کیسه در مقابل سلول های منشوری در مقابل سلول های استوانه ای برای بسته های باتری موتور سیکلت الکتریکی: نحوه انتخاب

انتخاب سلول مناسب یکی از اولین و مهمترین تصمیمات در پروژه باتری موتور سیکلت الکتریکی است.

یک خریدار ممکن است با مشخصات ساده ای مانند '72V 40Ah' یا '74V 45Ah' شروع کند، اما ولتاژ و ظرفیت به تنهایی به سازنده باتری نمی گوید که کدام سلول باید استفاده شود. قدرت موتور، جریان کنترل کننده، فضای نصب در دسترس، وزن هدف، دمای عملیاتی و عمر مورد انتظار همه بر انتخاب نهایی تأثیر می گذارد.

معمولاً برای بسته های باتری موتور سیکلت برقی، سه قالب سلول لیتیوم یون در نظر گرفته می شود:

• سلول های کیسه ای با فرمت بزرگ

• سلول های منشوری با جعبه های فلزی سفت و سخت

• سلول های استوانه ای مانند 18650، 21700 و 4680

هر فرمت کاربردهای ثابت شده ای دارد. انتخاب صحیح کمتر به این بستگی دارد که کدام سلول پیشرفته تر به نظر می رسد و بیشتر به این بستگی دارد که چقدر با موتورسیکلت و بار الکتریکی آن سازگار است.

این راهنما تفاوت های اصلی را توضیح می دهد و از یک بسته باتری 74 ولتی 45 آمپر ساعتی NMC به عنوان نمونه انتخاب عملی استفاده می کند.

چرا فرمت سلولی در موتورسیکلت الکتریکی مهم است؟

موتورسیکلت های برقی نسبت به خودروهای سواری یا سیستم های ذخیره انرژی ثابت، تقاضاهای متفاوتی از باتری ها دارند.

فضای نصب محدود است. وزن به طور مستقیم بر هندلینگ و برد تأثیر می گذارد. شتاب گیری می تواند به جریان زیادی نیاز داشته باشد، در حالی که کوهنوردی یا سواری با سرعت بالا ممکن است باتری را برای چند دقیقه زیر بار سنگین نگه دارد. لرزش جاده، قرار گرفتن در معرض آب و تغییرات مکرر دما نیز باید در نظر گرفته شود.

قالب سلول بر موارد زیر تأثیر می گذارد:

• وزن بسته و انرژی قابل استفاده

• استفاده از فضای داخل محفظه باتری

• قابلیت تخلیه مداوم و پیک

• تعداد سلول ها و اتصالات الکتریکی

• سازگاری خنک کننده و دما

• مقاومت در برابر لرزش و ضربه مکانیکی

• تجهیزات تولید و هزینه مونتاژ

• استراتژی تعمیر و نگهداری و جایگزینی

بنابراین یک بسته باتری باید در اطراف وسیله نقلیه طراحی شود، نه صرفاً در اطراف یک سلول موجود.

مقایسه سریع سه فرمت سلولی

فاکتور انتخاب	سلول منشوری	سلول کیسه ای	سلول استوانه ای
چگالی انرژی ثقلی	معمولاً بسیار رقابتی است	متوسط ​​به بالا	به شدت به مدل سلولی بستگی دارد
استفاده از فضا	عالی	در یک محوطه معمولی خوب است	به دلیل شکاف بین سلول ها پایین تر است
ظرفیت سلول	معمولاً ده ها تا بیش از 100Ah	معمولاً ده ها تا صدها آه	معمولاً چندین Ah در هر سلول
تعداد سلول ها در یک بسته	کم	کم	بالا
حفاظت مکانیکی	باید توسط بسته ارائه شود	محفظه سلول سفت و سخت	محفظه فلزی انفرادی قوی
در دسترس بودن با قدرت بالا	برای مدل های انتخابی NMC خوب است	بستگی به مدل خاصی داره	بسیاری از گزینه های ثابت شده با نرخ بالا
انعطاف پذیری شکل بسته	بالا	متوسط	آرایش سلولی بالا
کار اتصال سلولی	اتصالات کمتر و بزرگتر	اتصالات کمتر و بزرگتر	بسیاری از اتصالات کوچک
مدیریت تورم	به فشرده سازی کنترل شده نیاز دارد	هنوز نیاز به بررسی مکانیکی دارد	عمدتا توسط مسکن سلولی مدیریت می شود
قدرت معمولی	وزن کم و بسته بندی کارآمد	استحکام ساختاری و ماژول های ساده	استانداردسازی و بلوغ تولید

جدول فقط یک مقایسه کلی ارائه می دهد. دو سلول با فرمت یکسان می توانند قدرت، چرخه عمر و ویژگی های حرارتی کاملاً متفاوتی داشته باشند.

سلول های کیسه ای با فرمت بزرگ

یک سلول کیسه ای از یک لایه آلومینیومی پلاستیکی سبک وزن به جای یک قاب فولادی یا آلومینیومی ضخیم استفاده می کند. این باعث کاهش مواد بسته بندی غیرفعال می شود و اجازه می دهد تا وزن بیشتری از بسته برای ذخیره انرژی استفاده شود.

برای یک موتورسیکلت الکتریکی با فضای باتری محدود، این می تواند یک مزیت بزرگ باشد.

چرا سلول های کیسه ای در موتورسیکلت های الکتریکی خوب کار می کنند؟

سلول های کیسه ای بزرگ NMC می توانند ظرفیت بالا، وزن کم و توان خروجی قوی را در یک ساختار مستطیلی مسطح ترکیب کنند. آنها به ویژه برای موتورسیکلت هایی که باتری باید در یک قاب باریک یا محفظه فشرده زیر صندلی قرار بگیرد جذاب هستند.

به عنوان مثال، یک سلول کیسه ای 45 آمپر ساعتی ممکن است به یک باتری 74 ولتی 45 آمپر ساعتی اجازه دهد که در یک پیکربندی ساده 20S1P مونتاژ شود. فقط 20 سلول مورد نیاز است.

این چندین مزیت عملی دارد:

• سلول های کمتری برای بازرسی و مطابقت

• اتصالات سری و موازی کمتر

• سیم کشی کمتر و نقاط جوش کمتر

• بدون نیاز به مدیریت چندین سلول موازی در هر گروه ولتاژ

• استفاده کارآمد از حجم محدود محفظه

• سطوح مسطح بزرگ که می توانند با مواد انتقال دهنده حرارت تماس بگیرند

• وزن بسته کمتر در مقایسه با بسیاری از موارد جایگزین سخت

برای موتورسیکلت های با کارایی بالا، کاهش وزن تنها به افزایش برد نیست. باتری سبک تر همچنین می تواند تعادل، شتاب و هندلینگ خودرو را بهبود بخشد.

سلول های کیسه ای به طراحی مکانیکی مناسب نیاز دارند

عدم وجود پوسته فلزی سفت و سخت به این معنی است که ساختار بسته باید از سلول ها محافظت کند.

یک باتری کیسه ای با طراحی خوب باید شامل موارد زیر باشد:

• فشرده سازی سلولی کنترل شده و به طور مساوی توزیع شده است

• اجازه تغییر ضخامت معمولی در طول سرویس

• عایق بین زبانه ها، شینه ها و محفظه

• محافظت در برابر لبه های تیز و سوراخ

• موقعیت ایمن در برابر لرزش جاده

• موانع حرارتی یا فاصله در صورت لزوم

• جوش زبانه قابل اعتماد

• یک محفظه خارجی قوی

سلول ها نباید تا حد امکان محکم فشرده شوند و همچنین نباید داخل جعبه باتری شل رها شوند. فشار بیش از حد ممکن است به سلول آسیب برساند، در حالی که حمایت ناکافی می تواند باعث حرکت، تورم و استرس در زبانه ها شود.

سلول‌های کیسه‌ای زمانی که سازنده باتری تجربه قاب‌های فشرده‌سازی، اتصالات زبانه و طراحی محفظه را داشته باشد، گزینه‌ای قوی هستند.

سلول های منشوری

سلول های منشوری از یک محفظه فلزی مستطیل شکل سفت استفاده می کنند. مانند سلول های کیسه ای، آنها در ظرفیت های نسبتاً زیادی در دسترس هستند، بنابراین می توان یک بسته باتری با تعداد کمی سلول ساخت.

برای یک بسته 74 ولتی 45 آمپر ساعتی، یک سلول منشوری NMC مناسب 45 آمپر یا 50 آمپر ساعت نیز می تواند از پیکربندی 20S1P پشتیبانی کند.

مزایای سلول های منشوری

محفظه سفت و سخت پشتیبانی مکانیکی را فراهم می کند و قرار دادن سلول ها را در یک محفظه مستطیلی معمولی آسان تر می کند. بسته به طراحی ترمینال، نصب شینه و مونتاژ ماژول نیز ممکن است ساده باشد.

سلول های منشوری می توانند یک انتخاب عملی باشند زمانی که:

• محفظه باتری یک جعبه معمولی دارد

• دوام مکانیکی بر حداقل وزن اولویت دارد

• این وسیله نقلیه در جاده های ناهموار استفاده می شود

• باتری در یک موتور سیکلت باری یا سه چرخه برقی نصب می شود

• یک سلول اثبات شده با ظرفیت و نرخ تخلیه صحیح در دسترس است

• سازنده بسته در حال حاضر یک طراحی ماژول سازگار دارد

با این حال، قاب فلزی به وزن اضافه می کند و فضا را اشغال می کند. ابعاد سلول منشوری نیز انعطاف‌پذیری کمتری دارد، بنابراین یک سلول فنی مناسب ممکن است با محفظه باتری موجود مناسب نباشد.

اشتباه رایج دیگر این است که فرض کنیم هر سلول منشوری خودرو برای موتورسیکلت برقی مناسب است. برخی از سلول های منشوری بزرگ NMC عمدتا برای ظرفیت انرژی به جای جریان بالا طراحی شده اند. ظرفیت آنها ممکن است جذاب به نظر برسد، اما تخلیه مداوم مجاز، عملکرد در دمای پایین یا رفتار حرارتی آنها ممکن است با کنترل کننده موتور سیکلت مطابقت نداشته باشد.

برگه داده – و ترجیحاً آزمایش سلولی مستقل – باید قبل از انتخاب بررسی شود.

سلول های استوانه ای

سلول های استوانه ای به طور گسترده ای در اسکوترهای برقی، دوچرخه های الکترونیکی و موتورسیکلت ها استفاده می شود. فرمت های رایج عبارتند از 18650 و 21700، در حالی که سلول های استوانه ای بزرگتر مانند 4680 وارد برنامه های تحرک بیشتری می شوند.

محفظه فلزی آنها حفاظت مکانیکی فردی خوبی را فراهم می کند و تجهیزات خودکار بالغ برای مرتب سازی سلولی، قرار دادن و جوشکاری موجود است.

چرا تولیدکنندگان سلول های استوانه ای را انتخاب می کنند؟

سلول های استوانه ای چندین مزیت دارند:

• ابعاد استاندارد شده

• در دسترس بودن تامین کننده گسترده

• تولید بالغ با حجم بالا

• استحکام مکانیکی خوب

• بسیاری از گزینه های سلولی با نرخ بالا

• شکل های بسته انعطاف پذیر از طریق آرایش سلولی مختلف

• محتوای انرژی کمتر در هر سلول

اندازه سلول کوچکتر همچنین می تواند توزیع جریان و گرما را در تعداد زیادی سلول آسان تر کند. اگر به درستی طراحی شود، یک بسته استوانه ای می تواند عملکرد عالی قدرت ارائه دهد.

مبادله پیچیدگی است.

یک باتری موتور سیکلت الکتریکی بزرگ ممکن است حاوی صدها سلول استوانه ای باشد. هر سلولی نیاز به بازرسی، گروه بندی و اتصال الکتریکی دارد. نگهدارنده های سلولی و شکاف های خنک کننده فضا را مصرف می کنند، در حالی که تعداد زیاد جوش ها اهمیت ثبات تولید را افزایش می دهد.

به عنوان مثال، اگر یک بسته 74 ولتی 45 آمپر ساعتی از سلول های استوانه ای 5 آمپر ساعتی استفاده کند، پیکربندی تقریبی به این صورت خواهد بود:

• 20 سلول به صورت سری

• 9 سلول به صورت موازی

• 20S9P

• در مجموع 180 سلول

اگر سلول‌های 4.5Ah انتخاب شوند، بسته ممکن است به پیکربندی 20S10P با 200 سلول نیاز داشته باشد.

در مقایسه، یک کیسه 45 آمپر ساعتی یا محلول منشوری ممکن است تنها به 20 سلول با فرمت بزرگ نیاز داشته باشد.

سلول های استوانه ای برای محصولات بسیار استاندارد و با حجم بالا مناسب هستند. با این حال، برای یک باتری سفارشی کم حجم، کار ابزار، جوشکاری و مونتاژ می تواند طراحی را کمتر جذاب کند.

کدام فرمت سلولی با پروژه های مختلف موتور سیکلت الکتریکی مطابقت دارد؟

اسکوتر برقی شهری

سلول‌های استوانه‌ای اغلب یک انتخاب عملی برای اسکوترهای استاندارد شهری هستند، به خصوص زمانی که حجم تولید بالا و نیاز به توان متوسط ​​است.

سلول‌های کیسه‌ای بزرگ همچنین زمانی می‌توانند جذاب باشند که سازنده ظرفیت بیشتری در یک محفظه فشرده یا گروه‌های موازی کمتری بخواهد.

موتورسیکلت های برقی با کارایی بالا

سلول‌های کیسه‌ای بزرگ NMC اغلب کاندیدای قوی برای موتورسیکلت‌های با کارایی بالا هستند، زیرا می‌توانند تعادل مفیدی از چگالی انرژی، قدرت تخلیه و راندمان بسته‌بندی را فراهم کنند.

تصمیم نهایی همچنان به میزان تخلیه واقعی سلول بستگی دارد. یک سلول انرژی با ظرفیت بالا نباید به عنوان یک سلول پرقدرت تلقی شود مگر اینکه مشخصات و داده های آزمایش آن جریان مورد نیاز را پشتیبانی کند.

موتور سیکلت باری و سه چرخه برقی

هنگامی که فضای محفظه منظم و استحکام مکانیکی مهم است، سلول های منشوری ممکن است ترجیح داده شوند. سلول‌های منشوری LFP معمولاً زمانی در نظر گرفته می‌شوند که عمر چرخه و پایداری حرارتی بیشتر از حداقل وزن باشد.

اگر شیمی NMC مورد نیاز است، هر دو گزینه منشوری و کیسه ای باید با عملکرد تخلیه، ابعاد و وزن بسته مقایسه شوند.

سیستم های باتری قابل تعویض

باتری های قابل تعویض نیاز به تعادل انرژی، وزن، جابجایی و دوام مکانیکی دارند.

سلول های استوانه ای سابقه قوی در سیستم های تعویض استاندارد دارند. سلول های کیسه ای می توانند استفاده از فضا را بهبود بخشند، اما محفظه باتری و ساختار پشتیبانی داخلی باید برای جابجایی و جابجایی مکرر مهندسی شود.

نمونه اولیه و پروژه های سفارشی کم حجم

کیسه های بزرگ یا سلول های منشوری می توانند تعداد کل سلول ها را کاهش دهند و معماری الکتریکی را ساده کنند. این امر آنها را برای نمونه اولیه موتورسیکلت ها و پروژه های باتری سفارشی جذاب می کند، مشروط بر اینکه فرآیندهای اتصال و مکانیکی لازم در دسترس باشد.

مطالعه موردی: انتخاب سلول‌ها برای بسته باتری موتورسیکلت الکتریکی 74 ولت 45 آمپر ساعتی

فرض کنید یک مشتری یک 'بسته باتری 7445' درخواست می کند. قبل از شروع طراحی، سازنده ابتدا باید تأیید کند که این به معنای 74 ولت و 45 آمپر ساعت است.

با استفاده از سلول های 3.7 ولت NMC، پیکربندی اولیه به صورت زیر خواهد بود:

• پیکربندی: 20S

• ولتاژ اسمی: 20 × 3.7 ولت = 74 ولت

• ولتاژ شارژ کامل: 20 × 4.2 ولت = 84 ولت

• ظرفیت نامی: 45Ah

• انرژی اسمی: 74 ولت × 45 آمپر ساعت = 3.33 کیلووات ساعت

در نگاه اول، یک بسته 20S1P با استفاده از سلول های کیسه ای 45Ah ساده به نظر می رسد. اما جریان موتور و کنترل کننده تعیین می کند که آیا سلول انتخاب شده مناسب است یا خیر.

قدرت موتور و جریان باتری

جریان تئوری در ولتاژ اسمی را می توان به صورت زیر تخمین زد:

[
I = rac{P}{V}
]

این مقادیر تقریبی زیر را به دست می دهد:

حداکثر توان موتور	جریان در 74 ولت
3 کیلو وات	41A
5 کیلو وات	68A
8 کیلو وات	108A
10 کیلو وات	135A

اینها محاسبات ساده شده ولتاژ اسمی هستند. جریان واقعی باتری می تواند بیشتر باشد زیرا ولتاژ بسته در حالت شارژ کم کاهش می یابد و به دلیل اینکه کنترل کننده، موتور و سیم کشی 100٪ کارآمد نیستند.

حداکثر جریان باتری کنترلر معمولاً در هنگام انتخاب سلول مفیدتر از پلاک موتور است.

اگر کنترل کننده جریان باتری 120 آمپری را مجاز کند، یک سلول 45 آمپر ساعتی باید از موارد زیر پشتیبانی کند:

[
120A div 45Ah = 2.67C
]

سلولی که فقط برای تخلیه مداوم 1 درجه سانتیگراد رتبه بندی شده باشد، انتخاب مطمئنی برای این شرایط عملیاتی نخواهد بود. یک سلول با جریان پیوسته مناسب، جریان پالس، افزایش دما و عملکرد افت ولتاژ مورد نیاز است.

گزینه 1: سلول های کیسه ای 20S1P 45Ah NMC

این معمولاً اولین گزینه برای ارزیابی زمانی است که پروژه اولویت بندی می کند:

• وزن کم باتری

• ابعاد فشرده

• استفاده بهینه از فضای نصب

• یک ساختار الکتریکی ساده 1P

• چگالی انرژی بالا

• عملکرد شتاب قوی

سلول هنوز نیاز به ارزیابی تخلیه، دما و چرخه عمر تحت مشخصات عملیاتی مورد انتظار دارد.

گزینه 2: سلول های منشوری NMC 20S1P 45Ah یا 50Ah

این ممکن است زمانی مناسب باشد که:

• محوطه بزرگ و مستطیل شکل است

• وزن اضافی سلول قابل قبول است

• سفتی سازه در اولویت است

• سلول منشوری انتخاب شده دارای توان کافی است

• ابعاد سلول با محفظه باتری مطابقت دارد

سازنده نباید سلول منشوری را تنها به این دلیل انتخاب کند که بدنه فلزی آن ایمن تر به نظر می رسد. شیمی سلولی، طراحی داخلی، ثبات کیفیت، استراتژی BMS، ذوب شدن و حفاظت از انتشار حرارتی مهمتر از شکل خارجی به تنهایی هستند.

گزینه 3: بسته استوانه ای 20S9P یا 20S10P

این می تواند به خوبی کار کند زمانی که:

• یک سلول استوانه‌ای با نرخ بالا در دسترس است

• سازنده تجهیزات مرتب سازی و جوشکاری خودکار دارد

• انتظار می رود طراحی باتری وارد تولید حجم پایدار شود

• محفظه می تواند تعداد بیشتری سلول و نگهدارنده را در خود جای دهد

• اشتراک‌گذاری فعلی در سطح سلول تأیید شده است

برای یک سفارش سفارشی کوچک، تعداد سلول ها و پیچیدگی مونتاژ بالا ممکن است گزینه استوانه ای را کارآمدتر کند.

اطلاعات مورد نیاز قبل از انتخاب سلول

قبل از توصیه یک سلول، یک تامین کننده مسئول باتری باید بیش از ولتاژ و ظرفیت درخواست کند.

اطلاعات زیر به ویژه مهم است:

1. قدرت نامی موتور و اوج قدرت

2. حداکثر جریان باتری کنترلر

3. جریان تخلیه مداوم و پیک مورد نیاز

4. مدت زمان اوج جریان

5. طول، عرض و ارتفاع محفظه باتری

6. حداکثر وزن مجاز باتری

7. محدوده سواری هدف و سرعت عملیات

8. ولتاژ شارژ، جریان و زمان شارژ مورد نیاز

9. جریان احیا کننده - ترمز

10. محدوده دمای عملیاتی

11. شرایط جاده، ارتعاش و ضد آب

12. الزامات ارتباطی مانند CAN یا UART

13. عمر چرخه مورد نیاز

14. بازار هدف و الزامات صدور گواهینامه

15. نمونه اولیه و مقادیر تولید

بدون این اطلاعات، توصیه یک سلول باتری عمدتاً حدس و گمان است.

کیسه، منشوری یا استوانه ای: کدام بهتر است؟

هیچ برنده جهانی وجود ندارد.

سلول‌های استوانه‌ای برای بسته‌های باتری استاندارد و با حجم بالا و برنامه‌هایی که از فرآیندهای تولید بالغ سود می‌برند، جذاب هستند. سلول های منشوری ساختار سفت و سختی را ارائه می دهند و می توانند مونتاژ را در یک محفظه معمولی ساده کنند. سلول‌های کیسه‌ای بزرگ به ویژه زمانی ارزشمند هستند که وزن کم، بسته‌بندی کارآمد، ظرفیت بالا و تعداد سلول‌های کم اهمیت دارند.

برای بسیاری از پروژه های موتورسیکلت الکتریکی با کارایی بالا 72 ولت و 74 ولت، سلول های کیسه ای بزرگ NMC ابتدا شایسته ارزیابی هستند. پیکربندی 20S1P با استفاده از سلول های 40Ah، 45Ah، 50Ah یا بزرگتر می تواند یک ساختار الکتریکی تمیز و استفاده عالی از فضای موجود ارائه دهد.

تصمیم همچنان باید بر اساس عملکرد اندازه گیری شده باشد نه تنها بر اساس فرمت. ظرفیت، مقاومت داخلی DC، جریان پیوسته، جریان پالس، افت ولتاژ، افزایش دما، عمر چرخه و یکپارچگی مکانیکی همه نیاز به بررسی دارند.

راه حل های سلول باتری موتور سیکلت الکتریکی از Misen

Misen راه حل های NMC، LFP، نیمه جامد و سایر راه حل های کیسه ای با فرمت بزرگ را برای موتورسیکلت های الکتریکی، اسکوترهای برقی، خودروهای الکتریکی سبک و سیستم های باتری سفارشی عرضه می کند. گزینه‌های سلول استوانه‌ای و منشوری انتخابی نیز برای پروژه‌هایی در دسترس هستند که آن فرمت‌ها تناسب فنی بهتری را ارائه می‌دهند.

تیم ما می تواند به ارزیابی کمک کند:

• شیمی سلولی و فرمت

• پیکربندی سری و موازی

• نیازهای جریان پیوسته و پیک

• ابعاد سلول و سازگاری با محفظه باتری

• تطبیق ظرفیت، ولتاژ و مقاومت داخلی

• تست نمونه و اعتبار سنجی پروژه

• ماژول باتری و بسته مورد نیاز سفارشی

برای ارزیابی پروژه موتور سیکلت برقی، ولتاژ، ظرفیت، توان موتور، جریان کنترلر و ابعاد محفظه باتری موجود را برای ما ارسال کنید.

مشخصاتی مانند '74V 45Ah' نقطه شروع خوبی است. انتخاب سلول مناسب از درک آنچه که موتورسیکلت باید انجام دهد ناشی می شود.