Pussi vs. prismaattiset vs. sylinterimäiset kennot sähkömoottoripyörien akkupakkauksille: kuinka valita

Oikean kennokennon valinta on yksi ensimmäisistä ja tärkeimmistä päätöksistä sähkömoottoripyörän akkuprojektissa.

Ostaja voi aloittaa yksinkertaisella tiedolla, kuten '72V 40Ah' tai '74V 45Ah', mutta pelkkä jännite ja kapasiteetti eivät kerro akun valmistajalle, mitä kennoa tulisi käyttää. Moottorin teho, säätimen virta, käytettävissä oleva asennustila, tavoitepaino, käyttölämpötila ja odotettu käyttöikä vaikuttavat kaikki lopulliseen valintaan.

Sähkömoottoripyörien akkupakkauksissa harkitaan yleisesti kolmea litiumionikennomuotoa:

• Suurikokoiset pussisolut

• Prismaattiset kennot jäykillä metallikoteloilla

• Sylinterimäiset kennot, kuten 18650, 21700 ja 4680

Jokaisella formaatilla on todistettuja sovelluksia. Oikea valinta riippuu vähemmän siitä, mikä kenno näyttää edistyneemmältä, vaan enemmän siitä, kuinka hyvin se sopii moottoripyörään ja sen sähköiseen kuormaan.

Tämä opas selittää tärkeimmät erot ja käyttää 74V 45Ah NMC-akkua käytännöllisenä valintaesimerkkinä.

Miksi solumuodolla on väliä sähkömoottoripyörässä

Sähkömoottoripyörät asettavat akuille erilaisia ​​vaatimuksia kuin henkilöautot tai kiinteät energian varastointijärjestelmät.

Asennustilaa on rajoitetusti. Paino vaikuttaa suoraan käsittelyyn ja kantamaan. Kiihdytys voi vaatia suuren virran purskeen, kun taas kiipeily tai nopea ajo voi pitää akun raskaan kuormituksen alaisena useita minuutteja. Myös tien tärinä, altistuminen vedelle ja toistuvat lämpötilan muutokset on otettava huomioon.

Solun muoto vaikuttaa:

• Pakkauksen paino ja käyttöenergia

• Tilankäyttö akkukotelon sisällä

• Jatkuva ja huippupurkauskyky

• Kennojen lukumäärä ja sähköliitännät

• Jäähdytys ja lämpötilan tasaisuus

• Kestää tärinää ja mekaanisia iskuja

• Tuotantolaitteet ja kokoonpanokustannukset

• Huolto- ja vaihtostrategia

Akkupaketti tulisi siksi suunnitella ajoneuvon ympärille, ei vain vapaan kennon ympärille.

Kolmen solumuodon nopea vertailu

Valintatekijä	Pussisolu	Prismaattinen kenno	Sylinterimäinen kenno
Gravimetrinen energiatiheys	Yleensä erittäin kilpailukykyinen	Kohtalainen tai korkea	Riippuu vahvasti solumallista
Tilan käyttö	Erinomainen	Hyvä tavallisessa kotelossa	Alempi solujen välisten aukkojen vuoksi
Solun kapasiteetti	Yleensä kymmenistä yli 100 Ah	Yleensä kymmenistä satoihin Ah	Yleensä useita Ah per solu
Solujen lukumäärä pakkauksessa	Matala	Matala	Korkea
Mekaaninen suojaus	Pakkauksen tulee olla mukana	Jäykkä kennokotelo	Vahva yksittäinen metallikotelo
Korkea tehon saatavuus	Sopii tiettyihin NMC-malleihin	Riippuu tietystä mallista	Monet todistetusti korkeatasoiset vaihtoehdot
Pakkauksen muodon joustavuus	Korkea	Kohtalainen	Korkea solujärjestely
Solujen kytkentätyöt	Vähemmän, suurempia liitäntöjä	Vähemmän, suurempia liitäntöjä	Paljon pieniä yhteyksiä
Turvotuksen hallinta	Edellyttää hallittua pakkausta	Vaatii vielä mekaanista harkintaa	Pääasiassa solukotelon hallinnoima
Tyypillinen vahvuus	Kevyt ja tehokas pakkaus	Rakenteellinen jäykkyys ja yksinkertaiset moduulit	Standardointi ja valmistuksen kypsyys

Taulukko tarjoaa vain yleisen vertailun. Kahdella saman muodon kennolla voi olla täysin erilaiset teho-, kierto- ja lämpöominaisuudet.

Suurikokoiset pussisolut

Pussisolussa käytetään kevyttä laminoitua alumiini-muovikalvoa paksun teräs- tai alumiinikotelon sijaan. Tämä vähentää inaktiivista pakkausmateriaalia ja mahdollistaa enemmän pakkauksen painon käyttämisen energian varastointiin.

Sähkömoottoripyörälle, jossa on rajoitettu akkutila, se voi olla suuri etu.

Miksi pussisolut toimivat hyvin sähkömoottoripyörissä

Suuret NMC-pussisolut voivat yhdistää suuren kapasiteetin, kevyen painon ja vahvan tehon litteässä suorakaiteen muotoisessa rakenteessa. Ne ovat erityisen houkuttelevia moottoripyörissä, joissa akun täytyy mahtua kapeaan runkoon tai kompaktiin istuimen alle.

Esimerkiksi 45 Ah pussikenno voi mahdollistaa 74 V 45 Ah akun kokoamisen yksinkertaisessa 20S1P-kokoonpanossa. Vain 20 solua tarvitaan.

Tämä tarjoaa useita käytännön etuja:

• Vähemmän soluja tarkastettaviksi ja sovitettaviksi

• Vähemmän sarja- ja rinnakkaisliitäntöjä

• Vähemmän johdotuksia ja vähemmän hitsauskohtia

• Ei tarvitse hallita useita rinnakkaisia ​​kennoja kussakin jänniteryhmässä

• Tehokas käyttö rajoitetun kotelon tilavuuden

• Suuret tasaiset pinnat, jotka voivat koskettaa lämmönsiirtomateriaaleja

• Pienempi pakkauksen paino verrattuna moniin jäykiin kotelovaihtoehtoihin

Tehokkaissa moottoripyörissä painon vähentäminen ei tarkoita vain toimintasäteen pidentämistä. Kevyempi akku voi myös parantaa ajoneuvon tasapainoa, kiihtyvyyttä ja käsittelyä.

Pussisolut tarvitsevat oikean mekaanisen suunnittelun

Jäykän metallikuoren puuttuminen tarkoittaa, että pakkausrakenteen on suojattava kennoja.

Hyvin suunnitellun puskukenno-akun tulisi sisältää:

• Hallittu ja tasaisesti jakautunut solupakkaus

• Normaali paksuusmuutos huollon aikana

• Eristys kielekkeiden, virtakiskojen ja kotelon välillä

• Suojaus teräviltä reunoilta ja puhkaisuilta

• Turvallinen sijainti tien tärinää vastaan

• Lämpöesteet tai välit tarvittaessa

• Luotettava kielekehitsaus

• Vahva ulkoinen kotelo

Kennoja ei saa puristaa mahdollisimman tiukasti, eikä niitä saa jättää löysäksi akkukotelon sisään. Liiallinen paine voi vaurioittaa solua, kun taas riittämätön tuki voi aiheuttaa liikkumista, turvotusta ja rasitusta kielekkeissä.

Pussikennot ovat siksi vahva vaihtoehto, kun akun valmistajalla on kokemusta puristuskehyksistä, kielekkeistä ja koteloiden suunnittelusta.

Prismaattiset solut

Prismaattiset kennot käyttävät jäykkää suorakaiteen muotoista metallikoteloa. Pussikennojen tavoin niitä on saatavana suhteellisen suuria kapasiteettia, joten akkupaketti voidaan rakentaa pienellä määrällä kennoja.

74 V 45 Ah paketille sopiva 45 Ah tai 50 Ah NMC prismaattinen kenno voisi myös tukea 20S1P-kokoonpanoa.

Prismaattisten solujen edut

Jäykkä kotelo tarjoaa mekaanisen tuen ja helpottaa kennojen sijoittamista tavalliseen suorakaiteen muotoiseen koteloon. Liittimen rakenteesta riippuen myös kiskojen asennus ja moduulien kokoaminen voivat olla yksinkertaisia.

Prismaattiset kennot voivat olla käytännöllinen valinta, kun:

• Paristokotelossa on säännöllinen laatikko

• Mekaaninen kestävyys on etusijalla minimipainoon nähden

• Ajoneuvoa käytetään epätasaisilla teillä

• Akku on asennettu kuormamoottoripyörään tai sähköiseen kolmipyörään

• Saatavilla on testattu kenno, jolla on oikea kapasiteetti ja purkausnopeus

• Pakkauksen valmistajalla on jo yhteensopiva moduulirakenne

Metallikotelo kuitenkin lisää painoa ja vie tilaa. Prismaattiset kennojen mitat ovat myös vähemmän joustavia, joten teknisesti sopiva kenno ei välttämättä sovi käytettävissä olevaan akkutilaan.

Toinen yleinen virhe on oletus, että jokainen auton prismakenno sopii sähkömoottoripyörälle. Jotkut suuret NMC-prismaattiset kennot on suunniteltu pääasiassa energiakapasiteettia varten korkean virran sijaan. Niiden kapasiteetti saattaa näyttää houkuttelevalta, mutta niiden sallittu jatkuva purkautuminen, suorituskyky alhaisessa lämpötilassa tai lämpökäyttäytyminen ei välttämättä vastaa moottoripyörän ohjainta.

Tietolomake – ja mieluiten riippumaton solutestaus – on tarkistettava ennen valintaa.

Sylinterimäiset solut

Sylinterimäisiä kennoja käytetään laajalti sähköskoottereissa, sähköpyörissä ja moottoripyörissä. Yleisiä muotoja ovat 18650 ja 21700, kun taas suuremmat sylinterimäiset solut, kuten 4680, tulevat useammille liikkuvuussovelluksille.

Niiden metallikotelo tarjoaa hyvän yksilöllisen mekaanisen suojan, ja solujen lajitteluun, sijoitteluun ja hitsaukseen on saatavilla kypsät automatisoidut laitteet.

Miksi valmistajat valitsevat sylinterimäiset kennot?

Sylinterimäisillä kennoilla on useita etuja:

• Standardoidut mitat

• Laaja toimittajan saatavuus

• Kypsä suuren volyymin tuotanto

• Hyvä mekaaninen lujuus

• Monet nopeat soluvaihtoehdot

• Joustavat pakkausmuodot erilaisilla solujärjestelyillä

• Pienempi energiasisältö solua kohden

Pienempi kennokoko voi myös helpottaa virran ja lämmön jakamista useiden kennojen kesken. Oikein suunniteltu sylinterimäinen pakkaus voi tuottaa erinomaisen tehon.

Kompromissi on monimutkaisuus.

Suuri sähkömoottoripyörän akku voi sisältää satoja sylinterimäisiä kennoja. Jokainen kenno vaatii tarkastuksen, ryhmittelyn ja sähköliitännät. Kennojen pidikkeet ja jäähdytysraot kuluttavat tilaa, kun taas suuri määrä hitsejä lisää tuotannon yhtenäisyyden merkitystä.

Jos esimerkiksi 74 V:n 45 Ah:n pakkaus käyttää 5 Ah:n lieriömäisiä kennoja, likimääräinen kokoonpano olisi:

• 20 solua sarjassa

• 9 solua rinnakkain

• 20S9P

• Yhteensä 180 solua

Jos valitaan 4,5 Ah:n kennot, paketti saattaa vaatia 20S10P-kokoonpanon, jossa on 200 kennoa.

Vertailun vuoksi 45 Ah:n pussi tai prismaattinen ratkaisu voi tarvita vain 20 suurikokoista kennoa.

Sylinterimäiset kennot sopivat hyvin standardisoituihin, suurivolyymiin tuotteisiin. Pienen volyymin mukautetun akun osalta työkalut, hitsaus- ja kokoonpanotyöt voivat kuitenkin tehdä suunnittelusta vähemmän houkuttelevan.

Mikä solumuoto sopii erilaisiin sähkömoottoripyöräprojekteihin?

Urban sähköskootterit

Sylinterimäiset kennot ovat usein käytännöllinen valinta standardoituihin kaupunkiskoottereihin, varsinkin kun tuotantomäärä on suuri ja tehontarve kohtalainen.

Suuret pussisolut voivat olla houkuttelevia myös silloin, kun valmistaja haluaa enemmän kapasiteettia kompaktissa kotelossa tai vähemmän rinnakkaisia ​​ryhmiä.

Tehokkaat sähkömoottoripyörät

Suuret NMC-pussikennot ovat usein vahvoja ehdokkaita korkean suorituskyvyn moottoripyöriin, koska ne voivat tarjota hyödyllisen tasapainon energiatiheyden, purkaustehon ja pakkaustehokkuuden välillä.

Lopullinen päätös riippuu edelleen kennon todellisesta purkausarvosta. Suurikapasiteettista energiakennoa ei pidä käsitellä suuritehoisena kennona, elleivät sen tekniset tiedot ja testitiedot tue vaadittua virtaa.

Rahtimoottoripyörät ja sähköiset kolmipyörät

Prismaattiset kennot voivat olla suositeltavia, kun kotelointitila on säännöllinen ja mekaaninen lujuus on tärkeää. LFP-prismaattisia kennoja harkitaan myös yleisesti, kun syklin käyttöikä ja lämpöstabiilisuus ovat tärkeämpiä kuin vähimmäispaino.

Jos NMC-kemiaa vaaditaan, sekä prisma- että pussivaihtoehtoja tulee verrata purkaussuorituskyvyn, mittojen ja pakkauksen painon perusteella.

Vaihdettavat akkujärjestelmät

Vaihdettavien akkujen tulee tasapainottaa energia, paino, käsittely ja mekaaninen kestävyys.

Sylinterimäisillä kennoilla on vahva ennätys standardoiduissa vaihtojärjestelmissä. Pussikennot voivat parantaa tilankäyttöä, mutta akun kotelo ja sisäinen tukirakenne on suunniteltava toistuvaa poistamista ja käsittelyä varten.

Prototyyppi- ja pienten volyymien mukautetut projektit

Suurikokoiset pussi- tai prismaattiset kennot voivat vähentää solujen kokonaismäärää ja yksinkertaistaa sähköistä arkkitehtuuria. Tämä tekee niistä houkuttelevia prototyyppimoottoripyörille ja räätälöityihin akkuprojekteihin edellyttäen, että tarvittavat liitos- ja mekaaniset prosessit ovat saatavilla.

Tapaustutkimus: Kennojen valinta 74 V 45 Ah sähkömoottoripyörän akkupakkaukseen

Oletetaan, että asiakas pyytää '7445-akkua.' Ennen suunnittelun aloittamista valmistajan tulee ensin varmistaa, että tämä tarkoittaa 74V ja 45Ah.

3,7 V NMC-kennoilla peruskokoonpano olisi seuraava:

• Kokoonpano: 20S

• Nimellisjännite: 20 × 3,7 V = 74 V

• Täysi latausjännite: 20 × 4,2 V = 84 V

• Nimelliskapasiteetti: 45Ah

• Nimellisenergia: 74V × 45Ah = 3,33 kWh

Ensi silmäyksellä 20S1P-paketti, jossa on 45 Ah pussikennoja, näyttää suoraviivaiselta. Mutta moottorin ja säätimen virta määrää, onko valittu kenno sopiva.

Moottorin teho ja akun virta

Teoreettinen virta nimellisjännitteellä voidaan arvioida seuraavasti:

[
I = rac{P}{V}
]

Tämä antaa seuraavat likimääräiset arvot:

Moottorin	huipputeho Virta 74 V
3 kW	41A
5 kW	68A
8 kW	108A
10 kW	135A

Nämä ovat yksinkertaistettuja nimellisjännitelaskelmia. Todellinen akun virta voi olla suurempi, koska akun jännite laskee alhaisella lataustasolla ja koska säädin, moottori ja johdot eivät ole 100 % tehokkaita.

Säätimen akun maksimivirta on yleensä hyödyllisempi kuin moottorin tyyppikilvestä kennoa valittaessa.

Jos ohjain sallii 120A akkuvirran, 45Ah kennon on tuettava:

[
120A div 45Ah = 2,67 C
]

Kenno, joka on mitoitettu vain 1C jatkuvalle purkaukselle, ei olisi turvallinen valinta tähän käyttötilaan. Tarvitaan kenno, jolla on sopiva jatkuva virta, pulssivirta, lämpötilan nousu ja jännitehäviö.

Vaihtoehto 1: 20S1P 45Ah NMC pussikennot

Tämä on yleensä ensimmäinen vaihtoehto arvioitavaksi, kun projekti priorisoi:

• Alhainen akun paino

• Kompaktit mitat

• Tehokas asennustilan käyttö

• Yksinkertainen 1P sähkörakenne

• Korkea energiatiheys

• Vahva kiihtyvyys

Kennon on vielä läpäistävä purkauksen, lämpötilan ja syklin käyttöiän arviointi odotetun toimintaprofiilin mukaisesti.

Vaihtoehto 2: 20S1P 45Ah tai 50Ah NMC Prismatic Cells

Tämä voi olla sopiva, kun:

• Kotelo on suuri ja suorakaiteen muotoinen

• Ylimääräinen solupaino on hyväksyttävä

• Rakenteellinen jäykkyys on etusijalla

• Valitussa prismakennossa on riittävä tehokapasiteetti

• Kennojen mitat vastaavat paristokoteloa

Valmistajan ei pitäisi valita prismaattista kennoa vain siksi, että sen metallikotelo näyttää turvallisemmalta. Solukemia, sisäinen suunnittelu, laadun yhtenäisyys, BMS-strategia, sulatus ja lämpö-etenemissuoja ovat tärkeämpiä kuin pelkkä ulkoinen muoto.

Vaihtoehto 3: Sylinterimäinen 20S9P- tai 20S10P-paketti

Tämä voi toimia hyvin, kun:

• Saatavilla on todistetusti nopea sylinterimäinen kenno

• Valmistajalla on automaattiset lajittelu- ja hitsauslaitteet

• Akkusuunnittelun odotetaan siirtyvän vakaaseen volyymituotantoon

• Koteloon mahtuu suurempi määrä kennoja ja pidikkeitä

• Solutason nykyinen jakaminen on vahvistettu

Pienessä tilauksessa suuri solujen määrä ja kokoonpanon monimutkaisuus voivat tehdä sylinterimäisestä vaihtoehdosta vähemmän tehokkaan.

Tiedot vaaditaan ennen solun valintaa

Ennen kennoa suosittelevan vastuullisen akun toimittajan tulee kysyä muutakin kuin jännitettä ja kapasiteettia.

Seuraavat tiedot ovat erityisen tärkeitä:

1. Moottorin nimellisteho ja huipputeho

2. Säätimen akun enimmäisvirta

3. Vaadittu jatkuva ja huippupurkausvirta

4. Huippuvirran kesto

5. Akkulokeron pituus, leveys ja korkeus

6. Suurin sallittu akun paino

7. Tavoite ajoalue ja ajonopeus

8. Latausjännite, virta ja tarvittava latausaika

9. Regeneratiivinen jarrutusvirta

10. Käyttölämpötila-alue

11. Tie-, tärinä- ja vedenpitävyysolosuhteet

12. Viestintävaatimukset, kuten CAN tai UART

13. Vaadittu syklin käyttöikä

14. Kohdemarkkinat ja sertifiointivaatimukset

15. Prototyyppi ja tuotantomäärät

Ilman näitä tietoja akkukennon suositteleminen on enimmäkseen arvailua.

Pussi, prismaattinen vai sylinterimäinen: kumpi on paras?

Ei ole olemassa universaalia voittajaa.

Sylinterimäiset kennot ovat houkuttelevia standardoiduissa, suurivolyymissa akuissa ja sovelluksissa, jotka hyötyvät kypsistä valmistusprosesseista. Prismaattiset kennot tarjoavat jäykän rakenteen ja voivat yksinkertaistaa kokoamista tavalliseen koteloon. Suuret pussisolut ovat erityisen arvokkaita, kun alhainen paino, tehokas pakkaus, suuri kapasiteetti ja alhainen solumäärä ovat tärkeitä.

Monissa 72V ja 74V korkean suorituskyvyn sähkömoottoripyöräprojekteissa suuret NMC-pussikennot ansaitsevat arvioinnin ensin. 20S1P-kokoonpano, jossa käytetään 40 Ah, 45 Ah, 50 Ah tai suurempia kennoja, voi tarjota puhtaan sähkörakenteen ja erinomaisen käytettävissä olevan tilan käytön.

Päätöksen tulisi silti perustua mitattuun suorituskykyyn eikä pelkkään muotoon. Kapasiteetti, DC sisäinen resistanssi, jatkuva virta, pulssivirta, jännitehäviö, lämpötilan nousu, syklin käyttöikä ja mekaaninen integrointi on kaikki tarkistettava.

Sähkömoottoripyörien akkukennoratkaisut Miseniltä

Misen toimittaa suurikokoisia NMC-, LFP-, puolikiinteitä ja muita pussikennoratkaisuja sähkömoottoripyöriin, sähköskoottereihin, kevyisiin sähköajoneuvoihin ja räätälöityihin akkujärjestelmiin. Valitut lieriömäiset ja prismaattiset kennovaihtoehdot ovat myös saatavilla projekteihin, joissa nämä muodot tarjoavat paremman teknisen sopivuuden.

Tiimimme voi auttaa arvioimaan:

• Solukemia ja muoto

• Sarja- ja rinnakkaiskokoonpano

• Jatkuvat ja huippuvirran vaatimukset

• Kennojen mitat ja akkutilan yhteensopivuus

• Kapasiteetin, jännitteen ja sisäisen vastuksen sovitus

• Näytetestaus ja projektin validointi

• Mukautetut akkumoduuli- ja pakkausvaatimukset

Sähkömoottoripyöräprojektin arvioimiseksi lähetä meille tarvittava jännite, kapasiteetti, moottorin teho, säätimen virta ja käytettävissä olevat akkutilan mitat.

Erittely, kuten '74V 45Ah', on hyvä lähtökohta. Oikea soluvalinta tulee ymmärtämällä, mitä moottoripyörän on tehtävä.