Kako oblikovati paket litijevih baterij (vodnik po--korakih)

A paket litijevih baterijje veliko več kot le skupaj povezane celice. Je celovit energetski sistem, ki združuje elektrokemijo, strojništvo, toplotno kontrolo, električno arhitekturo in varnostno upravljanje. Če boste razumeli, kako je litijeva baterija zasnovana, boste bolje razumeli standarde, ki urejajo proizvodnjo baterij. Ta vodnik vodi skozi dejanski proces, ki mu sledimo, ko nam stranka prinese nov projekt.

1. korak: Določite zahteve in omejitve aplikacije

Vsak uspešen paket baterij se začne zjasne zahteve. Preskočite ta korak in plačali ga boste pozneje pri prenovah ali napakah na terenu.

Zakleniti morate štiri glavna področja:

• Potrebe po zmogljivosti: napetost, zmogljivost, trajni in konični tok,ciljne gostote energije
• Delovno okolje: temperaturno območje, ravni vibracij, vlažnost,IP ocena
• Pričakovana življenjska doba:štetje ciklovpri določenemglobina praznjenja
• Regulativne zahteve: katere certifikate mora prestati končni izdelek

Na primer, električno orodje lahko zahteva 10-15C izbruhe za kratka obdobja, medtem ko domači sistem za shranjevanje energije daje prednost 3000+ ciklom pri 80 % DOD in nizki ceni. Električno motorno kolo potrebuje močno odpornost proti tresljajem in vodoodpornost, česar stacionarni UPS ne potrebuje.

Vedno gradimo amatriko sledljivostipri GEB. Povezuje vsako zahtevo s posebno oblikovalsko odločitvijo in preskusno metodo. Ta dokument postane izjemno uporaben, ko začnejo certifikacijski organi postavljati vprašanja.

Ugotovitev zahtev takoj na začetku prihrani največ časa in denarja.

2. korak: Izberite optimalno celično kemijo in obliko

Ko so zahteve jasne,izbira celiceodloča skoraj o vsem, kar sledi.

Tukaj je praktična primerjava, ki jo uporabljamo vsak dan:

Po izbiri kemije se odločite za faktor oblike:

• Cilindrične celice(18650, 21700, 4680) ponujajo zrelo proizvodnjo, dobro konsistenco in močno mehansko strukturo, vendar manjšo gostoto pakiranja.
• Prizmatične celiceomogočajo boljši izkoristek prostora in enostavnejšo montažo modulov, čeprav lahko nabreknejo in potrebujejo močnejša ohišja.
• Celice za vrečkedostaviti najvišjeenergijska gostotain najmanjšo težo, vendar zahtevajo najbolj skrbno zunanjo podporo in upravljanje otekanja.

Uporabljamo samoCelice stopnje Aod uveljavljenih proizvajalcev. Doslednost zmogljivosti in notranji odpor sta pomembnejša, kot se večina ljudi zaveda. Tudi majhne razlike ustvarjajo neravnovesje, ki skrajša življenjsko dobo pakiranja in ustvarja varnostna tveganja.

Izbira celicene gre za izbiro "najboljše" celice. Gre za izbiro prave celice za vaš specifični delovni cikel in ciljne stroške.

3. korak: Električna zasnova paketa baterij

Z izbranimi celicami jih morate spremeniti v uporabno napetostno in zmogljivostno platformo.

Serijska povezavapoveča napetost:

V_total=V_cell × število nizov celic

Vzporedna povezavapoveča zmogljivost in tokovno ravnanje:

Ah_total=Ah_cell × število vzporednih nizov

Običajen paket za shranjevanje energije 48 V pogosto uporablja konfiguracijo 13S ali 16S, odvisno od okna napetosti pretvornika. Visoko-zmogljive aplikacije morda potrebujejo 4P ali 6P, da ohranijo tok na celico v varnih mejah.

Način povezave je pomemben za zanesljivost. Izogibamo se neposrednemu spajkanju celic - toplota lahko poškoduje notranje strukture in sčasoma poveča notranji upor.Točkovno varjenje trakov iz nikljaali lasersko varjenje na jezičkih daje veliko boljše dolgoročne-rezultate. Za poti z visokim-tokom se premaknemo nabakrene zbiralkez več povezovalnimi točkami, da se izognete vročim točkam.

Ustrezna izolacija med visoko-napetostnimi in nizko{1}}napetostnimi vodi zmanjša elektromagnetne motnje in prepreči težave z lezenjem.

Električna arhitektura mora zagotavljati potrebno moč, hkrati pa ohranjati nizek kontaktni upor in uravnoteženo delitev toka.

4. korak: Integrirajte sistem za upravljanje baterije (BMS)

BMS je možgani in varuh krdela.

V realnem času mora spremljati napetost celic, temperaturo in tok. Izračuna SOC in SOH, izvede uravnoteženje in aktivira zaščito, ko so meje presežene.

Ključne odločitve vključujejo:

• Pasivno uravnoteženje(cenejši) protiaktivno uravnoteženje(bolj učinkovito za velika pakiranja)
• Komunikacijski protokol - CAN vodilo za avtomobile, RS485 ali Bluetooth za stacionarne sisteme
• Trenutna ocena in število podprtih serijskih celic

Po naših izkušnjah dober BMS prepreči 80 % morebitnih težav na terenu. Izberite enega z redundantnimi zaščitnimi vezji in hitrim-odzivom na kratek stik. Za visokonapetostne-sisteme,spremljanje izolacijeje bistveno.

BMS nikoli ne obravnavajte kot naknadno. Zasnovan mora biti od začetka.

5. korak: Načrtujte sistem za upravljanje toplote

Nadzor temperature pogosto odloča o tem, ali bo paket zdržal 5 ali 15 let.

Litijeve celice najbolje delujejo med 25 in 40 stopinjami. Razlike med celicami, večje od 5 stopinj, pospešijo staranje. Med hitrim polnjenjem ali visoko praznjenjem lahko proizvodnja toplote doseže nekaj vatov na celico.

Pogosti pristopi:

• Zračno hlajenje:preprosta in poceni, vendar omejena zmogljivost
• Tekočinsko hlajenje:odličen prenos toplote, pogosto uporabljen v električnih vozilih
• Materiali za spremembo faze (PCM):pasiven in dober za glajenje temperaturnih skokov
• Hibridni sistemi:kombinirajte metode za ekstremne pogoje

V hladnih podnebjih dodamo PTC grelnike ali grelne folije, da celice pred polnjenjem segrejemo na delovno temperaturo.

Toplotno simulacijo izvajamo na začetku projekta. Pomaga nam pri odločitvi, ali je dovolj pasivno hlajenje ali aktivnotekočinsko hlajenjeje potrebno. Dobra toplotna zasnova preprečuje toplotni beg in ohranja dosledno delovanje v vseh letnih časih.

6. korak: Mehanska in konstrukcijska zasnova

Zdaj mora paket preživeti-pogoje resničnega sveta.

Zgodaj se odločite, ali boste uporabili amodularna zasnovaali abrick{0}}style pack. Modularne modele je lažje izdelati, preizkusiti in popraviti. Brick paketi lahko dosežejo višjeenergijska gostotavendar otežujejo vzdrževanje.

Fiksacija celic je kritična. Za pozicioniranje in razmik uporabljamo plastična držala za celice v kombinaciji s skrbno nanesenim talilnim-lepilom ali nevtralnim silikonom za blaženje vibracij brez blokiranja odvajanja toplote.

Materiali ohišij so običajno aluminij zaradi njegovega razmerja med trdnostjo-in-težo ali jeklo za nižje stroške pri stacionarnih aplikacijah.Tesnjenje IP67, reže za razbremenitev tlaka in cone zmečk so standardne v paketih za-avtomobilsko opremo.

Mehanska zasnova mora zaščititi celice pred vibracijami, udarci in vodo, hkrati pa omogočati servisiranje, ko je to potrebno.

7. korak: izdelava prototipov, testiranje in validacija

Noben dizajn ni dokončan, dokler ni preizkušen.

Izdelamo tri prototipne stopnje:

• EVT:osnovno preverjanje delovanja
• DVT:polno delovanje in okoljsko testiranje
• PVT:proizvodne-namenske enote iz končnega orodja

Ključni testi vključujejo zmogljivost in učinkovitost pri različnih C-stopnjah, toplotno slikanje pod obremenitvijo za iskanje vročih točk,testiranje življenjskega cikla, vibracije in udarci ter preskusi zlorabe varnosti (preobremenitev, kratek stik, preboj žeblja).

Štejemo, da je paket doseženkonec življenjako zmogljivost pade na 80 % začetne vrednosti pod definiranimi pogoji.

Temeljito preverjanje odkrije težave, preden dosežejo stranke.

8. korak: certificiranje in zagon proizvodnje

Končno mora paket prestati certificiranje za svoje ciljne trge.

Skupne zahteve vključujejoUN38.3za pošiljanje,UL 2580ozIEC 62619za varnost in regionalne standarde, kot je GB 38031 na Kitajskem ali UN ECE R100 v Evropi.

Na strani proizvodnje izvajamo razvrščanje celic, avtomatizirano varjenje, kjer je to mogoče, in testiranje na koncu--linije. Sledljivost od vhodnih celic do končnih paketov je obvezna za avtomobilske in visoko-zanesljive aplikacije.

Zaključek

Oblikovanje apaket litijevih baterijzahteva uravnoteženjeučinkovitost, varnost, stroški in možnost izdelave. Vrstni red je pomemben:jasne zahtevenajprej, potemizbira celice, električna arhitektura, toplotni in mehanski sistemi, ki jim sledi stroga validacija.

V podjetju GEB smo ta proces izpopolnjevali v mnogih letih in na stotine projektov. Ne glede na to, ali potrebujete majhen paket po meri za prototip ali na tisoče enot za serijsko proizvodnjo, osnove ostajajo enake.

Če delate na projektu litijeve baterije in želite izkušeno podporo od opredelitve zahtev do množične proizvodnje, se obrnite na našo inženirsko ekipo. Z veseljem pregledamo vaše specifikacije in delimo, kaj je dobro delovalo v podobnih aplikacijah.