Ako navrhnúť lítiovú batériu (krok-po{1}}krokovom sprievodcovi)

A lítiová batériaje oveľa viac než len bunky spojené dohromady. Ide o kompletný energetický systém, ktorý kombinuje elektrochémiu, strojárstvo, tepelné riadenie, elektrickú architektúru a riadenie bezpečnosti. Pochopenie toho, ako je lítiová batéria navrhnutá, vám umožní lepšie pochopiť normy upravujúce výrobu batérií. Táto príručka vás prevedie skutočným procesom, ktorý sledujeme, keď nám klient prinesie nový projekt.

Krok 1: Definujte požiadavky a obmedzenia aplikácie

Každá úspešná batéria začína sjasné požiadavky. Preskočte tento krok a zaplatíte za to neskôr pri prerábkach alebo poruchách v teréne.

Musíte uzamknúť štyri hlavné oblasti:

• Potreby výkonu: napätie, kapacita, trvalý a špičkový prúd,ciele energetickej hustoty
• Prevádzkové prostredie: teplotný rozsah, úrovne vibrácií, vlhkosť,Hodnotenie IP
• Očakávaná životnosť:počet cyklovpri konkrétnomhĺbka vybitia
• Regulačné požiadavky: akými certifikáciami musí finálny produkt prejsť

Napríklad elektrické náradie môže krátkodobo vyžadovať 10 až 15 °C, kým domáci systém ukladania energie uprednostňuje 3000+ cyklov pri 80 % DOD a nízkej cene. Elektrický motocykel potrebuje silnú odolnosť voči vibráciám a vodotesnosť, ktorú stacionárne UPS nemajú.

Vždy staviame amatice sledovateľnostiv GEB. Prepája každú požiadavku s konkrétnym návrhovým rozhodnutím a skúšobnou metódou. Tento dokument sa stáva mimoriadne užitočným, keď certifikačné orgány začnú klásť otázky.

Získanie požiadaviek hneď na začiatku šetrí najviac času a peňazí.

Krok 2: Zvoľte Optimal Cell Chemistry and Format

Keď sú požiadavky jasné,výber buniekrozhoduje takmer o všetkom, čo nasleduje.

Tu je praktické porovnanie, ktoré denne používame:

Po výbere chémie sa rozhodnite pre tvarový faktor:

• Cylindrické bunky(18650, 21700, 4680) ponúkajú vyspelú výrobu, dobrú konzistenciu a silnú mechanickú štruktúru, ale nižšiu hustotu balenia.
• Prizmatické bunkyposkytujú lepšie využitie priestoru a jednoduchšiu montáž modulov, hoci sa môžu nafúknuť a potrebujú pevnejšie kryty.
• Vreckové bunkydodať najvyššiehustota energiea najnižšiu hmotnosť, ale vyžadujú najopatrnejšiu vonkajšiu podporu a zvládanie opuchov.

Iba používameBunky stupňa Aod osvedčených výrobcov. Konzistentnosť kapacity a vnútorného odporu záleží viac, ako si väčšina ľudí uvedomuje. Aj malé rozdiely vytvárajú nerovnováhu, ktorá skracuje životnosť balenia a vytvára bezpečnostné riziká.

Výber bunieknie je o výbere "najlepšej" bunky. Ide o výber správnej bunky pre váš špecifický pracovný cyklus a cieľové náklady.

Krok 3: Elektrický dizajn batérie

S vybranými článkami ich musíte premeniť na použiteľnú platformu napätia a kapacity.

Sériové pripojeniezvyšuje napätie:

V_total=V_cell × počet buniek série

Paralelné pripojeniezvyšuje kapacitu a prúdovú manipuláciu:

Ah_total=Ah_cell × počet paralelných reťazcov

Bežný 48V zásobník energie často používa konfiguráciu 13S alebo 16S v závislosti od okna napätia meniča. Aplikácie s vysokým{4}}výkonom môžu potrebovať 4P alebo 6P na udržanie prúdu na bunku v rámci bezpečných limitov.

Spôsob pripojenia je dôležitý pre spoľahlivosť. Vyhýbame sa priamemu spájkovaniu článkov -, teplo môže časom poškodiť vnútorné štruktúry a zvýšiť vnútorný odpor.Bodové zváranie niklového pásualebo laserové zváranie plôšok poskytuje oveľa lepšie{0}}dlhodobé výsledky. Ak ide o cesty s vysokým prúdom,-prejdeme namedené prípojnices viacerými bodmi pripojenia, aby ste sa vyhli hotspotom.

Správna izolácia medzi vysokonapäťovými a nízkonapäťovými vedeniami znižuje elektromagnetické rušenie a bráni tečeniu.

Elektrická architektúra musí dodávať požadovaný výkon a zároveň udržiavať nízky prechodový odpor a vyvážené zdieľanie prúdu.

Krok 4: Integrujte systém správy batérií (BMS)

BMS je mozog a strážca svorky.

Musí monitorovať napätie článkov, teploty a prúd v reálnom čase. Vypočítava SOC a SOH, vykonáva vyváženie a aktivuje ochranu pri prekročení limitov.

Medzi kľúčové rozhodnutia patria:

• Pasívne vyváženie(lacnejšie) oprotiaktívne vyvažovanie(efektívnejšie pre veľké balenia)
• Komunikačný protokol - Zbernica CAN pre automobily, RS485 alebo Bluetooth pre stacionárne systémy
• Aktuálne hodnotenie a počet podporovaných buniek série

Podľa našich skúseností dobrá BMS predchádza 80 % potenciálnych problémov v teréne. Vyberte si jeden s redundantnými ochrannými obvodmi a rýchlou odozvou na skrat-. Pre vysokonapäťové-systémy,monitorovanie izolácieje nevyhnutné.

Nikdy nepovažujte BMS za dodatočný nápad. Musí byť navrhnutý od začiatku.

Krok 5: Navrhnite systém tepelného manažmentu

Regulácia teploty často rozhoduje o tom, či balenie vydrží 5 rokov alebo 15 rokov.

Lítiové články fungujú najlepšie medzi 25 a 40 stupňami. Rozdiely väčšie ako 5 stupňov medzi bunkami urýchľujú starnutie. Počas rýchleho nabíjania alebo vysokého vybíjania môže generovanie tepla dosiahnuť niekoľko wattov na článok.

Bežné prístupy:

• Chladenie vzduchom:jednoduché a nízke náklady, ale obmedzená kapacita
• Chladenie kvapalinou:vynikajúci prenos tepla, široko používaný v EV
• Materiály na zmenu fázy (PCM):pasívny a vhodný na vyrovnávanie teplotných výkyvov
• Hybridné systémy:kombinovať metódy pre extrémne podmienky

V chladnom podnebí pridávame PTC ohrievače alebo vykurovacie fólie, aby sa články pred nabíjaním zohriali na prevádzkovú teplotu.

Na začiatku projektu spúšťame tepelnú simuláciu. Pomáha nám rozhodnúť sa, či stačí pasívne chladenie alebo či je aktívnekvapalinové chladenieje potrebné. Dobrý tepelný dizajn zabraňuje úniku tepla a udržuje výkon konzistentný počas ročných období.

Krok 6: Mechanický a konštrukčný návrh

Teraz musí balík prežiť skutočné-svetové podmienky.

Rozhodnite sa včas, či použijete amodulárny dizajnalebo atehlový{0}}balíček. Modulárne konštrukcie sa ľahšie vyrábajú, testujú a opravujú. Balíky tehál môžu dosiahnuť vyššiehustota energieale sťažuje údržbu.

Fixácia buniek je kritická. Na umiestnenie a rozmiestnenie používame plastové držiaky článkov v kombinácii so starostlivo naneseným tavným lepidlom- alebo neutrálnym silikónom, ktoré absorbujú vibrácie bez blokovania rozptylu tepla.

Materiály krytu sa zvyčajne používajú na hliník pre jeho pomer pevnosti-k{1}}hmotnosti alebo na oceľ pre nižšie náklady v stacionárnych aplikáciách.Krytie IP67, ventilačné otvory na uvoľnenie tlaku a tlakové zóny sú štandardom v automobilových-balíkoch.

Mechanická konštrukcia musí chrániť články pred vibráciami, nárazmi a vodou a zároveň umožňovať prevádzkyschopnosť v prípade potreby.

Krok 7: Prototypovanie, testovanie a validácia

Žiadny dizajn nie je dokončený, kým nebude otestovaný.

Vyrábame tri etapy prototypu:

• EVT:kontrola základnej funkcie
• DVT:plný výkon a environmentálne testovanie
• PVT:produkčných-zámerov z finálnych nástrojov

Kľúčové testy zahŕňajú kapacitu a účinnosť pri rôznych C-hodnotách, termálne zobrazovanie pri záťaži na nájdenie hotspotov,testovanie životnosti cyklu, vibrácie a nárazy a testy zneužitia bezpečnosti (prebitie, skrat, prerazenie klincom).

Považujeme balík za dosiahnutýkoniec životakeď kapacita klesne na 80 % počiatočnej hodnoty za definovaných podmienok.

Dôkladná validácia zachytí problémy skôr, ako sa dostanú k zákazníkom.

Krok 8: Certifikácia a spustenie výroby

Nakoniec musí balík prejsť certifikáciou pre svoje cieľové trhy.

Spoločné požiadavky zahŕňajúUN38.3na prepravu,UL 2580aleboIEC 62619pre bezpečnosť a regionálne normy, ako napríklad GB 38031 v Číne alebo UN ECE R100 v Európe.

Na strane výroby implementujeme triedenie buniek, automatizované zváranie tam, kde je to možné, a testovanie na konci--linky. Vysledovateľnosť od prichádzajúcich buniek až po hotové balenia je povinná pre automobilové a-aplikácie s vysokou spoľahlivosťou.

Záver

Projektovanie alítiová batériavyžaduje vyváženievýkon, bezpečnosť, náklady a vyrobiteľnosť. Na poradí záleží:jasné požiadavkynajprv, potomvýber buniek, elektrická architektúra, tepelné a mechanické systémy, po ktorých nasleduje dôsledná validácia.

V GEB sme tento proces zdokonaľovali počas mnohých rokov a stoviek projektov. Či už potrebujete malé zákazkové balenie pre prototyp alebo tisíce kusov na sériovú výrobu, základy zostávajú rovnaké.

Ak pracujete na projekte lítiovej batérie a chcete skúsenú podporu od definície požiadaviek až po sériovú výrobu, neváhajte kontaktovať náš inžiniersky tím. Radi skontrolujeme vaše špecifikácie a podelíme sa o to, čo sa osvedčilo v podobných aplikáciách.