פאוץ' לעומת תאים פריזמטיים לעומת תאים גליליים עבור חבילות סוללות לאופנועים חשמליים: כיצד לבחור

בחירת תא התא הנכון היא אחת ההחלטות הראשונות - והחשובות ביותר - בפרויקט סוללת אופנוע חשמלי.

קונה יכול להתחיל עם מפרט פשוט כגון '72V 40Ah' או '74V 45Ah,' אך מתח וקיבולת לבדם אינם אומרים ליצרן הסוללות באיזה תא יש להשתמש. כוח המנוע, זרם הבקר, שטח ההתקנה הפנוי, משקל היעד, טמפרטורת הפעולה וחיי השירות הצפוי כולם משפיעים על הבחירה הסופית.

שלושה פורמטים של תאי ליתיום-יון נחשבים בדרך כלל עבור ערכות סוללות לאופנועים חשמליים:

• תאי פאוץ' בפורמט גדול

• תאים מנסרים עם מארזי מתכת קשיחים

• תאים גליליים כגון 18650, 21700 ו-4680

לכל פורמט יש יישומים מוכחים. הבחירה הנכונה תלויה פחות באיזה תא נראה מתקדם יותר ויותר במידת ההתאמה שלו לאופנוע ולעומס החשמלי שלו.

מדריך זה מסביר את ההבדלים העיקריים ומשתמש בחבילת סוללות 74V 45Ah NMC כדוגמה מעשית לבחירה.

מדוע פורמט התא חשוב באופנוע חשמלי

אופנועים חשמליים מציבים דרישות שונות לסוללות מאשר מכוניות נוסעים או מערכות אחסון אנרגיה נייחות.

מקום ההתקנה מוגבל. המשקל משפיע ישירות על הטיפול והטווח. האצה עשויה לדרוש פרץ גדול של זרם, בעוד טיפוס או רכיבה במהירות גבוהה עשויים לשמור על הסוללה תחת עומס כבד למשך מספר דקות. יש לקחת בחשבון גם רעידות בכביש, חשיפה למים ושינויי טמפרטורה חוזרים.

פורמט התא משפיע על:

• משקל אריזה ואנרגיה שמישה

• ניצול מקום בתוך מארז הסוללה

• יכולת פריקה רציפה ושיא

• מספר תאים וחיבורי חשמל

• קירור ועקביות טמפרטורה

• עמידות בפני רעידות ופגיעה מכנית

• ציוד ייצור ועלות הרכבה

• אסטרטגיית תחזוקה והחלפה

לכן יש לתכנן ערכת סוללות סביב הרכב, ולא רק סביב תא זמין.

השוואה מהירה של שלושת תבניות התאים

גורם בחירה	תא כיס	תא מנסרתי	תא גלילי
צפיפות אנרגיה גרבימטרית	בדרך כלל תחרותי מאוד	בינוני עד גבוה	תלוי מאוד במודל התא
ניצול שטח	מְעוּלֶה	טוב במתחם רגיל	נמוך יותר בגלל מרווחים בין התאים
קיבולת תאים	בדרך כלל עשרות עד מעל 100Ah	בדרך כלל עשרות עד מאות אה	בדרך כלל כמה אה לתא
מספר תאים בחבילה	נָמוּך	נָמוּך	גָבוֹהַ
הגנה מכנית	חייב להיות מסופק על ידי החבילה	דיור תאים קשיח	בית מתכת בודד חזק
זמינות בהספק גבוה	טוב לדגמי NMC נבחרים	תלוי בדגם הספציפי	אפשרויות רבות מוכחות בתעריף גבוה
גמישות צורת אריזה	גָבוֹהַ	לְמַתֵן	סידור תאים גבוה
עבודת חיבור סלולרי	פחות חיבורים גדולים יותר	פחות חיבורים גדולים יותר	הרבה חיבורים קטנים
ניהול נפיחות	דורש דחיסה מבוקרת	עדיין צריך שיקול מכני	מנוהל בעיקר על ידי בית התא
חוזק אופייני	משקל נמוך ואריזה יעילה	קשיחות מבנית ומודולים פשוטים	תקינה ובגרות ייצור

הטבלה מספקת השוואה כללית בלבד. שני תאים עם אותה פורמט יכולים להיות בעלי כוח, חיי מחזור ומאפיינים תרמיים שונים לחלוטין.

תאי פאוץ' בפורמט גדול

תא פאוץ' משתמש בסרט אלומיניום-פלסטיק למינציה קלת משקל במקום מארז פלדה או אלומיניום עבה. זה מפחית את חומרי האריזה הלא פעילים ומאפשר להשתמש ביותר ממשקל האריזה לאחסון אנרגיה.

עבור אופנוע חשמלי עם שטח סוללה מוגבל, זה יכול להיות יתרון גדול.

מדוע תאי פאוץ' עובדים היטב באופנועים חשמליים

תאי כיס NMC גדולים יכולים לשלב קיבולת גבוהה, משקל נמוך ותפוקת כוח חזקה במבנה מלבני שטוח. הם אטרקטיביים במיוחד עבור אופנועים שבהם הסוללה צריכה להתאים למסגרת צרה או למארז קומפקטי מתחת למושב.

תא פאוץ' 45Ah, למשל, עשוי לאפשר הרכבה של סוללת 74V 45Ah בתצורת 20S1P פשוטה. נדרשים רק 20 תאים.

זה מספק מספר יתרונות מעשיים:

• פחות תאים לבדוק ולהתאים

• פחות חיבורים סדרתיים ומקבילים

• פחות חיווט ופחות נקודות ריתוך

• אין צורך לנהל מספר תאים מקבילים בכל קבוצת מתח

• שימוש יעיל בנפח מארז מוגבל

• משטחים שטוחים גדולים שיכולים ליצור קשר עם חומרים מעבירי חום

• משקל אריזה נמוך יותר בהשוואה לחלופות רבות של מארזים קשיחים

עבור אופנועים בעלי ביצועים גבוהים, הפחתת משקל אינה רק הרחבת טווח. מצבר קל יותר יכול גם לשפר את איזון הרכב, האצה וטיפול.

תאי פאוץ' זקוקים לתכנון מכני מתאים

היעדר מעטפת מתכת קשיחה אומר שמבנה החפיסה חייב להגן על התאים.

סוללת פאוץ' מעוצבת היטב צריכה לכלול:

• דחיסת תאים מבוקרת ומפוזרת באופן שווה

• תוספת לשינוי עובי רגיל במהלך השירות

• בידוד בין לשוניות, פסים והמתחם

• הגנה מפני קצוות חדים ופנצ'ר

• מיקום מאובטח נגד רעידות כביש

• מחסומים תרמיים או מרווחים במידת הצורך

• ריתוך לשוניות אמין

• מארז חיצוני חזק

אין ללחוץ את התאים בחוזקה ככל האפשר, ואין להשאירם רופפים בתוך תיבת הסוללות. לחץ מוגזם עלול לפגוע בתא, בעוד שתמיכה לא מספקת עלולה לאפשר תנועה, נפיחות ולחץ בלשוניות.

תאי פאוץ' הם אפוא אופציה חזקה כאשר ליצרן הסוללות יש ניסיון עם מסגרות דחיסה, חיבורי כרטיסיות ועיצוב מארז.

תאים מנסרים

תאים מנסרים משתמשים בבית מתכת מלבני קשיח. כמו תאי פאוץ', הם זמינים בקיבולת גדולה יחסית, כך שניתן לבנות ערכת סוללות עם מספר קטן של תאים.

עבור חבילת 74V 45Ah, תא מנסרתי מתאים של 45Ah או 50Ah NMC יכול לתמוך גם בתצורת 20S1P.

היתרונות של תאים מנסרים

המארז הקשיח מספק תמיכה מכנית ומקל על מיקום התאים במארז מלבני רגיל. בהתאם לתכנון המסוף, גם התקנת פס והרכבת המודול עשויים להיות פשוטים.

תאים מנסרים יכולים להיות בחירה מעשית כאשר:

• לתא הסוללה צורת קופסה רגילה

• עמידות מכנית היא בעדיפות על משקל מינימום

• הרכב משמש בכבישים משובשים

• הסוללה מותקנת באופנוע מטען או תלת אופן חשמלי

• קיים תא מוכח עם קיבולת וקצב פריקה נכונים

• ליצרן החבילה כבר יש עיצוב מודול תואם

עם זאת, מארז המתכת מוסיף משקל ותופס מקום. מידות התא הפריזמטיות גם פחות גמישות, כך שתא מתאים מבחינה טכנית עשוי שלא להתאים לתא הסוללה הזמין.

טעות נפוצה נוספת היא ההנחה שכל תא פריזמטי לרכב מתאים לאופנוע חשמלי. כמה תאים מנסרים גדולים של NMC מתוכננים בעיקר עבור קיבולת אנרגיה ולא זרם גבוה. הקיבולת שלהם עשויה להיראות אטרקטיבית, אך ייתכן שהפריקה הרציפה המותרת, הביצועים בטמפרטורה נמוכה או ההתנהגות התרמית לא תואמת את בקר האופנוע.

יש לבדוק את גיליון הנתונים - ועדיף בדיקת תאים עצמאית - לפני הבחירה.

תאים גליליים

תאים גליליים נמצאים בשימוש נרחב בקורקינטים חשמליים, אופניים חשמליים ואופנועים. הפורמטים הנפוצים כוללים 18650 ו-21700, בעוד שתאים גליליים גדולים יותר כמו 4680 נכנסים ליישומי ניידות רבים יותר.

בית המתכת שלהם מספק הגנה מכנית אינדיבידואלית טובה, וציוד אוטומטי בוגר זמין למיון תאים, מיקום וריתוך.

מדוע יצרנים בוחרים בתאים גליליים

תאים גליליים מציעים מספר יתרונות:

• מידות סטנדרטיות

• זמינות ספקים רחבה

• ייצור בוגר בנפח גבוה

• חוזק מכני טוב

• אפשרויות תאים רבות בקצב גבוה

• צורות אריזה גמישות באמצעות סידורי תאים שונים

• תכולת אנרגיה קטנה יותר לתא

גודל התא הקטן יותר יכול גם להקל על חלוקת זרם וחום על פני מספר רב של תאים. אם מתוכננת נכון, חבילה גלילית יכולה לספק ביצועי כוח מצוינים.

הפשרה היא מורכבות.

סוללת אופנוע חשמלי גדול עשויה להכיל מאות תאים גליליים. כל תא מצריך בדיקה, קיבוץ וחיבור לחשמל. מחזיקי תאים ופערי קירור צורכים מקום, בעוד שמספר הריתוכים הגדול מגדיל את החשיבות של עקביות הייצור.

לדוגמה, אם חבילת 74V 45Ah משתמשת בתאים גליליים של 5Ah, התצורה המשוערת תהיה:

• 20 תאים בסדרה

• 9 תאים במקביל

• 20S9P

• 180 תאים בסך הכל

אם נבחרו תאי 4.5Ah, ייתכן שהחבילה תדרוש תצורת 20S10P עם 200 תאים.

לשם השוואה, נרתיק 45Ah או פתרון מנסרתי עשוי להזדקק ל-20 תאים בפורמט גדול בלבד.

תאים גליליים מתאימים היטב למוצרים בעלי נפח גבוה בסטנדרטים גבוהים. עם זאת, עבור סוללה מותאמת אישית בנפח נמוך, עבודת הכלים, הריתוך וההרכבה יכולים להפוך את העיצוב לפחות אטרקטיבי.

איזה פורמט תא מתאים לפרויקטים שונים של אופנועים חשמליים?

קטנועים חשמליים עירוניים

תאים גליליים הם לרוב בחירה מעשית עבור קטנועים עירוניים סטנדרטיים, במיוחד כאשר נפח הייצור גבוה ודרישת ההספק מתונה.

תאי כיס גדולים יכולים להיות אטרקטיביים גם כאשר היצרן רוצה יותר קיבולת במתחם קומפקטי או פחות קבוצות מקבילות.

אופנועים חשמליים בעלי ביצועים גבוהים

תאי כיס NMC גדולים הם לרוב מועמדים חזקים לאופנועים בעלי ביצועים גבוהים מכיוון שהם יכולים לספק איזון שימושי בין צפיפות אנרגיה, כוח פריקה ויעילות אריזה.

ההחלטה הסופית עדיין תלויה בדירוג הפריקה בפועל של התא. אין להתייחס לתא אנרגיה בעל קיבולת גבוהה כאל תא בעל הספק גבוה אלא אם המפרטים ונתוני הבדיקה שלו תומכים בזרם הנדרש.

אופנועי מטען ותלת אופן חשמליים

תאים פריזמטיים עשויים להיות מועדפים כאשר חלל המתחם רגיל וחוזק מכני חשוב. תאים מנסרים מסוג LFP נחשבים לרוב גם כאשר חיי המחזור והיציבות התרמית חשובים יותר ממשקל המינימום.

אם נדרשת כימיה של NMC, יש להשוות בין אפשרויות הפריזמטיות והכיס לפי ביצועי פריקה, מידות ומשקל האריזה.

מערכות סוללות הניתנות להחלפה

סוללות הניתנות להחלפה צריכות לאזן בין אנרגיה, משקל, טיפול ועמידות מכנית.

לתאים גליליים יש רקורד חזק במערכות החלפה סטנדרטיות. תאי פאוץ' יכולים לשפר את ניצול החלל, אך יש לעצב את מארז הסוללה ומבנה התמיכה הפנימי להסרה וטיפול תכופים.

אב טיפוס ופרויקטים מותאמים אישית בנפח נמוך

כיס בפורמט גדול או תאים מנסרים יכולים להפחית את ספירת התאים הכוללת ולפשט את הארכיטקטורה החשמלית. זה הופך אותם לאטרקטיביים עבור אב טיפוס לאופנועים ופרויקטים של סוללות מותאמות אישית, בתנאי שההצטרפות הדרושים ותהליכים מכניים זמינים.

תיאור מקרה: בחירת תאים עבור חבילת סוללות לאופנוע חשמלי 74V 45Ah

נניח שלקוח מבקש 'חבילת סוללות 7445'. לפני תחילת התכנון, על היצרן לאשר תחילה שזה אומר 74V ו-45Ah.

באמצעות תאי NMC של 3.7V, התצורה הבסיסית תהיה:

• תצורה: 20S

• מתח נומינלי: 20 × 3.7V = 74V

• מתח טעינה מלאה: 20 × 4.2V = 84V

• קיבולת מדורגת: 45Ah

• אנרגיה נומינלית: 74V × 45Ah = 3.33kWh

במבט ראשון, חבילת 20S1P המשתמשת בתאי פאוץ' של 45Ah נראית פשוטה. אבל זרם המנוע והבקר יקבעו אם התא הנבחר מתאים.

כוח מנוע וזרם סוללה

ניתן להעריך זרם תיאורטי במתח נומינלי כ:

[
I = rac{P}{V}
]

זה נותן את הערכים המשוערים הבאים: שיא

הספק מנוע	זרם ב-74V
3 קילוואט	41א
5 קילוואט	68A
8 קילוואט	108A
10 קילוואט	135A

אלה הם חישובי מתח נומינלי פשוטים. זרם הסוללה בפועל יכול להיות גבוה יותר מכיוון שמתח החבילה יורד במצב טעינה נמוך ומכיוון שהבקר, המנוע והחיווט אינם יעילים ב-100%.

זרם הסוללה המרבי של הבקר הוא בדרך כלל שימושי יותר מאשר לוחית השם של המנוע בעת בחירת תא.

אם הבקר מאפשר זרם סוללה של 120A, תא 45Ah חייב לתמוך:

[
120A div 45Ah = 2.67C
]

תא שמדורג לפריקה רציפה של 1C בלבד לא יהיה בחירה בטוחה למצב הפעלה זה. נדרש תא עם זרם רציף מתאים, זרם דופק, עליית טמפרטורה וביצועי ירידת מתח.

אפשרות 1: 20S1P 45Ah NMC Pouch Cells

זוהי בדרך כלל האפשרות הראשונה להעריך מתי הפרויקט נותן עדיפות:

• משקל סוללה נמוך

• מידות קומפקטיות

• ניצול יעיל של שטח ההתקנה

• מבנה חשמלי פשוט 1P

• צפיפות אנרגיה גבוהה

• ביצועי תאוצה חזקים

התא עדיין צריך לעבור הערכת פריקה, טמפרטורה וחיי מחזור תחת פרופיל הפעולה הצפוי.

אפשרות 2: 20S1P 45Ah או 50Ah NMC Prismatic Cells

זה עשוי להתאים כאשר:

• המתחם גדול ומלבני

• משקל התא הנוסף מקובל

• קשיחות מבנית היא בראש סדר העדיפויות

• לתא הפריזמטי הנבחר יש יכולת כוח מספקת

• מידות התא תואמות לתא הסוללה

היצרן לא צריך לבחור תא מנסרתי רק בגלל שהמארז המתכתי שלו נראה בטוח יותר. כימיה של התא, עיצוב פנימי, עקביות איכות, אסטרטגיית BMS, היתוך והגנה מפני התפשטות תרמית חשובים יותר מהצורה החיצונית בלבד.

אפשרות 3: חבילה גלילית 20S9P או 20S10P

זה יכול לעבוד היטב כאשר:

• זמין תא גלילי מוכח בקצב גבוה

• ליצרן ציוד מיון וריתוך אוטומטי

• עיצוב הסוללה צפוי להיכנס לייצור נפח יציב

• המתחם יכול להכיל את המספר הגדול יותר של תאים ומחזיקים

• שיתוף הנוכחי ברמת התא אומת

עבור הזמנה מותאמת אישית קטנה, ספירת התאים הגבוהה ומורכבות ההרכבה עשויות להפוך את האופציה הגלילית לפחות יעילה.

מידע נדרש לפני בחירת תאים

לפני המלצה על תא, ספק סוללות אחראי צריך לבקש יותר ממתח וקיבולת.

המידע הבא חשוב במיוחד:

1. הספק מדורג של מנוע ושיא הספק

2. בקר זרם סוללה מרבי

3. נדרש זרם פריקה רציף ושיא

4. משך שיא זרם

5. אורך, רוחב וגובה תא הסוללה

6. משקל סוללה מקסימלי מותר

7. יעד טווח רכיבה ומהירות פעולה

8. מתח טעינה, זרם וזמן טעינה נדרש

9. זרם בלימה רגנרטיבי

10. טווח טמפרטורות הפעלה

11. תנאי דרך, רעידות ואיטום

12. דרישות תקשורת כגון CAN או UART

13. חיי מחזור נדרשים

14. שוק היעד ודרישות הסמכה

15. אב טיפוס וכמויות ייצור

ללא מידע זה, המלצה על תא סוללה היא בעיקר ניחוש.

פאוץ', מנסרתי או גלילי: מה הכי טוב?

אין מנצח אוניברסלי.

תאים גליליים אטרקטיביים עבור ערכות סוללות סטנדרטיות בנפח גבוה ויישומים הנהנים מתהליכי ייצור בוגרים. תאים מנסרים מציעים מבנה קשיח ויכולים לפשט את ההרכבה במתחם רגיל. תאי כיס גדולים חשובים במיוחד כאשר משקל נמוך, אריזה יעילה, קיבולת גבוהה וספירת תאים נמוכה חשובים.

עבור פרויקטים רבים של אופנועים חשמליים בעלי ביצועים גבוהים של 72V ו-74V, ראוי להעריך תחילה תאי פאוץ' גדולים של NMC. תצורת 20S1P המשתמשת בתאים של 40Ah, 45Ah, 50Ah או יותר יכולה לספק מבנה חשמלי נקי וניצול מצוין של השטח הפנוי.

ההחלטה עדיין צריכה להתבסס על ביצועים מדודים ולא על פורמט בלבד. יש לבדוק קיבולת, התנגדות פנימית DC, זרם רציף, זרם דופק, נפילת מתח, עליית טמפרטורה, חיי מחזור ואינטגרציה מכנית.

פתרונות תא סוללה לאופנוע חשמלי מבית Misen

Misen מספקת פתרונות NMC, LFP, מוצקים למחצה ואחרים עם תא פאוץ' בפורמט גדול עבור אופנועים חשמליים, קורקינטים חשמליים, כלי רכב חשמליים קלים ומערכות סוללות מותאמות אישית. אפשרויות נבחרות של תאים גליליים ומנסרים זמינות גם עבור פרויקטים שבהם פורמטים אלה מספקים התאמה טכנית טובה יותר.

הצוות שלנו יכול לעזור להעריך:

• כימיה ופורמט של התא

• תצורה סדרתית ומקבילית

• דרישות זרם רציף ושיא

• מידות התא ותאימות תא הסוללה

• התאמת קיבולת, מתח והתנגדות פנימית

• בדיקות לדוגמה ואימות פרויקט

• דרישות מודול סוללה וחבילה מותאמים אישית

כדי להעריך פרויקט אופנוע חשמלי, שלח לנו את המתח הנדרש, הקיבולת, הספק המנוע, זרם הבקר וממדי תא הסוללה הזמינים.

מפרט כגון '74V 45Ah' הוא נקודת התחלה טובה. בחירת התא הנכונה נובעת מהבנה מה האופנוע צריך לעשות.