad en producción de números altos que usa varias celdas en paralelo, solo un par de celdas grandes en paralelo es el Tesla. Todos los demás EV parecen ir con las celdas de la bolsa de gran capacidad y luego solo usan una pareja en paralelo. La ventaja para el Tesla es que su relación potencia / peso es casi el doble que la de todos los demás.

La desventaja tiene que ser la seguridad. Tesla tiene 104 patentes en su paquete de baterías y la mayoría de ellas tiene que ver con la seguridad. Específicamente con la forma de tratar con celdas individuales que se cortan en corto o entran en fuga térmica. Para su información, el paquete de baterías Tesla S usa 74 celdas en paralelo y luego 96 en serie.

He leído sus patentes y ninguno de ellos trata con ningún tipo de sistema para reparar o eliminar células dañadas. Solo se aseguran de que, en las raras ocasiones en que una celda se quede corta o se caliente, comience a disparar, etc., esté contenida en esa celda. Lo hacen separando cada celda por una cierta distancia, usando enfriamiento activo y pasivo, usando un fusible en cada celda, etc.

Tesla se jacta de que pueden reemplazar una batería completa de una Tesla S en solo 90 segundos, pero no hacen ninguna reclamación sobre la reparación de la batería. De hecho, debido a todas las características de seguridad, como la espuma ignífuga, a una persona le lleva un par de horas acceder a las celdas individuales de la batería de Tesla, y para entonces ya ha arruinado la estructura de la batería, por lo que Ya no es utilizable para el automóvil incluso si reemplazó la celda individual destruida.

Entonces, para responder a tu pregunta, parece que ponen mucho esfuerzo para evitar que una celda en cortocircuito destruya el resto del paquete, pero de lo contrario, lo dejan allí y dejan que el resto de las celdas en ese grupo paralelo se hagan cargo. .

Recuerde que el Tesla está exigiendo una carga muy pesada de su batería, no solo está empujando las celdas a sus límites para obtener una mayor distancia fuera del paquete (algunos propietarios reportan voltajes de celda que caen por debajo de 3.0 voltios), también exigen un Alta corriente para la loca aceleración que recibe el Tesla.

Al leer sus patentes, Tesla cree que la carga excesiva es mucho más peligrosa que la descarga excesiva (esto se debe a las pruebas que han realizado en sus laboratorios). La sobrecarga conduce a incendios y explosiones, mientras que la descarga excesiva tiende a acelerar la pérdida de capacidad.

Buena suerte en tu proyecto. Usando celdas de fosfato de litio y hierro, ya es una magnitud más segura.

    
respondido por el Filek

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