Lítium akkumulátorcsomag tervezése (Lépésenkénti--útmutató)

A lítium akkumulátor csomagsokkal több, mint egyszerűen összekötött cellák. Ez egy teljes energiarendszer, amely egyesíti az elektrokémiát, a gépészetet, a hőszabályozást, az elektromos architektúrát és a biztonságmenedzsmentet. A lítium-akkumulátorcsomag kialakításának megértése lehetővé teszi, hogy jobban megértse az akkumulátorok gyártására vonatkozó szabványokat. Ez az útmutató végigvezeti a valós folyamatot, amelyet követünk, amikor egy ügyfél új projektet hoz nekünk.

1. lépés: Határozza meg az alkalmazási követelményeket és megszorításokat

Minden sikeres akkumulátorcsomag azzal kezdődikegyértelmű követelmények. Hagyja ki ezt a lépést, és később újratervezés vagy helyszíni meghibásodás esetén fizetnie kell érte.

Le kell zárnia négy fő területet:

• Teljesítményigények: feszültség, kapacitás, folyamatos és csúcsáram,energiasűrűségi célok
• Működési környezet: hőmérséklet tartomány, rezgésszint, páratartalom,IP minősítés
• Várható élettartam:ciklusszámkonkrétnálkisülési mélység
• Szabályozási követelmények: mely tanúsítványokon kell átmennie a végterméknek

Például egy elektromos szerszám 10-15 C-os sorozatfelvételt igényelhet rövid ideig, míg az otthoni energiatároló rendszer a 3000+ ciklust részesíti előnyben 80%-os DOD mellett és alacsony költséggel. Az elektromos motorkerékpárnak olyan erős rezgésállóságra és vízszigetelésre van szüksége, mint egy álló UPS-nek.

Mindig építünk anyomon követhetőségi mátrixa GEB-nél. Minden követelményt egy adott tervezési döntéshez és vizsgálati módszerhez köt. Ez a dokumentum rendkívül hasznossá válik, amikor a tanúsító szervek kérdéseket tesznek fel.

Ha a követelményeket már az elején tisztázzuk, azzal a legtöbb időt és pénzt takaríthatunk meg.

2. lépés: Válassza az Optimális sejtkémiát és -formátumot

Amint egyértelműek a követelmények,sejtkiválasztásszinte mindent eldönt, ami ezután következik.

Íme a gyakorlati összehasonlítás, amelyet naponta használunk:

A kémia kiválasztása után döntse el az alaktényezőt:

• Hengeres cellák(18650, 21700, 4680) érett termelést, jó konzisztenciát és erős mechanikai szerkezetet kínálnak, de kisebb a csomagolási sűrűség.
• Prizmás cellákjobb helykihasználást és egyszerűbb modul-összeállítást tesznek lehetővé, bár megduzzadhatnak, és erősebb burkolatra van szükségük.
• Tasak celláka legmagasabbat szállítanienergiasűrűségés a legkisebb súlyú, de a leggondosabb külső támogatást és duzzanatkezelést igénylik.

Csak használjukA fokozatú sejtekelismert gyártóktól. A kapacitás és a belső ellenállás összhangja többet számít, mint azt a legtöbb ember gondolná. Már a kis eltérések is egyensúlyhiányt okoznak, ami lerövidíti a csomagolás élettartamát és biztonsági kockázatokat jelent.

Cellák kiválasztásanem a "legjobb" cella kiválasztásáról szól. Arról van szó, hogy kiválassza a megfelelő cellát az adott munkaciklushoz és költségcélhoz.

3. lépés: Az akkumulátoregység elektromos tervezése

A kiválasztott cellákkal használható feszültség- és kapacitásplatformmá kell alakítania őket.

Soros csatlakozásnöveli a feszültséget:

V_összes=V_cella × sorozatcellák száma

Párhuzamos kapcsolatnöveli a kapacitást és az áramkezelést:

Ah_összes=Ah_cella × párhuzamos karakterláncok száma

Egy általános 48 V-os energiatároló csomag gyakran 13S vagy 16S konfigurációt használ, az inverter feszültségablakától függően. A nagy teljesítményű

A csatlakozás módja a megbízhatóság szempontjából fontos. Kerüljük a cellák közvetlen forrasztását - a hő károsíthatja a belső szerkezeteket és idővel növelheti a belső ellenállást.Nikkelszalag ponthegesztésvagy a fülek lézeres hegesztése sokkal jobb hosszú távú{0}}eredményt ad. A nagy-áramú utak esetében a következőre lépünk:réz sínektöbb csatlakozási ponttal a hotspotok elkerülése érdekében.

A magas{0}} és a kisfeszültségű{1}}vezetékek közötti megfelelő szigetelés csökkenti az elektromágneses interferenciát és megakadályozza a kúszási problémákat.

Az elektromos architektúrának biztosítania kell a szükséges teljesítményt, miközben alacsony érintkezési ellenállást és kiegyensúlyozott áramelosztást kell tartania.

4. lépés: Integrálja az akkumulátorkezelő rendszert (BMS)

A BMS a falka agya és őre.

Valós időben figyelnie kell a cellák feszültségét, hőmérsékletét és áramát. Kiszámolja az SOC-t és az SOH-t, kiegyensúlyozást végez, és aktiválja a védelmet a határértékek túllépése esetén.

A legfontosabb döntések a következők:

• Passzív egyensúlyozás(olcsóbb) kontraaktív egyensúlyozás(hatékonyabb nagy kiszereléseknél)
• Kommunikációs protokoll - CAN busz autóiparhoz, RS485 vagy Bluetooth helyhez kötött rendszerekhez
• Az aktuális besorolás és a támogatott sorozatcellák száma

Tapasztalataink szerint egy jó BMS a potenciális terepi problémák 80%-át megelőzi. Válasszon egy redundáns védelmi áramkört és gyors rövidzár{2}}választ. A nagyfeszültségű-rendszereknélizoláció figyeléseelengedhetetlen.

Soha ne kezelje a BMS-t utólagos gondolatként. Kezdettől fogva meg kell tervezni.

5. lépés: Tervezze meg a hőkezelési rendszert

A hőmérséklet-szabályozás gyakran dönti el, hogy egy csomag 5 évig vagy 15 évig tart-e.

A lítium cellák 25 és 40 fok között teljesítenek a legjobban. A sejtek közötti 5 foknál nagyobb különbségek felgyorsítják az öregedést. Gyorstöltés vagy nagy kisütés esetén a hőtermelés cellánként több wattot is elérhet.

Általános megközelítések:

• Léghűtés:egyszerű és alacsony költségű, de korlátozott kapacitással
• Folyékony hűtés:kiváló hőátadás, széles körben használják elektromos járművekben
• Fázisváltó anyagok (PCM):passzív és alkalmas a hőmérsékleti kiugrások elsimítására
• Hibrid rendszerek:kombinálja a módszereket extrém körülmények között

Hideg éghajlaton PTC fűtőtesteket vagy fűtőfóliákat adunk hozzá, hogy a cellákat üzemi hőmérsékletre melegítsük fel töltés előtt.

Termikus szimulációt futtatunk a projekt korai szakaszában. Segít eldönteni, hogy a passzív hűtés elég-e vagy aktívfolyadékhűtésszükséges. A jó termikus kialakítás megakadályozza a termikus kifutást, és egyenletes teljesítményt biztosít az évszakokon keresztül.

6. lépés: Mechanikai és szerkezeti tervezés

Most a csomagnak túl kell élnie a valós{0}}viszonyokat.

Korán döntse el, hogy használja-e amoduláris felépítésvagy atégla-stílusú csomag. A moduláris kialakításokat könnyebb gyártani, tesztelni és javítani. A téglacsomagokkal magasabbat lehet elérnienergiasűrűségde megnehezítik a karbantartást.

A sejtrögzítés kritikus. Műanyag cellatartókat használunk a pozicionáláshoz és az elosztáshoz, amelyeket gondosan felhordott olvadék{1}}ragasztóval vagy semleges szilikonnal kombinálunk, hogy elnyeljük a vibrációt anélkül, hogy akadályoznánk a hőelvezetést.

A burkolatok anyaga általában az alumínium szilárdság-/{1}}tömeg aránya miatt, vagy az acél az alacsonyabb költség miatt a helyhez kötött alkalmazásoknál.IP67 tömítés, a nyomáscsökkentő szellőzőnyílások és a nyomózónák alapfelszereltség az autóipari-minőségű csomagokban.

A mechanikai kialakításnak meg kell védenie a cellákat a vibrációtól, az ütésektől és a víztől, miközben szükség esetén lehetővé kell tenni a használhatóságot.

7. lépés: Prototípuskészítés, tesztelés és érvényesítés

Egyetlen terv sem fejeződött be, amíg nem tesztelték.

Három prototípus szakaszt készítünk:

• EVT:alapfunkció ellenőrzés
• DVT:teljes körű teljesítmény- és környezeti tesztelés
• PVT:gyártási-intent egységeket a végső szerszámozástól

A legfontosabb tesztek közé tartozik a kapacitás és a hatékonyság különböző C{0}}sebességek mellett, a hőképalkotás terhelés alatt a hotspotok megtalálása érdekében,ciklus élettartam tesztelése, vibráció és ütés, valamint biztonsági visszaélési tesztek (túltöltés, rövidzárlat, köröm behatolás).

Egy csomagot elértnek tekintünkaz élet végeamikor a kapacitás a kezdeti érték 80%-ára csökken a meghatározott feltételek mellett.

Az alapos érvényesítés felderíti a problémákat, mielőtt azok elérnék az ügyfeleket.

8. lépés: Tanúsítás és gyártás indítása

Végül a csomagnak meg kell felelnie a célpiacaira vonatkozó tanúsítványnak.

A közös követelmények közé tartozikUN38.3szállításhoz,UL 2580vagyIEC 62619biztonsági és regionális szabványok, mint például a GB 38031 Kínában vagy az UN ECE R100 Európában.

A gyártási oldalon cellaválogatást, lehetőség szerint automatizált hegesztést és -végi-tesztet alkalmazunk. A nyomon követhetőség a bejövő celláktól a kész csomagokig kötelező az autóipari és a nagy-megbízhatóságú alkalmazásokhoz.

Következtetés

Tervezés alítium akkumulátor csomagegyensúlyozást igényelteljesítmény, biztonság, költség és gyárthatóság. A sorrend számít:egyértelmű követelményekelőször, majdsejtkiválasztás, elektromos architektúra, hő- és mechanikai rendszerek, majd szigorú érvényesítés.

A GEB-nél sok éven és több száz projekten keresztül finomítottuk ezt a folyamatot. Akár egy kis egyedi csomagra van szüksége egy prototípushoz, akár több ezer egységre van szüksége sorozatgyártáshoz, az alapok ugyanazok maradnak.

Ha lítium akkumulátor projekten dolgozik, és tapasztalt támogatást szeretne a követelmények meghatározásától a tömeggyártásig, forduljon bizalommal mérnöki csapatunkhoz. Örömmel áttekintjük az Ön specifikációit, és megosztjuk velünk, mi működött jól hasonló alkalmazásokban.