Πώς να επιλέξετε Pouch Cells για προσαρμοσμένα πακέτα μπαταριών | Misen

Η επιλογή μιας κυψέλης θήκης για μια προσαρμοσμένη μπαταρία δεν είναι απλώς θέμα εύρεσης της σωστής τάσης και χωρητικότητας.

Μια κυψέλη μπορεί να φαίνεται κατάλληλη στο χαρτί, αλλά εξακολουθεί να δημιουργεί προβλήματα κατά τη συναρμολόγηση της μονάδας, τη θερμική δοκιμή ή τη μακροχρόνια λειτουργία. Το ρεύμα εκφόρτισης μπορεί να είναι πολύ κοντά στο όριο της κυψέλης. Οι καρτέλες μπορεί να μην ταιριάζουν στη διάταξη της γραμμής διαύλου. Το περίβλημα της συσκευασίας μπορεί να μην αφήνει χώρο για πρήξιμο. Ένα σύστημα διαχείρισης μπαταρίας μπορεί επίσης να διαμορφωθεί γύρω από το λάθος εύρος τάσης.

Αυτά τα προβλήματα είναι πιο εύκολο και λιγότερο δαπανηρό να λυθούν κατά την επιλογή κυψέλης παρά αφού έχει ήδη κατασκευαστεί ένα πρωτότυπο.

Μια αξιόπιστη διαδικασία επιλογής πρέπει να ξεκινά με το πλήρες σύστημα μπαταρίας: εφαρμογή, τάση λειτουργίας, απαιτούμενη ενέργεια, συνεχές ρεύμα και ρεύμα αιχμής, χώρος εγκατάστασης, εύρος θερμοκρασίας, διάρκεια ζωής και όγκος παραγωγής.

Αυτός ο οδηγός εξηγεί πώς οι μηχανικοί και οι προγραμματιστές προϊόντων μπορούν να αξιολογήσουν κυψέλες θήκης για ηλεκτρικά οχήματα, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, ρομποτική, drones, βιομηχανικό εξοπλισμό και άλλες προσαρμοσμένες εφαρμογές μπαταριών.

Ξεκινήστε με τις Απαιτήσεις για το πακέτο μπαταριών

Πριν συγκρίνετε μοντέλα κυψελών, ετοιμάστε ένα βασικό φύλλο απαιτήσεων μπαταρίας.

Τουλάχιστον, θα πρέπει να περιλαμβάνει:

• Εφαρμογή

• Ονομαστική τάση πακέτου

• Μέγιστη τάση φόρτισης

• Ελάχιστη τάση λειτουργίας

• Απαιτούμενη χωρητικότητα ή ενέργεια

• Συνεχές ρεύμα εκφόρτισης

• Ρεύμα και διάρκεια αιχμής εκφόρτισης

• Μέγιστες διαστάσεις μπαταρίας

• Στόχος το βάρος της μπαταρίας

• Χρόνος φόρτισης

• Θερμοκρασία λειτουργίας

• Απαιτούμενη διάρκεια ζωής κύκλου

• Αναμενόμενη ετήσια ποσότητα

Αυτές οι πληροφορίες καθορίζουν εάν ένα κελί είναι τεχνικά κατάλληλο.

Για παράδειγμα, δύο έργα μπορεί να απαιτούν και τα δύο μια μπαταρία 48V 100Ah. Ωστόσο, ένα σταθερό σύστημα αποθήκευσης που λειτουργεί στα 30Α έχει πολύ διαφορετικές απαιτήσεις κυψέλης από ένα βιομηχανικό όχημα που τραβάει 200Α κατά την επιτάχυνση.

Η χωρητικότητα μπορεί να είναι η ίδια, αλλά η χημεία, η εσωτερική αντίσταση, ο σχεδιασμός της γλωττίδας, η θερμική δομή και το σύστημα διαχείρισης μπαταρίας μπορεί να είναι όλα διαφορετικά.

1. Επιλέξτε το σωστό Pouch Cell Chemistry

Η πρώτη σημαντική απόφαση είναι η κυτταρική χημεία.

Η Misen προμηθεύει και αξιολογεί πολλές τεχνολογίες κυψελών θήκης, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων NMC, LFP, ημι-στερεών και κυττάρων ιόντων νατρίου. Κάθε χημεία εξυπηρετεί μια διαφορετική προτεραιότητα έργου.

NMC Pouch Cells

Οι κυψέλες θήκης NMC χρησιμοποιούνται ευρέως όταν η ενεργειακή πυκνότητα και το βάρος της μπαταρίας είναι σημαντικά.

Οι τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• Ηλεκτρικά οχήματα

• Ηλεκτρικές μοτοσυκλέτες

• Ρομποτική

• Μη επανδρωμένα συστήματα

• Φορητός βιομηχανικός εξοπλισμός

• Μονάδες μπαταρίας ευαίσθητες στο βάρος

Μια συμβατική κυψέλη θήκης NMC έχει συνήθως ονομαστική τάση περίπου 3,6 V έως 3,7 V. Η τυπική μέγιστη τάση φόρτισης είναι συχνά 4,2 V, αν και ορισμένες κυψέλες υψηλής τάσης χρησιμοποιούν υψηλότερο όριο.

Η ακριβής τάση φόρτισης πρέπει πάντα να ακολουθεί τις προδιαγραφές της κυψέλης. Ένα BMS ή ένας φορτιστής που έχει σχεδιαστεί για τυπική κυψέλη 4,2 V δεν πρέπει να χρησιμοποιείται αυτόματα με χημεία υψηλής τάσης.

Το NMC είναι συχνά μια ισχυρή επιλογή όταν το έργο χρειάζεται περισσότερη ενέργεια σε περιορισμένο χώρο. Ωστόσο, η θερμική διαχείριση, η φόρτιση ρεύματος και ο έλεγχος τάσης απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή.

LFP Pouch Cells

Οι κυψέλες θήκης LFP επιλέγονται συνήθως όταν η διάρκεια ζωής, η θερμική σταθερότητα και η μακροπρόθεσμη αξιοπιστία έχουν μεγαλύτερη σημασία από την επίτευξη του χαμηλότερου δυνατού βάρους συσκευασίας.

Ένα τυπικό κελί LFP έχει:

• Ονομαστική τάση γύρω στα 3,2V

• Μέγιστη τάση φόρτισης περίπου 3,65V

Οι κοινές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• Συστήματα αποθήκευσης ενέργειας

• Συστήματα ηλιακών μπαταριών

• Βιομηχανική εφεδρική ισχύς

• Οχήματα κοινής ωφέλειας

• Συχνά ανακυκλούμενα πακέτα μπαταριών

Σε σύγκριση με το NMC, το LFP γενικά απαιτεί περισσότερες κυψέλες ή μεγαλύτερο όγκο για να φτάσει στον ίδιο ενεργειακό στόχο. Σε αντάλλαγμα, μπορεί να παρέχει μια σταθερή πλατφόρμα τάσης και ισχυρή απόδοση κύκλου όταν η μπαταρία έχει σχεδιαστεί και λειτουργεί σωστά.

Ημι-Στερεά Σακουλάκια

Οι ημι-συμπαγείς κυψέλες θήκης λαμβάνονται υπόψη για έργα που απαιτούν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μειωμένο βάρος μπαταρίας.

Μπορεί να είναι κατάλληλα για:

• Premium ηλεκτρική κινητικότητα

• Μη επανδρωμένα αεροσκάφη μεγάλης αντοχής

• Εξειδικευμένη ρομποτική

• Συστήματα που σχετίζονται με την αεροδιαστημική

• Συμπαγείς μπαταρίες υψηλής ενέργειας

Ο όρος 'ημι-στερεό' καλύπτει διαφορετικά σχέδια κυψελών, επομένως είναι σημαντικό να αξιολογήσετε τις πραγματικές προδιαγραφές αντί να βασίζεστε μόνο στο όνομα της τεχνολογίας.

Η ενεργειακή πυκνότητα, η ικανότητα εκφόρτισης, η διάρκεια του κύκλου, η μέθοδος φόρτισης και η κατάσταση πιστοποίησης μπορεί να διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των μοντέλων.

Κύτταρα θήκης ιόντων νατρίου

Οι κυψέλες θήκης ιόντων νατρίου προσελκύουν το ενδιαφέρον για έργα που εκτιμούν την απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία, τη δυνατότητα ταχύτητας και τη διαθεσιμότητα υλικού.

Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• Κινητικότητα ψυχρού κλίματος

• Βιομηχανικός εξοπλισμός χαμηλής θερμοκρασίας

• Δίτροχα οχήματα

• Εφεδρική ισχύς

• Επιλεγμένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας

Το εύρος τάσης τους διαφέρει από τις συμβατικές κυψέλες ιόντων λιθίου. Ως αποτέλεσμα, μια υπάρχουσα μπαταρία λιθίου BMS ή φορτιστής μπορεί να μην είναι κατάλληλος χωρίς αλλαγές στα όρια τάσης, την εκτίμηση SOC και τη στρατηγική εξισορρόπησης.

Ως εκ τούτου, τα κύτταρα ιόντων νατρίου θα πρέπει να αξιολογούνται ως ένα πλήρες σύστημα αντί να αντιμετωπίζονται ως άμεση υποκατάσταση για NMC ή LFP.

Τι γίνεται με το LTO;

Οι κυψέλες τιτανικού λιθίου μπορούν να υποστηρίξουν υψηλούς ρυθμούς φόρτισης, μεγάλη διάρκεια ζωής και λειτουργία σε χαμηλή θερμοκρασία. Ωστόσο, η χαμηλότερη ονομαστική τους τάση και η χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα συνήθως οδηγούν σε μεγαλύτερη και πιο ακριβή μπαταρία.

Το LTO μπορεί να είναι κατάλληλο για εξειδικευμένες εφαρμογές γρήγορης φόρτισης ή υψηλού κύκλου, αλλά σπάνια είναι η πρώτη επιλογή για έργα που επικεντρώνονται σε συμπαγές μέγεθος ή χαμηλό κόστος.

Σύγκριση χημείας κυττάρων θήκης

Χημεία κυττάρων	Κύριο πλεονέκτημα	Κύριος περιορισμός	Τυπικές εφαρμογές
NMC	Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μικρότερο βάρος	Απαιτεί προσεκτική διαχείριση θερμότητας και τάσης	EV, ρομποτική, UAV και φορητά συστήματα
LFP	Μεγάλη διάρκεια ζωής και ισχυρή θερμική σταθερότητα	Χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από το NMC	ESS, βιομηχανικός εξοπλισμός και οχήματα κοινής ωφέλειας
Ημι-στερεό	Δυναμικό υψηλής ενέργειας για έργα υψηλής ποιότητας	Η διαθεσιμότητα του μοντέλου και το κόστος ποικίλλουν	Ελαφρύ και περιορισμένο χώρο συστήματα
Ιόν νατρίου	Δυνατότητα χαμηλής θερμοκρασίας και υψηλών ρυθμών	Χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και λιγότερο ώριμη εφοδιαστική αλυσίδα	Κινητικότητα σε ψυχρό κλίμα και επιλεγμένη αποθήκευση
LTO	Γρήγορη φόρτιση και μεγάλη διάρκεια ζωής	Χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και υψηλότερο κόστος συστήματος	Εφαρμογές υψηλού κύκλου και ταχείας φόρτισης

Δεν υπάρχει παγκοσμίως καλύτερη χημεία κυττάρων σακούλας. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από το ποια απαίτηση δεν μπορεί να παραβιαστεί.

2. Προσδιορίστε τη διαμόρφωση τάσης και σειράς

Μόλις επιλεγεί η χημεία, το επόμενο βήμα είναι να καθοριστεί πόσα κελιά πρέπει να συνδεθούν σε σειρά.

Οι κυψέλες που συνδέονται σε σειρά αυξάνουν την τάση. Η χωρητικότητα σε αμπέρ-ώρες παραμένει περίπου η ίδια.

Η βασική σχέση είναι:

Pack nominal voltage = Ονομαστική τάση κυψέλης × Αριθμός κυψελών σε σειρά

Μια ονομαστική μπαταρία NMC κατηγορίας 24 V μπορεί να χρησιμοποιεί επτά κυψέλες σε σειρά:

3,7V × 7 = 25,9V

Συνήθως περιγράφεται ως μπαταρία 7S.

Ωστόσο, η ονομαστική τάση από μόνη της δεν αρκεί. Πρέπει επίσης να ελεγχθούν οι ακόλουθες τιμές:

• Μέγιστη τάση φόρτισης πακέτου

• Ελάχιστη τάση λειτουργίας πακέτου

• Εύρος τάσης εισόδου εξοπλισμού

• Τάση εξόδου φορτιστή

• Όριο υπερφόρτισης BMS

• Όριο υπερεκφόρτισης BMS

Για ένα τυπικό πακέτο 7S NMC που χρησιμοποιεί κυψέλες φορτισμένες στα 4,2V:

Μέγιστη τάση πακέτου = 4,2V × 7 = 29,4V

Ο εξοπλισμός, ο φορτιστής και το BMS πρέπει να είναι όλα συμβατά με αυτήν την ανώτερη τάση.

Η ίδια περιγραφή προϊόντος '24V' μπορεί να αναφέρεται σε διαφορετικά συστήματα μπαταριών. Μια αντικατάσταση μολύβδου-οξέος 24 V, μια μπαταρία 7S NMC και μια μπαταρία 8S LFP δεν έχουν ίδιες καμπύλες τάσης.

Για το λόγο αυτό, η επιλογή της μέτρησης σειράς θα πρέπει να βασίζεται στο πλήρες παράθυρο τάσης λειτουργίας της συσκευής, όχι μόνο στη διαφημιζόμενη τάση της.

3. Υπολογίστε τη χωρητικότητα από την ενέργεια και το χρόνο εκτέλεσης

Η χωρητικότητα δηλώνεται συνήθως σε αμπέρ-ώρες, αλλά η επιλογή της μπαταρίας θα πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τις βατώρες.

Η βασική σχέση είναι:

Ενέργεια σε Wh = Ονομαστική τάση × Χωρητικότητα σε Ah

Για παράδειγμα:

48V × 100Ah = 4.800Wh

Αυτό δίνει μια καλύτερη ένδειξη της αποθηκευμένης ενέργειας από την τιμή Ah μόνο.

Μια μπαταρία 12V 100Ah και μια μπαταρία 48V 100Ah έχουν την ίδια βαθμολογία αμπέρ-ωρών, αλλά η μπαταρία 48V αποθηκεύει περίπου τετραπλάσια ενέργεια.

Λογαριασμός χρησιμοποιήσιμης ενέργειας

Η θεωρητική ενέργεια στην ετικέτα δεν είναι πάντα η διαθέσιμη ενέργεια στον εξοπλισμό.

Η χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα μπορεί να επηρεαστεί από:

• Όρια τάσης BMS

• Επιλεγμένο παράθυρο λειτουργίας SOC

• Ποσοστό εκφόρτισης

• Θερμοκρασία περιβάλλοντος

• Πτώση τάσης υπό φορτίο

• Απόδοση μετατροπέα

• Γήρανση των κυττάρων

• Απαιτούμενη εφεδρική χωρητικότητα

Επομένως, ένα έργο που χρειάζεται 4 kWh χρησιμοποιήσιμης ενέργειας μπορεί να απαιτεί περισσότερες από 4 kWh ονομαστικής ενέργειας κυψέλης.

Η σωστή ρεζέρβα εξαρτάται από την εφαρμογή. Ένα σταθερό σύστημα με προβλέψιμα φορτία μπορεί να αξιολογηθεί διαφορετικά από ένα όχημα που πρέπει να λειτουργεί ακόμα μετά από αρκετά χρόνια απώλειας χωρητικότητας.

Μεγάλα κύτταρα ή πολλαπλά παράλληλα κελιά;

Οι κυψέλες που συνδέονται παράλληλα αυξάνουν τη χωρητικότητα και την ικανότητα ρεύματος ενώ διατηρούν την τάση περίπου την ίδια.

Μια διαμόρφωση 2P χρησιμοποιεί δύο κελιά παράλληλα. Μια διαμόρφωση 3P χρησιμοποιεί τρία.

Όπου είναι δυνατόν, μια μεμονωμένη κυψέλη μεγαλύτερης χωρητικότητας μπορεί να μειώσει:

• Αριθμός συγκολλήσεων

• Αριθμός συνδέσεων διαύλου

• Μέρη μόνωσης

• Χρόνος συναρμολόγησης

• Πιθανές αποτυχίες σύνδεσης

Ωστόσο, πολλά μικρότερα κελιά μπορεί να προσφέρουν καλύτερη ευελιξία όταν ο διαθέσιμος χώρος είναι ακανόνιστος ή όταν απαιτείται συγκεκριμένη κατανομή ρεύματος.

Η καλύτερη διαμόρφωση εξαρτάται από τις διαστάσεις της κυψέλης, τη δομή της μονάδας, τη διανομή θερμότητας και τη μέθοδο παραγωγής. Λιγότερες κυψέλες δεν εγγυώνται αυτόματα καλύτερη μπαταρία.

4. Αντιστοιχίστε το C-Rate με το συνεχές και το μέγιστο ρεύμα

Ο ρυθμός εκφόρτισης ενός κυττάρου εκφράζεται κανονικά ως ρυθμός C.

Για κυψέλη 50 Ah:

• 1C ισούται με 50Α

• 2C ισούται με 100Α

• 3C ισούται με 150Α

Αυτός ο υπολογισμός είναι απλός, αλλά η επιλογή μιας κυψέλης υψηλής ταχύτητας απαιτεί περισσότερα από τον έλεγχο του μέγιστου ρεύματος που εμφανίζεται σε έναν πίνακα προδιαγραφών.

Ρεύμα συνεχούς εκφόρτισης

Συνεχές ρεύμα είναι το μέγιστο ρεύμα που πρέπει να παρέχει η μπαταρία κατά την κανονική λειτουργία για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Επηρεάζει:

• Θερμοκρασία κυττάρων

• Πτώση τάσης

• Χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα

• Επιλογή σύνδεσης

• Πάχος ζυγού

• Μέγεθος καλωδίου

• Τρέχουσα βαθμολογία BMS

• Απαιτήσεις ψύξης

Μια κυψέλη με ονομαστική τιμή για ένα συγκεκριμένο ρεύμα υπό εργαστηριακές συνθήκες μπορεί να είναι πιο ζεστή μέσα σε μια ερμητικά κλεισμένη μονάδα. Οι πλάκες συμπίεσης, τα μονωτικά υλικά και οι γειτονικές κυψέλες μπορούν όλα να επηρεάσουν τη διάχυση θερμότητας.

Ρεύμα αιχμής εκφόρτισης

Το ρεύμα αιχμής εμφανίζεται κατά τη διάρκεια σύντομων συμβάντων υψηλής ισχύος όπως:

• Εκκίνηση κινητήρα

• Επιτάχυνση

• Ενεργοποίηση υδραυλικής αντλίας

• Απογείωση UAV

• Κρούση εργαλείου

• Φορτία έκτακτης ανάγκης μικρής διάρκειας

Μια προδιαγραφή ρεύματος αιχμής είναι ελλιπής εκτός εάν είναι επίσης γνωστή η διάρκεια.

Μια κυψέλη ικανή να παρέχει 300A για δύο δευτερόλεπτα μπορεί να μην υποστηρίζει το ίδιο ρεύμα για 30 δευτερόλεπτα. Επομένως, το ρεύμα αιχμής πρέπει να καθοριστεί μαζί με τη διάρκεια και τη συχνότητα επανάληψης του.

Μην σχεδιάζετε στο απόλυτο όριο

Μια μπαταρία δεν πρέπει να λειτουργεί συνεχώς στο μέγιστο διαφημιζόμενο ρεύμα κυψέλης χωρίς θερμική επαλήθευση.

Συνήθως συνιστάται ένα περιθώριο προκαταρκτικής μελέτης, αλλά δεν υπάρχει καθολικό ποσοστό κατάλληλο για κάθε έργο. Το απαιτούμενο περιθώριο εξαρτάται από:

• Θερμοκρασία περιβάλλοντος

• Συνθήκες ψύξης

• Περίβλημα συσκευασίας

• Γήρανση των κυττάρων

• Τρέχων κύκλος εργασίας

• Αποδεκτή αύξηση της θερμοκρασίας

• Απαιτούμενη διάρκεια ζωής

Για απαιτητικές εφαρμογές, οι δοκιμές πρωτοτύπων θα πρέπει να περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία κυψέλης, τη θερμοκρασία της γλωττίδας, την πτώση τάσης και την εσωτερική αντίσταση DC κάτω από το πραγματικό προφίλ φορτίου.

5. Ελέγξτε τις διαστάσεις κελιών, τις καρτέλες και το χώρο συσκευασίας

Οι κυψέλες θήκης είναι ελκυστικές επειδή μπορούν να παρέχουν υψηλή απόδοση συσκευασίας και ευέλικτες διαστάσεις.

Η μορφή τους συνήθως περιγράφεται ως:

Πάχος × Πλάτος × Μήκος

Ωστόσο, οι αναφερόμενες διαστάσεις κυψέλης αποτελούν μόνο ένα μέρος του μηχανικού σχεδιασμού.

Ένας σχεδιαστής πακέτων πρέπει επίσης να αφήνει χώρο για:

• Καρτέλες κυττάρων

• Λεωφορεία

• Μονωτικά φύλλα

• Πλάκες συμπίεσης

• Υλικά αντικραδασμικής προστασίας

• Θερμικές διεπαφές

• BMS

• Καλωδίωση

• Συνδέσεις

• Ασφάλειες

• Ανοχές συναρμολόγησης

Επίδομα διόγκωσης

Τα κύτταρα θήκης μπορούν να αλλάξουν πάχος κατά τη φόρτιση, την ανακύκλωση και τη γήρανση.

Το απαιτούμενο όριο θα πρέπει να βασίζεται στα δεδομένα του προμηθευτή κυψελών, στο αναμενόμενο εύρος SOC, στο στόχο κύκλου ζωής και στη στρατηγική συμπίεσης. Ένα σταθερό ποσοστό δεν πρέπει να εφαρμόζεται τυφλά σε όλα τα μοντέλα κυψελών.

Αφήνοντας πολύ λίγο χώρο μπορεί να δημιουργήσει υπερβολική μηχανική καταπόνηση. Αν αφήσετε τα κύτταρα εντελώς αστήρικτα μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ανομοιόμορφη διόγκωση, κακή επαφή και μειωμένη σταθερότητα της μονάδας.

Μια κατάλληλη μηχανική δομή θα πρέπει να ελέγχει τη διαστολή, αποφεύγοντας την καταστροφική πίεση στο σώμα της κυψέλης ή στην περιοχή στεγανοποίησης.

Θέση καρτέλας και υλικό

Οι καρτέλες κυψελών θήκης μπορεί να βρίσκονται:

• Στην ίδια πλευρά

• Σε αντίθετες πλευρές

• Σε διαφορετικές μετατοπίσεις

• Σε προσαρμοσμένους προσανατολισμούς

Η διάταξη της καρτέλας επηρεάζει τη διάταξη της μονάδας, το σχεδιασμό της ράβδου διαύλου και τη διαδικασία συναρμολόγησης.

Ο σχεδιαστής πρέπει να επαληθεύσει:

• Θετικές και αρνητικές θέσεις καρτελών

• Πλάτος και πάχος καρτέλας

• Υλικό καρτελών

• Μέθοδος συγκόλλησης

• Απαιτούμενο ρεύμα

• Περιορισμοί κάμψης

• Διάκενο από την άκρη στεγανοποίησης

Ένα τεχνικά κατάλληλο κελί μπορεί να είναι ακόμα δύσκολο στη χρήση εάν η διάταξη της καρτέλας του έρχεται σε διένεξη με τη θέση του περιβλήματος ή του BMS.

6. Αξιολογήστε τη διάρκεια ζωής του κύκλου υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας

Η διάρκεια ζωής του κύκλου ορίζεται συχνά ως ο αριθμός των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης που ολοκληρώθηκαν πριν η χωρητικότητα πέσει σε ένα καθορισμένο επίπεδο, συνήθως στο 80% της αρχικής χωρητικότητας.

Ωστόσο, ένας αριθμός κύκλου ζωής έχει νόημα μόνο όταν είναι γνωστές οι συνθήκες δοκιμής.

Σημαντικές προϋποθέσεις περιλαμβάνουν:

• Ποσοστό χρέωσης

• Ποσοστό εκφόρτισης

• Βάθος εκκένωσης

• Ανώτερη τάση φόρτισης

• Χαμηλότερη τάση εκφόρτισης

• Θερμοκρασία δοκιμής

• Χρόνος ανάπαυσης

• Συμπίεση κυττάρων

• Όριο χωρητικότητας στο τέλος του κύκλου ζωής

Δύο κύτταρα που διαφημίζονται και τα δύο με 2.000 κύκλους μπορεί να έχουν δοκιμαστεί κάτω από πολύ διαφορετικές συνθήκες.

Η κυκλική ζωή δεν είναι ημερολογιακή ζωή

Ο κύκλος ζωής μετρά τη γήρανση που προκαλείται από επαναλαμβανόμενη φόρτιση και αποφόρτιση.

Η ημερολογιακή διάρκεια μετρά την υποβάθμιση με την πάροδο του χρόνου, συμπεριλαμβανομένων των περιόδων κατά τις οποίες η μπαταρία δεν λειτουργεί.

Μια μπαταρία που αποθηκεύεται για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε υψηλή SOC και υψηλή θερμοκρασία μπορεί να χάσει τη χωρητικότητά της ακόμα και όταν ολοκληρώσει πολύ λίγους κύκλους.

Για προϊόντα που αναμένεται να παραμείνουν σε χρήση για πέντε έως δέκα χρόνια, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη τόσο η διάρκεια ζωής του κύκλου όσο και η ημερολογιακή γήρανση.

Η χημεία είναι μόνο μέρος της απάντησης

Τα κύτταρα LFP συχνά παρέχουν ισχυρή απόδοση κύκλου, ενώ τα κύτταρα NMC επιλέγονται συχνά για υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα. Αλλά η τελική διάρκεια ζωής επηρεάζεται επίσης από τη σχεδίαση του πακέτου και τη στρατηγική λειτουργίας.

Τα ακόλουθα μέτρα μπορούν να βελτιώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας:

• Αποφυγή άσκοπης υψηλής τάσης φόρτισης

• Μείωση της συνεχούς λειτουργίας υψηλού ρεύματος

• Έλεγχος της θερμοκρασίας των κυττάρων

• Περιορισμός ακραίου βάθους εκκένωσης

• Διατήρηση της κυτταρικής συνοχής

• Χρησιμοποιώντας κατάλληλη συμπίεση

• Ρύθμιση ακριβών ορίων BMS

Η επιλογή μιας κυψέλης μεγάλης διάρκειας δεν μπορεί να αντισταθμίσει έναν ακατάλληλο θερμικό ή μηχανικό σχεδιασμό.

7. Επιβεβαιώστε την απόδοση σε χαμηλή και υψηλή θερμοκρασία

Η θερμοκρασία επηρεάζει τη διαθέσιμη χωρητικότητα, την ικανότητα ισχύος, τη συμπεριφορά φόρτισης και τη γήρανση.

Για εφαρμογές σε ψυχρό κλίμα, ελέγξτε:

• Ικανότητα εκφόρτισης στην απαιτούμενη θερμοκρασία

• Πτώση τάσης υπό φορτίο

• Μέγιστο ρεύμα φόρτισης σε χαμηλή θερμοκρασία

• Εάν επιτρέπεται η φόρτιση κάτω από 0°C

• Εάν απαιτείται θέρμανση κυψέλης

• Ρυθμίσεις προστασίας θερμοκρασίας BMS

Ένα στοιχείο που μπορεί να εκφορτιστεί στους -20°C μπορεί να εξακολουθεί να έχει αυστηρούς περιορισμούς φόρτισης σε χαμηλή θερμοκρασία.

Για εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες, ελέγξτε:

• Μείωση συνεχούς ρεύματος

• Θερμοκρασία κυτταρικής επιφάνειας

• Εσωτερική συσσώρευση θερμότητας

• Εξαερισμός περιβλήματος

• Μέθοδος ψύξης

• Θερμοκρασία αποθήκευσης

• Αναμενόμενη ημερολογιακή γήρανση

Η θερμοκρασία λειτουργίας που αναγράφεται σε ένα φύλλο δεδομένων δεν θα πρέπει να ερμηνεύεται ως εγγύηση ότι η κυψέλη μπορεί να παρέχει πλήρη ισχύ σε όλο αυτό το εύρος.

8. Μην αγνοείτε την αντιστοίχιση κελιών

Ακόμη και όταν κάθε στοιχείο προέρχεται από το ίδιο μοντέλο, μπορεί να υπάρχουν διαφορές στη χωρητικότητα, την τάση, την αντίσταση και τη συμπεριφορά αυτοεκφόρτισης.

Αυτές οι διαφορές γίνονται πιο σημαντικές όταν πολλά κελιά συνδέονται σε σειρά.

Ένα αδύναμο ή ασυνεπές στοιχείο μπορεί να φτάσει το όριο φόρτισης ή εκφόρτισης πριν από το υπόλοιπο πακέτο. Αυτό μπορεί να μειώσει τη χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα και να προκαλέσει τη διακοπή της λειτουργίας του BMS νωρίτερα από το αναμενόμενο.

Ανάλογα με το έργο, η αντιστοίχιση κυψελών θήκης μπορεί να περιλαμβάνει:

• Κατάταξη χωρητικότητας

• Σύγκριση τάσης ανοιχτού κυκλώματος

• Δοκιμή εσωτερικής αντίστασης AC

• Αξιολόγηση εσωτερικής αντίστασης DC

• Έλεγχος τιμής Κ

• Έλεγχος πάχους και διαστάσεων

• Έλεγχος εμφάνισης και σφράγισης

• Ιχνηλασιμότητα παρτίδων

Για μονάδες υψηλής χωρητικότητας, η συνοχή της κυψέλης δεν είναι μόνο ζήτημα ποιοτικού ελέγχου. Επηρεάζει άμεσα την ισορροπία της συσκευασίας, την κατανομή της θερμοκρασίας, τη χρησιμοποιήσιμη ενέργεια και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία.

Το Misen μπορεί να υποστηρίξει τη δοκιμή και την αντιστοίχιση κυψελών θήκης σύμφωνα με τις απαιτήσεις του επιλεγμένου μοντέλου και έργου.

9. Αντιστοιχίστε το BMS με το Κύτταρο και την Εφαρμογή

Το BMS πρέπει να επιλεγεί αφού επιβεβαιωθούν η χημεία των κυττάρων, ο αριθμός σειρών και οι τρέχουσες απαιτήσεις.

Σημαντικές παράμετροι BMS περιλαμβάνουν:

• Αριθμός κελιών σε σειρά

• Υπερφόρτιση τάσης

• Τάση υπερεκφόρτισης

• Συνεχές ρεύμα

• Ρεύμα αιχμής

• Καθυστέρηση υπερέντασης

• Προστασία από βραχυκύκλωμα

• Ρεύμα εξισορρόπησης

• Αισθητήρες θερμοκρασίας

• Πρωτόκολλο επικοινωνίας

• Αρχιτεκτονική φόρτισης και εκφόρτισης

Ένα BMS που έχει σχεδιαστεί για LFP δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται αυτόματα με κύτταρα NMC ή ιόντων νατρίου. Τα όρια τάσης και ο υπολογισμός του SOC μπορεί να είναι ακατάλληλα.

Το BMS πρέπει επίσης να συντονιστεί με το φορτιστή και τον εξοπλισμό. Θα πρέπει να προστατεύει την μπαταρία χωρίς να διακόπτει τα κανονικά ρεύματα εκκίνησης ή να δημιουργεί συγκρούσεις με εξωτερικά συστήματα προστασίας.

10. Εξετάστε την πλήρη δομή της ενότητας

Μια προσαρμοσμένη μπαταρία θήκης είναι ένα μηχανικό, ηλεκτρικό και θερμικό σύστημα.

Ο τελικός σχεδιασμός μπορεί να χρειαστεί να περιλαμβάνει:

• Δομή συμπίεσης κυττάρων

• Τελικές πλάκες

• Μονωτικά εμπόδια

• Υποδοχές κυττάρων

• Λεωφορεία

• Ασφάλειες

• Αισθητήρες θερμοκρασίας

• Υλικά θερμικής διεπαφής

• Κανάλια ψύξης

• BMS

• Κύριος σύνδεσμος

• Υποδοχή σέρβις

• Περίβλημα συσκευασίας

• Στρατηγική εξαερισμού ή εκτόνωσης πίεσης

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η επιλογή ενός κελιού θήκης μόνο από εικόνα καταλόγου ή τιμή χωρητικότητας μπορεί να είναι επικίνδυνη.

Το κελί και η μονάδα θα πρέπει να αξιολογούνται μαζί.

Λίστα ελέγχου επιλογής κυψέλης θήκης

Συντελεστής επιλογής	Ερωτήσεις για επιβεβαίωση
Εφαρμογή	Τι εξοπλισμό θα τροφοδοτεί η μπαταρία;
Χημεία	Είναι η ενεργειακή πυκνότητα, η διάρκεια ζωής του κύκλου, η ικανότητα ρυθμού ή η απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία η προτεραιότητα;
Δυναμικό	Ποιες είναι οι ονομαστικές, οι μέγιστες και οι ελάχιστες τάσεις του συστήματος;
Ικανότητα	Πόση ονομαστική και χρησιμοποιήσιμη ενέργεια απαιτείται;
Ρεύμα	Ποια είναι τα συνεχή και αιχμή ρεύματα και πόσο διαρκεί η κορυφή;
Διαστάσεις	Ποιο είναι το μέγιστο μέγεθος συσκευασίας αφού επιτραπεί το BMS, η καλωδίωση, η μόνωση και η συμπίεση;
Βάρος	Είναι το έργο ευαίσθητο στο βάρος;
Θερμοκρασία	Ποιες είναι οι θερμοκρασίες φόρτισης, εκφόρτισης και αποθήκευσης;
Κύκλος ζωής	Ποιες συνθήκες δοκιμής και χωρητικότητα στο τέλος του κύκλου ζωής απαιτούνται;
Ταίριασμα κυττάρων	Ποια όρια απαιτούνται για τη χωρητικότητα, το OCV, την αντίσταση και την τιμή K;
BMS	Ποιες λειτουργίες προστασίας, εξισορρόπησης και επικοινωνίας χρειάζονται;
Ποσότητα	Είναι το έργο σε δειγματοληψία, πιλοτική παραγωγή ή μαζική παραγωγή;

Συνήθη λάθη επιλογής κυττάρων σακούλας

Πολλά λάθη εμφανίζονται επανειλημμένα κατά τη διάρκεια προσαρμοσμένων έργων μπαταρίας.

Επιλογή ανά χωρητικότητα μόνο

Δύο κυψέλες με την ίδια βαθμολογία Ah μπορεί να έχουν πολύ διαφορετική τάση, αντίσταση, μέγεθος, βάρος και ικανότητα εκφόρτισης.

Παράβλεψη Μέγιστης Τρέχουσας Διάρκειας

Το ρεύμα αιχμής χωρίς διάρκεια δεν αρκεί για την αξιολόγηση της κυψέλης, του BMS ή της γραμμής διαύλου.

Χρήση του περιβλήματος συσκευασίας ως δομή συμπίεσης κυψέλης

Ένα περίβλημα μπορεί να μην ασκεί καν πίεση στην επιφάνεια του κυττάρου. Ενδέχεται να απαιτείται ακόμα μια ειδική δομή μονάδας.

Δεν αφήνουμε χώρο για επέκταση

Ένα στοιχείο θήκης δεν πρέπει να τοποθετείται σε άκαμπτη κοιλότητα με βάση μόνο το πάχος του νέου στοιχείου.

Επαναχρησιμοποίηση ενός υπάρχοντος BMS χωρίς έλεγχο των ορίων τάσης

Αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο όταν αλλάζετε μεταξύ NMC, LFP, κυψελών ιόντων λιθίου ή νατρίου υψηλής τάσης.

Ανάμειξη κυττάρων χωρίς αντιστοίχιση

Κυψέλες από διαφορετικές παρτίδες ή με μεγάλες διαφορές χωρητικότητας και αντίστασης μπορούν να μειώσουν την απόδοση της μπαταρίας.

Βασίζεται μόνο στο μέγιστο ρεύμα φύλλου δεδομένων

Το πλήρες πακέτο πρέπει να ελεγχθεί κάτω από το πραγματικό προφίλ φορτίου και το θερμικό περιβάλλον.

Από την επιλογή κελιών στην ενσωμάτωση πακέτων

Η καλύτερη κυψέλη θήκης δεν είναι απαραίτητα η κυψέλη με την υψηλότερη χωρητικότητα, ενεργειακή πυκνότητα ή ρυθμό εκφόρτισης.

Είναι το στοιχείο που ταιριάζει στο πλήρες σύστημα μπαταρίας.

Μια επιτυχημένη επιλογή πρέπει να ισορροπεί:

• Συμβατότητα τάσης

• Απαιτούμενη ενέργεια

• Συνεχής και μέγιστη ισχύς

• Διαθέσιμος χώρος

• Βάρος μπαταρίας

• Στόχος κύκλος ζωής

• Συνθήκες θερμοκρασίας

• Μηχανική δομή

• Κυτταρική συνοχή

• Απαιτήσεις BMS

• Σταθερότητα παραγωγής και προσφοράς

Η Misen υποστηρίζει τους πελάτες από την αρχική επιλογή κυψελών θήκης μέσω δοκιμών, αντιστοίχισης, συμπίεσης μονάδων, αξιολόγησης BMS και ενσωμάτωσης πακέτου μπαταριών.

Οι διαθέσιμες επιλογές περιλαμβάνουν κυψέλες NMC, LFP, ημι-στερεές και θήκες ιόντων νατρίου για ηλεκτρική κινητικότητα, αποθήκευση ενέργειας, UAV, ρομποτική και βιομηχανικά έργα μπαταριών.

Χρειάζεστε βοήθεια για την επιλογή ενός κελιού θήκης;

Για να αξιολογήσετε ένα έργο, στείλτε τις ακόλουθες πληροφορίες:

• Εφαρμογή

• Απαιτούμενη τάση πακέτου

• Απαιτούμενη χωρητικότητα

• Συνεχές ρεύμα εκφόρτισης

• Ρεύμα αιχμής και διάρκεια

• Μέγιστες διαστάσεις μπαταρίας

• Θερμοκρασία λειτουργίας

• Στόχος κύκλος ζωής

• Προτιμώμενη χημεία

• Εκτιμώμενη ποσότητα

Με βάση αυτές τις απαιτήσεις, η Misen μπορεί να συγκρίνει κατάλληλα μοντέλα κυψελών θήκης και να συζητήσει τη διαμόρφωση παράλληλης σειράς, την αντιστοίχιση κυψελών, τη δομή συμπίεσης, το BMS και το σχέδιο πρωτοτύπου.