Πώς να επιλέξετε κύτταρα θήκης ιόντων νατρίου και να σχεδιάσετε ένα αξιόπιστο πακέτο μπαταριών

Οι μπαταρίες ιόντων νατρίου προσελκύουν αυξανόμενο ενδιαφέρον για την αποθήκευση ενέργειας, τα ηλεκτρικά δίτροχα, τον βιομηχανικό εξοπλισμό και τις εφαρμογές ελαφριάς κινητικότητας. Η προσφυγή τους δεν βασίζεται σε ένα μόνο πλεονέκτημα. Ανάλογα με τη χημεία των κυττάρων, η τεχνολογία ιόντων νατρίου μπορεί να προσφέρει καλή απόδοση εκφόρτισης σε χαμηλή θερμοκρασία, ισχυρή ικανότητα ισχύος, βελτιωμένη διαθεσιμότητα πρώτων υλών και δυνητικά πιο σταθερή δομή κόστους.

Ταυτόχρονα, η συσκευασία θήκης δίνει στους σχεδιαστές μπαταριών μεγαλύτερη ελευθερία ως προς τις διαστάσεις των κυψελών, το πάχος της συσκευασίας και τη θερμική διάταξη. Μια κυψέλη θήκης ιόντων νατρίου μπορεί επομένως να είναι μια ελκυστική επιλογή για έργα που χρειάζονται μια ελαφριά, προσαρμόσιμη μορφή μπαταρίας αντί για μια τυπική κυλινδρική ή πρισματική κυψέλη.

Ωστόσο, η επιλογή μιας κυψέλης θήκης ιόντων νατρίου δεν είναι απλώς θέμα αντικατάστασης ενός υπάρχοντος στοιχείου LiFePO4 με ένα μοντέλο ιόντων νατρίου παρόμοιας χωρητικότητας. Η καμπύλη τάσης, το εύρος της χρησιμοποιήσιμης τάσης, η ενεργειακή πυκνότητα, τα όρια φόρτισης, οι ρυθμίσεις BMS και η μηχανική δομή μπορεί να διαφέρουν.

Αυτός ο οδηγός εξηγεί τους κύριους παράγοντες που πρέπει να αξιολογηθούν πριν ξεκινήσετε ένα έργο πακέτου μπαταριών θήκης ιόντων νατρίου.

Γιατί τα κύτταρα θήκης ιόντων νατρίου λαμβάνουν περισσότερη προσοχή

Η τεχνολογία ιόντων νατρίου συζητείται συχνά ως εναλλακτική λύση στις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αλλά σε πρακτικά έργα είναι πιο ακριβές να τη δούμε ως μια άλλη χημεία μπαταριών με τα δικά της πλεονεκτήματα και περιορισμούς.

Μπορεί να είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον για εφαρμογές που δίνουν προτεραιότητα:

• Λειτουργία σε ψυχρά περιβάλλοντα

• Υψηλή ισχύς εξόδου

• Δυνατότητα γρήγορης φόρτισης

• Διαθεσιμότητα υλικού και μακροπρόθεσμος έλεγχος κόστους

• Βελτιωμένη ασφάλεια μεταφοράς και αποθήκευσης

• Προσαρμοσμένες διαστάσεις κελιών

• Εφαρμογές σταθερής ή φωτοκινητικότητας όπου η μέγιστη ενεργειακή πυκνότητα δεν είναι η μόνη προτεραιότητα

Τα κελιά θήκης προσθέτουν άλλο ένα στρώμα ευελιξίας. Επειδή η κυψέλη περικλείεται σε μια μεμβράνη με ελασματοποίηση αλουμινίου αντί για ένα άκαμπτο μεταλλικό κουτί ή κουτί αλουμινίου, μπορεί να παραχθεί σε ένα ευρύτερο φάσμα πάχους, πλάτους και μηκών.

Αυτό καθιστά τα κύτταρα θήκης ιόντων νατρίου σχετικά με προσαρμοσμένες μπαταρίες όπου ο διαθέσιμος χώρος είναι ακανόνιστος ή όπου η κατανομή βάρους και η απαγωγή θερμότητας πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά.

1. Κατανοήστε πρώτα τη χημεία των κυττάρων ιόντων νατρίου

Δεν χρησιμοποιούν όλα τα κύτταρα ιόντων νατρίου τα ίδια υλικά καθόδου και ανόδου. Η πλατφόρμα τάσης, η διάρκεια ζωής του κύκλου, η απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία και η ενεργειακή πυκνότητα μπορεί να διαφέρουν σημαντικά.

Τα κοινά συστήματα καθόδου ιόντων νατρίου περιλαμβάνουν:

• Πολυεπίπεδα υλικά οξειδίου

• Πρωσικά μπλε ή πρωσικά λευκά υλικά

• Πολυιονικά υλικά

Συχνά λαμβάνονται υπόψη οι κυψέλες οξειδίου με στρώματα όταν το έργο απαιτεί σχετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και ισχυρή απόδοση ισχύος.

Τα συστήματα μπλε και πρωσικού λευκού μπορεί να προσφέρουν πλεονεκτήματα ως προς το κόστος, την ικανότητα ταχύτητας και τη λειτουργία σε χαμηλή θερμοκρασία, αν και η απόδοσή τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα του υλικού και τον έλεγχο της κατασκευής.

Τα πολυιονικά συστήματα μπορούν να επιλεγούν για έργα που δίνουν μεγαλύτερη έμφαση στη δομική σταθερότητα, την ασφάλεια και τη μεγάλη διάρκεια ζωής του κύκλου.

Για το λόγο αυτό, οι αγοραστές δεν θα πρέπει να αξιολογούν ένα στοιχείο θήκης ιόντων νατρίου μόνο με βάση την ονομαστική χωρητικότητα. Το σύστημα υλικού και τα πλήρη δεδομένα δοκιμών θα πρέπει επίσης να επανεξεταστούν.

2. Ελέγξτε την πλατφόρμα τάσης και το παράθυρο λειτουργίας

Ένα από τα πρώτα ερωτήματα σε ένα έργο μπαταρίας ιόντων νατρίου είναι εάν η τάση του συστήματος είναι συμβατή με τον προβλεπόμενο εξοπλισμό.

Πολλά κύτταρα ιόντων νατρίου έχουν ονομαστική τάση περίπου 3,0 V έως 3,2 V, αλλά η πραγματική τιμή εξαρτάται από τη χημεία και τον κατασκευαστή.

Το εύρος της τάσης εργασίας μπορεί επίσης να είναι ευρύτερο από αυτό του LiFePO4. Ορισμένες κυψέλες ιόντων νατρίου μπορεί να λειτουργούν από περίπου 1,5 V ή 2,0 V στο κάτω άκρο έως περίπου 4,0 V ή 4,1 V με πλήρη φόρτιση.

Αυτές οι τιμές δεν πρέπει να αντιμετωπίζονται ως καθολικές ρυθμίσεις. Η σωστή τάση διακοπής φόρτισης, η τάση διακοπής εκφόρτισης και το συνιστώμενο παράθυρο λειτουργίας πρέπει πάντα να προέρχονται από τις προδιαγραφές της κυψέλης.

Ένα μεγάλο εύρος τάσης επηρεάζει πολλούς τομείς του σχεδιασμού της μπαταρίας:

• Ο αριθμός των κελιών που συνδέονται σε σειρά

• Μέγιστη και ελάχιστη τάση μπαταρίας

• Τάση εξόδου φορτιστή

• Εύρος παρακολούθησης τάσης BMS

• Συμβατότητα μετατροπέα ή κινητήρα-ελεγκτή

• Εκτίμηση SOC

• Ρυθμίσεις προστασίας χαμηλής τάσης

Για παράδειγμα, η αντικατάσταση μιας συσκευασίας 16S LiFePO4 με μια συσκευασία ιόντων νατρίου 16S ενδέχεται να μην παράγει την ίδια ονομαστική, πλήρως φορτισμένη ή πλήρως αποφορτισμένη τάση πακέτου. Η σωστή διαμόρφωση σειράς θα πρέπει επομένως να υπολογιστεί από το αποδεκτό εύρος εισόδου του εξοπλισμού αντί να αντιγραφεί από μια υπάρχουσα σχεδίαση μπαταρίας λιθίου.

3. Αξιολογήστε ρεαλιστικά τη χωρητικότητα και την ενεργειακή πυκνότητα

Τα τρέχοντα κύτταρα ιόντων νατρίου έχουν γενικά χαμηλότερη βαρυμετρική ενεργειακή πυκνότητα από τα κύτταρα ιόντων λιθίου NMC υψηλής ενέργειας. Μπορεί επίσης να παραμείνουν κάτω από τις ώριμες λύσεις LiFePO4 σε ορισμένες εμπορικές μορφές.

Ένα πρακτικό εύρος ενεργειακής πυκνότητας για κυψέλες θήκης ιόντων νατρίου μπορεί να πέσει περίπου από 100 έως 160 Wh/kg, ανάλογα με τη χημεία, το σχεδιασμό των κυττάρων και το στάδιο παραγωγής.

Τα συστήματα οξειδίων με στρώσεις υψηλότερης ενέργειας μπορούν να ληφθούν υπόψη για ελαφρά ηλεκτρικά οχήματα ή άλλες εφαρμογές όπου το βάρος και ο όγκος του πακέτου είναι σημαντικά.

Για σταθερή αποθήκευση, εφεδρική ισχύ ή εξοπλισμό χαμηλής ταχύτητας, η ενεργειακή πυκνότητα μπορεί να είναι λιγότερο κρίσιμη από τη διάρκεια ζωής του κύκλου, την απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία, την ασφάλεια και το κόστος.

Όταν συγκρίνετε κελιά, μην βασίζεστε μόνο στην χωρητικότητα που αναγράφεται στην ετικέτα. Κριτική:

• Ονομαστική ενέργεια σε βατώρες

• Βάρος κυττάρων

• Διαστάσεις κυττάρου

• Ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα

• Βαρυμετρική ενεργειακή πυκνότητα

• Χρήσιμη χωρητικότητα εντός του συνιστώμενου εύρους τάσης

• Διατήρηση χωρητικότητας στον προβλεπόμενο ρυθμό εκφόρτισης

• Διατήρηση χωρητικότητας σε χαμηλή θερμοκρασία

Μια κυψέλη με υψηλότερη ονομαστική χωρητικότητα μπορεί να μην παρέχει απαραίτητα περισσότερη χρησιμοποιήσιμη ενέργεια υπό συνθήκες υψηλού ρεύματος ή κρύου καιρού.

4. Αντιστοιχίστε το ποσοστό εκφόρτισης με το πραγματικό φορτίο

Οι κυψέλες ιόντων νατρίου μπορούν να προσφέρουν καλή ιοντική αγωγιμότητα και απόδοση ισχύος, αλλά η ικανότητα ταχύτητας εξακολουθεί να διαφέρει πολύ μεταξύ των μοντέλων.

Ορισμένες κυψέλες θήκης ιόντων νατρίου έχουν σχεδιαστεί για αποθήκευση ενέργειας και ενδέχεται να υποστηρίζουν μέτριο συνεχές ρεύμα. Άλλα είναι βελτιστοποιημένα για εφαρμογές ισχύος και μπορούν να υποστηρίξουν σημαντικά υψηλότερους ρυθμούς φόρτισης και εκφόρτισης.

Ο σχεδιαστής της μπαταρίας θα πρέπει να καθορίσει:

• Κανονικό συνεχές ρεύμα

• Ρεύμα αιχμής

• Διάρκεια ρεύματος αιχμής

• Συχνότητα φορτίων αιχμής

• Αναγεννητικό ρεύμα φόρτισης

• Μέγιστο ρεύμα φορτιστή

• Χαμηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία λειτουργίας

Για ένα ηλεκτρικό δίτροχο, η μπαταρία μπορεί να έχει σύντομες κορυφές επιτάχυνσης πολύ πάνω από το μέσο ρεύμα οδήγησης. Για ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας, το φορτίο μπορεί να είναι πιο σταθερό αλλά μπορεί να συνεχιστεί για αρκετές ώρες.

Η τιμή συνεχούς εκφόρτισης της κυψέλης θα πρέπει να επιλέγεται με βάση το παρατεταμένο φορτίο, ενώ η ονομαστική τιμή παλμού πρέπει να ταιριάζει τόσο με το ρεύμα αιχμής όσο και με τη διάρκειά του.

Είναι επίσης σημαντικό να ελέγξετε την εσωτερική αντίσταση DC του στοιχείου. Μια κυψέλη μπορεί τεχνικά να υποστηρίζει υψηλό ρεύμα αλλά εξακολουθεί να παράγει υπερβολική θερμότητα εάν η αντίστασή της είναι πολύ υψηλή.

Η παραγωγή θερμότητας αυξάνεται περίπου με το τετράγωνο του ρεύματος:

Απώλεια θερμότητας ≈ Ρεύμα² × Εσωτερική αντίσταση

Αυτός είναι ο λόγος που ο διπλασιασμός του ρεύματος μπορεί να προκαλέσει πολύ μεγαλύτερη αύξηση στη θέρμανση των κυψελών.

Για πακέτα μπαταριών θήκης ιόντων νατρίου υψηλής απόδοσης, η συνέπεια της εσωτερικής αντίστασης είναι εξίσου σημαντική με τη συνέπεια της χωρητικότητας.

5. Επαληθεύστε την απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία με καμπύλες δοκιμής

Η απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία είναι ένα από τα πιο συχνά συζητούμενα πλεονεκτήματα των μπαταριών ιόντων νατρίου.

Ορισμένες συνθέσεις ιόντων νατρίου μπορούν να διατηρήσουν ένα υψηλό ποσοστό της χωρητικότητάς τους σε θερμοκρασία δωματίου στους -20°C και ορισμένα ειδικά σχεδιασμένα κύτταρα μπορεί να συνεχίσουν να εκκενώνονται σε ακόμη χαμηλότερες θερμοκρασίες.

Ωστόσο, οι αγοραστές θα πρέπει να αποφεύγουν να υποθέτουν ότι κάθε κύτταρο ιόντων νατρίου έχει καλή απόδοση στους -20°C ή -40°C.

Ζητήστε από τον προμηθευτή πραγματικά δεδομένα δοκιμής, συμπεριλαμβανομένων:

• Καμπύλες εκκένωσης στους 25°C, 0°C, -10°C και -20°C

• Ρυθμός εκφόρτισης δοκιμής

• Θερμοκρασία φόρτισης πριν από τη δοκιμή

• Πλατφόρμα τάσης υπό φορτίο χαμηλής θερμοκρασίας

• Διατήρηση χωρητικότητας

• Αύξηση εσωτερικής αντίστασης

• Μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα φόρτισης χαμηλής θερμοκρασίας

Η καμπύλη τάσης είναι ιδιαίτερα σημαντική. Ένα στοιχείο μπορεί να παρέχει υψηλό ποσοστό της ονομαστικής χωρητικότητάς του στους -20°C, αλλά να έχει μεγάλη αρχική πτώση τάσης υπό φορτίο. Αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει το BMS ή τον ελεγκτή εξοπλισμού να ενεργοποιήσει πρόωρα την προστασία χαμηλής τάσης.

Επομένως, η μπαταρία θα πρέπει να αξιολογηθεί ως ένα πλήρες σύστημα αντί να βασίζεται μόνο στο ποσοστό χωρητικότητας της κυψέλης σε χαμηλή θερμοκρασία.

6. Μην υποθέτετε ότι η εκφόρτιση σε χαμηλή θερμοκρασία σημαίνει απεριόριστη φόρτιση

Ένα στοιχείο ιόντων νατρίου που μπορεί να εκφορτιστεί στους -20°C μπορεί να μην υποστηρίζει απαραίτητα φόρτιση κανονικού ρυθμού στην ίδια θερμοκρασία.

Το ρεύμα φόρτισης χαμηλής θερμοκρασίας θα πρέπει να ακολουθεί μια καμπύλη μείωσης που εξαρτάται από τη θερμοκρασία που καθορίζεται από τον κατασκευαστή της κυψέλης.

Μια τυπική στρατηγική ελέγχου μπορεί να περιλαμβάνει:

• Κανονική φόρτιση σε μέτριες θερμοκρασίες

• Μειωμένο ρεύμα φόρτισης κάτω από μια καθορισμένη θερμοκρασία

• Φόρτιση με πολύ χαμηλό ρεύμα σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες

• Πλήρης απαγόρευση φόρτισης κάτω από το ελάχιστο όριο του κατασκευαστή

Τα ακριβή όρια εξαρτώνται από τη χημεία των κυττάρων.

Το BMS θα πρέπει να χρησιμοποιεί αισθητήρες θερμοκρασίας τοποθετημένους κοντά στις κυψέλες, ειδικά κοντά σε περιοχές που ενδέχεται να είναι πιο κρύες από το υπόλοιπο πακέτο. Για μεγαλύτερα πακέτα, συνήθως δεν αρκεί ένας μόνο αισθητήρας θερμοκρασίας.

7. Σχεδιασμός Μηχανικής Συμπίεσης για Σακουλάκια

Σε αντίθεση με τις κυλινδρικές κυψέλες ή τις πρισματικές κυψέλες με περίβλημα αλουμινίου, οι κυψέλες θήκης δεν έχουν άκαμπτο εξωτερικό κέλυφος.

Η μεμβράνη με ελασματοποίηση αλουμινίου είναι ελαφριά και αποδοτική στο χώρο, αλλά απαιτεί κατάλληλη μηχανική προστασία.

Κατά τη διάρκεια της ποδηλασίας, τα κύτταρα του ασκού μπορεί να παρουσιάσουν σταδιακή αλλαγή πάχους. Μη φυσιολογικές συνθήκες όπως υπερφόρτιση, υπερθέρμανση ή εσωτερική υποβάθμιση μπορούν επίσης να παράγουν αέριο και να προκαλέσουν πρήξιμο.

Επομένως, μια αξιόπιστη δομή συσκευασίας θα πρέπει να περιλαμβάνει:

• Άκαμπτες ακραίες πλάκες

• Ελεγχόμενη συμπίεση

• Ελαστικό υλικό αντικραδασμικής προστασίας

• Διαχωρισμός και μόνωση κυττάρων

• Προστασία από αιχμηρές άκρες

• Χώρος για την αναμενόμενη διακύμανση πάχους κυψέλης

• Ένα σταθερό πλαίσιο μονάδας

Αφρός PU, αφρός σιλικόνης ή άλλα υλικά συμπίεσης μπορούν να τοποθετηθούν μεταξύ των κυψελών ή μεταξύ της στοίβας κυψελών και των ακραίων πλακών.

Η σωστή πίεση συμπίεσης εξαρτάται από την κυψέλη. Η εφαρμογή πολύ μικρής πίεσης μπορεί να επιτρέψει υπερβολική κίνηση και πρήξιμο, ενώ η υπερβολική πίεση μπορεί να βλάψει τη στοίβα ηλεκτροδίων, το διαχωριστή ή τη σφράγιση του σάκου.

Ο κατασκευαστής της κυψέλης θα πρέπει να παρέχει συνιστώμενες συνθήκες συμπίεσης ή στερέωσης όποτε είναι δυνατόν. Δεν πρέπει να εφαρμόζεται ένα γενικό εύρος πίεσης χωρίς να επιβεβαιώνεται ο σχεδιασμός του μεμονωμένου στοιχείου.

8. Προστατέψτε τις γλωττίδες κυττάρων θήκης

Οι γλωττίδες είναι από τα πιο μηχανικά ευάλωτα μέρη μιας κυψέλης θήκης.

Οι επαναλαμβανόμενες δυνάμεις δόνησης, κάμψης ή έλξης μπορούν να προκαλέσουν ζημιά στη ρίζα της γλωττίδας ή στην περιοχή στεγανοποίησης της θήκης. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε ηλεκτρικές μοτοσυκλέτες, κινητό εξοπλισμό, ναυτικές εφαρμογές και βιομηχανικά οχήματα.

Ένας καλός σχεδιασμός ενότητας θα πρέπει:

• Στηρίξτε τις γλωττίδες κοντά στο σώμα του κυττάρου

• Αποτρέψτε το ζυγό από το να βαραίνει τις γλωττίδες

• Αφήστε τη θερμική διαστολή

• Αποφύγετε την επαναλαμβανόμενη κάμψη κατά τη συναρμολόγηση

• Χρησιμοποιήστε φωτιστικά για να διατηρήσετε την ευθυγράμμιση της γλωττίδας

• Προστατέψτε την περιοχή στεγανοποίησης της γλωττίδας από αιχμηρά μεταλλικά εξαρτήματα

• Μειώστε τη μεταφορά κραδασμών από το περίβλημα

Η διαδικασία συγκόλλησης ή σύνδεσης πρέπει επίσης να ταιριάζει με το υλικό και το πάχος της γλωττίδας. Οι γλωττίδες αλουμινίου και χαλκού ενδέχεται να απαιτούν διαφορετικές παραμέτρους συγκόλλησης και μεθόδους σύνδεσης.

Για έργα υψηλής έντασης ρεύματος, ο σχεδιασμός της ράβδου θα πρέπει να ελέγχεται για πυκνότητα ρεύματος, αύξηση θερμοκρασίας και μηχανική καταπόνηση.

9. Χρησιμοποιήστε την επιφάνεια μεγάλης κυψέλης για θερμική διαχείριση

Ένα πλεονέκτημα της μορφής θήκης είναι η μεγάλη επίπεδη επιφάνεια. Αυτό μπορεί να κάνει τη μεταφορά θερμότητας πιο αποτελεσματική όταν η κυψέλη είναι σωστά ενσωματωμένη στη μονάδα.

Για πακέτα αποθήκευσης ενέργειας χαμηλής ταχύτητας, η θερμότητα μπορεί να αφαιρεθεί μέσω των επιφανειών της κυψέλης, του πλαισίου της μονάδας και του περιβλήματος της μπαταρίας.

Για εφαρμογές υψηλότερης ισχύος, ο σχεδιασμός μπορεί να απαιτεί:

• Θερμικά αγώγιμα επιθέματα

• Θερμικά αγώγιμη κόλλα

• Διανομείς θερμότητας αλουμινίου

• Κανάλια αέρα

• Εξαναγκασμένη ψύξη με αέρα

• Υγρόψυκτες πλάκες

• Θερμικά εμπόδια μεταξύ των κυττάρων

Το υλικό θερμικής διεπαφής πρέπει να παρέχει καλή επαφή χωρίς να δημιουργεί υπερβολική συμπίεση.

Η σταθερότητα της θερμοκρασίας εντός της μονάδας είναι επίσης σημαντική. Μια μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των κυττάρων μπορεί να οδηγήσει σε ανομοιόμορφη αντίσταση, ανομοιόμορφη γήρανση και αυξανόμενη ανισορροπία SOC με την πάροδο του χρόνου.

Ο θερμικός σχεδιασμός θα πρέπει επομένως να επικεντρώνεται όχι μόνο στη μέγιστη θερμοκρασία αλλά και στη διαφορά θερμοκρασίας σε ολόκληρη τη στοίβα κυψελών.

10. Χρησιμοποιήστε BMS συμβατό με χαρακτηριστικά τάσης ιόντων νατρίου

Ένα τυπικό LiFePO4 BMS δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται αυτόματα για μια μπαταρία ιόντων νατρίου.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια υπάρχουσα πλατφόρμα BMS μπορεί να προσαρμοστεί μέσω ρυθμίσεων λογισμικού. Σε άλλες περιπτώσεις, το αναλογικό μπροστινό άκρο, το κύκλωμα δειγματοληψίας ή τα εξαρτήματα προστασίας ενδέχεται να μην υποστηρίζουν το απαιτούμενο εύρος τάσης.

Το BMS πρέπει να ελεγχθεί για:

• Εύρος μέτρησης τάσης κυψέλης

• Ρύθμιση προστασίας από υπερφόρτιση

• Ρύθμιση προστασίας από υπερβολική εκφόρτιση

• Όρια ανάκτησης τάσης

• Αλγόριθμος SOC

• Προστασία θερμοκρασίας

• Μείωση ρεύματος φόρτισης

• Στρατηγική εξισορρόπησης

• Μέγιστο ρεύμα συσκευασίας

• Προστασία από βραχυκύκλωμα

• Πρωτόκολλο επικοινωνίας

Εάν η κυψέλη ιόντων νατρίου έχει χαμηλότερη τάση αποκοπής εκφόρτισης από το LiFePO4, το αναλογικό μπροστινό άκρο BMS πρέπει να μετράει με ακρίβεια σε αυτή τη χαμηλή τάση.

Ο φορτιστής και ο ελεγκτής φορτίου πρέπει επίσης να παραμείνουν συμβατοί με το παράθυρο τάσης του πακέτου που προκύπτει.

Μπορούν τα κύτταρα ιόντων νατρίου να αποθηκευτούν στα 0V;

Ορισμένες χημικές ουσίες ιόντων νατρίου και σχέδια κυψελών μπορεί να υποστηρίζουν αποθήκευση και μεταφορά πολύ χαμηλής τάσης ή μηδενικής τάσης.

Αυτό μπορεί ενδεχομένως να βελτιώσει την ασφάλεια και να απλοποιήσει ορισμένες διαδικασίες εφοδιαστικής.

Ωστόσο, η αποθήκευση μηδενικής τάσης δεν είναι καθολικό χαρακτηριστικό όλων των στοιχείων ιόντων νατρίου. Πρέπει να επιβεβαιώνεται ρητά από τον κατασκευαστή της κυψέλης και να υποστηρίζεται από δεδομένα επικύρωσης.

Μια μπαταρία δεν πρέπει ποτέ να αποφορτίζεται στα 0V απλώς και μόνο επειδή χρησιμοποιεί χημεία ιόντων νατρίου.

11. Επαναβαθμονομήστε τον αλγόριθμο SOC

Η σχέση μεταξύ της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και της κατάστασης φόρτισης είναι διαφορετική για κάθε χημεία ιόντων νατρίου.

Σε σύγκριση με το LiFePO4, ορισμένα κύτταρα ιόντων νατρίου έχουν μια καμπύλη τάσης με μεγαλύτερη κλίση, η οποία μπορεί να παρέχει πιο χρήσιμες πληροφορίες SOC με βάση την τάση. Ακόμα κι έτσι, η τάση από μόνη της είναι συνήθως ανεπαρκής για ακριβή εκτίμηση SOC υπό μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου και θερμοκρασίας.

Ένα αξιόπιστο BMS ιόντων νατρίου μπορεί να συνδυάζει:

• Ο Κουλόμπ μετράει

• Διόρθωση OCV

• Αντιστάθμιση θερμοκρασίας

• Τρέχουσα αποζημίωση

• Διόρθωση της γήρανσης των κυττάρων

• Ένα μοντέλο SOC ειδικά για τη χημεία

Ο σωστός πίνακας OCV-SOC θα πρέπει να δημιουργηθεί από την επιλεγμένη κυψέλη ιόντων νατρίου αντί να αντιγραφεί από άλλο μοντέλο.

Θα πρέπει επίσης να αξιολογηθεί η συμπεριφορά αυτοεκφόρτισης. Εάν η κυψέλη παρουσιάσει αισθητή αλλαγή τάσης κατά τη διάρκεια της μακράς αποθήκευσης, το BMS μπορεί να χρειαστεί περιοδική επαναβαθμονόμηση μετά από επαρκή χρόνο ανάπαυσης.

12. Επιλέξτε τη σωστή στρατηγική εξισορρόπησης

Η συνοχή της κυψέλης παραμένει σημαντική σε κάθε σειριακή συνδεδεμένη μπαταρία.

Οι διαφορές στην ικανότητα, το SOC, την εσωτερική αντίσταση και την αυτοεκφόρτιση μπορούν σταδιακά να αυξήσουν το χάσμα τάσης μεταξύ των κυψελών.

Για μικρότερες συσκευασίες ιόντων νατρίου, η παθητική εξισορρόπηση μπορεί να είναι επαρκής. Το κατάλληλο ρεύμα εξισορρόπησης εξαρτάται από τη χωρητικότητα της συσκευασίας, τη συνοχή της κυψέλης και τον διαθέσιμο χρόνο εξισορρόπησης.

Για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μεγαλύτερης χωρητικότητας, ένα χαμηλό ρεύμα εξισορρόπησης μπορεί να πάρει πολύ χρόνο για να διορθωθεί μια σημαντική διαφορά SOC. Τότε μπορεί να εξεταστεί το ενδεχόμενο ενεργητικής εξισορρόπησης.

Πριν βασιστεί στο BMS, ο προμηθευτής κυψελών θα πρέπει να εκτελέσει τη σωστή ταξινόμηση και αντιστοίχιση κυψελών με βάση παράγοντες όπως:

• Ικανότητα

• Τάση ανοιχτού κυκλώματος

• Εσωτερική αντίσταση AC

• DC εσωτερική αντίσταση

• Ποσοστό αυτοεκφόρτισης

• Ανάκτηση τάσης

• παρτίδα παραγωγής

Η εξισορρόπηση θα πρέπει να διορθώνει μικρές διαφορές κατά τη λειτουργία. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται για την αντιστάθμιση των κακώς ταιριασμένων κυττάρων.

13. Δημιουργήστε ένα σχέδιο επικύρωσης για συγκεκριμένο έργο

Ένα φύλλο δεδομένων είναι μόνο η αρχή ενός έργου μπαταρίας.

Πριν από τη μαζική παραγωγή, τα πρωτότυπα πακέτα θα πρέπει να δοκιμάζονται σε συνθήκες κοντά στην πραγματική εφαρμογή.

Το σχέδιο επικύρωσης μπορεί να περιλαμβάνει:

• Δοκιμή χωρητικότητας

• Εκφόρτιση συνεχούς ρεύματος

• Δοκιμή αιχμής ρεύματος

• Δοκιμή γρήγορης φόρτισης

• Δοκιμή αύξησης θερμοκρασίας

• Εκκένωση χαμηλής θερμοκρασίας

• Φόρτιση σε χαμηλή θερμοκρασία

• Δοκιμή κύκλου ζωής

• Δοκιμή κραδασμών

• Μηχανικό σοκ

• Δοκιμή συμπίεσης

• Προστασία από υπερφόρτιση

• Προστασία από υπερβολική εκφόρτιση

• Προστασία από βραχυκύκλωμα

• Εκτίμηση θερμικής διάδοσης

• Μακροχρόνια αποθήκευση

Η απαιτούμενη πιστοποίηση εξαρτάται από την εφαρμογή και την αγορά.

Το IEC 62619 μπορεί να σχετίζεται με βιομηχανικές δευτερεύουσες εφαρμογές μπαταριών. Το GB 38031 ισχύει για μπαταρίες έλξης που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα στην Κίνα. Η τεκμηρίωση μεταφοράς μπορεί επίσης να περιλαμβάνει το UN38.3, ένα MSDS και την κατάλληλη αξιολόγηση μεταφοράς επικίνδυνων εμπορευμάτων.

Το ισχύον πρότυπο θα πρέπει να επιβεβαιώνεται με βάση την τελική μπαταρία, την αγορά και την εφαρμογή αντί να επιλέγεται μόνο σύμφωνα με τον τύπο κυψέλης.

Λίστα ελέγχου έργου κυττάρων θήκης ιόντων νατρίου

Πριν επιβεβαιώσετε μια κυψέλη θήκης ιόντων νατρίου, εξετάστε τις ακόλουθες ερωτήσεις:

Ηλεκτρολογικές Απαιτήσεις

• Ποιες είναι οι ονομαστικές, οι μέγιστες και οι ελάχιστες τάσεις του συστήματος;

• Ποιο είναι το συνεχές ρεύμα λειτουργίας;

• Πόσο υψηλό είναι το ρεύμα αιχμής και πόσο διαρκεί;

• Ποιος είναι ο απαιτούμενος χρόνος φόρτισης;

• Περιλαμβάνεται αναγεννητική φόρτιση;

Περιβαλλοντικές Απαιτήσεις

• Ποια είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία εκκένωσης;

• Ποια είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία φόρτισης;

• Θα εκτεθεί το πακέτο σε κραδασμούς, υγρασία ή ψεκασμό αλατιού;

• Απαιτείται ενεργή θέρμανση ή ψύξη;

Απαιτήσεις κυττάρων

• Ποια χημεία ιόντων νατρίου χρησιμοποιείται;

• Ποια είναι η πραγματική ενεργειακή πυκνότητα;

• Ποια είναι τα όρια τάσης φόρτισης και εκφόρτισης;

• Ποιες είναι οι τιμές συνεχούς και παλμικού ρεύματος;

• Υπάρχουν διαθέσιμες καμπύλες χαμηλής θερμοκρασίας;

• Ποιες συνθήκες συμπίεσης συνιστώνται;

Μηχανικές Απαιτήσεις

• Υπάρχει αρκετός χώρος για διακύμανση πάχους;

• Προστατεύονται οι επιφάνειες της θήκης;

• Οι καρτέλες υποστηρίζονται μηχανικά;

• Είναι το πλαίσιο της μονάδας αρκετά άκαμπτο;

• Μπορεί η θερμότητα να μεταφερθεί ομοιόμορφα από κάθε κύτταρο;

Απαιτήσεις BMS

• Υποστηρίζει το AFE το πλήρες εύρος τάσης;

• Είναι ρυθμιζόμενα τα όρια προστασίας;

• Αναπτύχθηκε το μοντέλο SOC για το επιλεγμένο κύτταρο ιόντων νατρίου;

• Περιλαμβάνεται η μείωση της φόρτισης σε χαμηλή θερμοκρασία;

• Είναι το ρεύμα εξισορρόπησης κατάλληλο για τη χωρητικότητα της συσκευασίας;

Είναι ένα κύτταρο θήκης ιόντων νατρίου κατάλληλο για κάθε έργο;

Όχι απαραίτητα.

Οι κυψέλες θήκης ιόντων νατρίου μπορούν να είναι ιδιαίτερα ανταγωνιστικές όπου η απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία, η ικανότητα ισχύος, η ασφάλεια, η διαθεσιμότητα υλικού ή οι εύκαμπτες διαστάσεις κυψελών είναι σημαντικές.

Το LiFePO4 μπορεί να είναι ακόμα πιο κατάλληλο όταν το έργο απαιτεί μια ώριμη αλυσίδα εφοδιασμού, ευρέως διαθέσιμα συστήματα χρέωσης, αποδεδειγμένα μακροπρόθεσμα δεδομένα πεδίου και καθιερωμένη υποστήριξη πιστοποίησης.

Το ιόν λιθίου NMC μπορεί να παραμείνει η καλύτερη επιλογή όταν το ελάχιστο βάρος και η μέγιστη ενεργειακή πυκνότητα αποτελούν τις υψηλότερες προτεραιότητες.

Η απόφαση θα πρέπει να βασίζεται στο πλήρες σύστημα μπαταριών, όχι μόνο στο μάρκετινγκ της χημείας.

Ένα τεχνικά κατάλληλο στοιχείο πρέπει να συνεργάζεται με το περίβλημα, το σύστημα ψύξης, το BMS, τον φορτιστή, τον ελεγκτή, το σχέδιο πιστοποίησης και το κόστος-στόχο.

Πώς το Misen υποστηρίζει τα έργα μπαταριών με θήκη ιόντων νατρίου

Η Misen συνεργάζεται με πελάτες σε περισσότερα από μεμονωμένα κελιά.

Για έργα μπαταρίας θήκης ιόντων νατρίου, η υποστήριξή μας μπορεί να περιλαμβάνει:

• Επιλογή κυψέλης σύμφωνα με τις απαιτήσεις τάσης, χωρητικότητας και ρεύματος

• Σύγκριση μπαταρίας ιόντων νατρίου και λιθίου

• Επιλογή διάστασης κυψέλης θήκης

• Ταίριασμα χωρητικότητας και εσωτερικής αντίστασης

• Σχεδίαση σειράς και παράλληλης διαμόρφωσης

• Συστάσεις μηχανικής συμπίεσης

• Σχεδιασμός σύνδεσης καρτελών και ζυγών

• Σχεδιασμός θερμικής διαχείρισης

• Συντονισμός παραμέτρων BMS ιόντων νατρίου

• Ανάπτυξη πρωτοτύπου μπαταρίας

• Υποστήριξη δοκιμών κυψελών και πακέτων

• Λύσεις μπαταριών OEM και ODM

Για νέα έργα ιόντων νατρίου, συνιστούμε να ξεκινήσετε με τα πραγματικά δεδομένα εφαρμογής αντί να επιλέξετε ένα στοιχείο μόνο από τη χωρητικότητα.

Μοιραστείτε την απαιτούμενη τάση, χωρητικότητα, συνεχές ρεύμα, ρεύμα αιχμής, θερμοκρασία λειτουργίας, διαθέσιμες διαστάσεις και αναμενόμενη ποσότητα παραγγελίας. Η ομάδα μηχανικών μας μπορεί να σας βοηθήσει να αξιολογήσετε εάν μια κυψέλη θήκης ιόντων νατρίου είναι τεχνικά και εμπορικά κατάλληλη για τη μπαταρία σας.

Αναζητάτε μια κυψέλη θήκης ιόντων νατρίου ή μια προσαρμοσμένη λύση πακέτου μπαταριών ιόντων νατρίου; Επικοινωνήστε με το Misen για να συζητήσετε τις απαιτήσεις του έργου σας.