इलेक्ट्रिक स्कूटर बैटरी रिप्लेसमेंट गाइड: सेल का चयन कैसे करें और एक सुरक्षित पैक कैसे डिज़ाइन करें

पुरानी स्कूटर बैटरी को बदलने से रेंज बहाल हो सकती है, वोल्टेज स्थिरता में सुधार हो सकता है और सड़क पर एक अच्छा वाहन चल सकता है। कठिन हिस्सा लेबल पर मुद्रित समान वोल्टेज वाली कोशिकाओं को नहीं ढूंढना है। यह नए सेल, बैटरी पैक, बीएमएस, चार्जर और वाहन नियंत्रक को एक सिस्टम के रूप में काम कर रहा है।

एक हालिया परियोजना ने इसे ध्यान में लाया। वाहन एक वेक्ट्रिक्स VX-1 मैक्सी-स्कूटर था, और प्रस्तावित प्रतिस्थापन सेल एक GBT 3.2V 70Ah LFP पाउच सेल था। VX-1 एक उपयोगी मामला है क्योंकि यह एक सामान्य कम्यूटर स्कूटर की तुलना में बहुत अधिक वोल्टेज पर काम करता है, लेकिन वही इंजीनियरिंग प्रश्न 48V डिलीवरी स्कूटर, 60V सिटी मॉडल, 72V प्रदर्शन स्कूटर और अन्य हल्के इलेक्ट्रिक वाहनों पर लागू होते हैं।

यह मार्गदर्शिका बताती है कि प्रतिस्थापन सेल की स्क्रीनिंग कैसे करें, पैक कॉन्फ़िगरेशन की गणना कैसे करें और उन विवरणों की पहचान करें जिन्हें किसी भी हार्डवेयर के निर्माण से पहले जांचा जाना चाहिए।

प्रतिस्थापन बैटरी एक प्रणाली है, कोशिकाओं का एक बॉक्स नहीं

एक स्कूटर में अभी भी एक अच्छी मोटर, चेसिस और नियंत्रक हो सकता है, भले ही उसकी मूल बैटरी अब काम करने योग्य न हो। यह सेल प्रतिस्थापन को आकर्षक बनाता है, विशेष रूप से बंद किए गए वाहनों या वाणिज्यिक स्कूटरों के लिए जिन्हें सेवा में बने रहने की आवश्यकता होती है।

हालाँकि, एक सफल रूपांतरण को एक ही समय में छह शर्तों को पूरा करना होगा:

• ऑपरेटिंग वोल्टेज नियंत्रक की सुरक्षित सीमा के अंदर रहना चाहिए।

• कोशिकाओं को अत्यधिक वोल्टेज शिथिलता के बिना निरंतर बिजली और लघु त्वरण शिखर की आपूर्ति करनी चाहिए।

• सेल और पैक हार्डवेयर को भौतिक रूप से बैटरी डिब्बे में फिट होना चाहिए।

• बीएमएस को प्रत्येक श्रृंखला समूह की सुरक्षा करनी चाहिए और ड्राइव करंट और पुनर्योजी चार्जिंग दोनों को संभालना चाहिए।

• चार्जर को नई केमिस्ट्री और श्रृंखला गणना के लिए सही वोल्टेज प्रोफ़ाइल का उपयोग करना चाहिए।

• तैयार पैक को कंपन, गर्मी, नमी, प्रभाव और बार-बार सेवा चक्र का सामना करना होगा।

यदि इनमें से एक भी शर्त चूक जाती है, तो कागज पर सही दिखने वाला पैक खराब रेंज दे सकता है, नियंत्रक दोषों को ट्रिगर कर सकता है या एक टालने योग्य सुरक्षा जोखिम पैदा कर सकता है।

वाहन से शुरू करें, प्रतिस्थापन सेल से नहीं

सेल चुनने से पहले, मूल वाहन डेटा एकत्र करें। केवल मॉडल नाम ही पर्याप्त नहीं है क्योंकि निर्माता अक्सर उत्पादन वर्षों और क्षेत्रीय संस्करणों में अलग-अलग बैटरी, चार्जर या फर्मवेयर का उपयोग करते हैं।

श्रृंखला और समानांतर कॉन्फ़िगरेशन पैक को कैसे बदलता है

श्रृंखला में जुड़े सेल वोल्टेज बढ़ाते हैं। समानांतर में जुड़े सेल क्षमता और वर्तमान क्षमता को बढ़ाते हैं। बुनियादी गणनाएँ सरल हैं:

शब्द '72V' एक सार्वभौमिक बैटरी का वर्णन नहीं करता है। 72V-क्लास NMC पैक आमतौर पर 20S के रूप में बनाया जाता है, जो लगभग 74V नाममात्र और पूर्ण चार्ज पर 84V देता है। एक 24S LFP पैक नाममात्र 76.8V देता है और प्रति सेल 3.65V चार्ज करने पर 87.6V तक देता है। दोनों को 72V बैटरी के रूप में बेचा जा सकता है, लेकिन नियंत्रक और चार्जर की सीमा की पुष्टि किए बिना इन्हें बदला नहीं जा सकता।

ये गणना के उदाहरण हैं, सार्वभौमिक प्रतिस्थापन नहीं। अंतिम श्रृंखला गणना को वाहन की वास्तविक न्यूनतम और अधिकतम डीसी-बस सीमा से चुना जाना चाहिए।

एलएफपी या एनएमसी: कौन सी रसायन शास्त्र स्कूटर रूपांतरण के लिए उपयुक्त है?

एलएफपी को अक्सर प्रतिस्थापन परियोजनाओं के लिए चुना जाता है क्योंकि यह अच्छी तापीय स्थिरता और लंबा चक्र जीवन प्रदान करता है। जब बैटरी कम्पार्टमेंट तंग हो और प्रति किलोग्राम रेंज प्राथमिकता हो तो एनएमसी मूल्यवान रहता है। प्रत्येक स्कूटर के लिए कोई भी रसायन स्वचालित रूप से बेहतर नहीं होता है।

सेल प्रारूप भी मायने रखता है. बेलनाकार कोशिकाएँ मॉड्यूलर होती हैं और व्यापक रूप से समर्थित होती हैं, प्रिज्मीय कोशिकाएँ यांत्रिक रूप से मजबूत होती हैं और उन्हें इकट्ठा करना आसान होता है, जबकि थैली कोशिकाएँ लंबे या उथले घेरे का बेहतर उपयोग कर सकती हैं। थैली कोशिकाओं को तेज किनारों और स्थानीय दबाव से नियंत्रित संपीड़न और सुरक्षा की आवश्यकता होती है। उनके टैब को उचित रूप से डिज़ाइन किए गए बसबार या वेल्डेड जोड़ों की भी आवश्यकता होती है; उन्हें लचीली चादरों की तरह नहीं माना जाना चाहिए जिन्हें आसानी से अप्रयुक्त स्थान में पैक किया जा सकता है।

केस स्टडी: वेक्ट्रिक्स VX-1 के लिए 40S 70Ah LFP पैक की स्क्रीनिंग

मूल वेक्ट्रिक्स VX-1 एक हाई-वोल्टेज बैटरी सिस्टम के आसपास बनाया गया था। प्रकाशित तकनीकी सामग्री प्रारंभिक बैटरी को लगभग 125V, 30Ah और 3.7kWh बताती है। बाद के कारखाने Li/Li+ संस्करणों में श्रृंखला में 40 LFP कोशिकाओं का उपयोग किया गया, जिससे 128V का नाममात्र बस वोल्टेज उत्पन्न हुआ। वह इतिहास 40S LFP आर्किटेक्चर को VX-1 रूपांतरण के लिए एक समझदार प्रारंभिक बिंदु बनाता है, लेकिन प्रत्येक मॉडल वर्ष या फ़र्मवेयर संस्करण के लिए स्वचालित अनुमोदन नहीं।

प्रस्तावित परियोजना के लिए, जीबीटी पाउच सेल के लिए प्रारंभिक स्क्रीनिंग डेटा 3.2V, 70Ah और लगभग 14.5 × 102 × 376 मिमी है। प्रोजेक्ट डेटा 2C निरंतर डिस्चार्ज और 5C पल्स डिस्चार्ज को भी इंगित करता है। उत्पादन के लिए पैक जारी करने से पहले इन रेटिंगों की पुष्टि सटीक सेल मॉडल और उसके वर्तमान हस्ताक्षरित डेटाशीट के विरुद्ध की जानी चाहिए।

वर्तमान मांग को कम चार्ज स्थिति पर जांचा जाना चाहिए

एक 10kW लोड 128V पर लगभग 78A खींचता है। 15 किलोवाट का लोड लगभग 117A खींचता है। पैक वोल्टेज गिरने पर करंट बढ़ जाता है, और केबल, कनेक्टर और कंट्रोलर के नुकसान से बैटरी की मांग बढ़ जाती है। इस कारण से, वर्तमान क्षमता को कम ऑपरेटिंग वोल्टेज के पास और उच्चतम अपेक्षित परिवेश तापमान पर जांचा जाना चाहिए - न कि केवल प्रयोगशाला बेंच पर नाममात्र वोल्टेज पर।

कच्ची कोशिकाएँ फिट हो सकती हैं जबकि तैयार पैक नहीं

यदि 40 कोशिकाओं को 20 के दो ढेर में विभाजित किया जाता है, तो सैद्धांतिक सेल-केवल लिफाफा लगभग 376 × 290 × 204 मिमी है। लगभग 610 × 330 × 222 मिमी के रिपोर्ट किए गए वीएक्स-1 बैटरी-बे लिफाफे की तुलना में, यह आशाजनक लगता है। हालाँकि, संपीड़न प्लेट, विद्युत इन्सुलेशन, टैब समर्थन, बसबार, सेंसिंग तार और बाड़े की सहनशीलता को जोड़ने से पहले शेष ऊंचाई केवल 18 मिमी है। खाड़ी में अन्यत्र अप्रयुक्त वॉल्यूम की तुलना में टैब ओरिएंटेशन और सेवा पहुंच अधिक महत्वपूर्ण हो सकती है।

यही कारण है कि अगला कदम मापी गई वाहन ज्यामिति के आधार पर 3डी पैक लेआउट होना चाहिए। वॉल्यूम गणना यह नहीं दिखा सकती कि पैक को वास्तव में असेंबल, इंस्टॉल और सुरक्षित रूप से सर्विस किया जा सकता है या नहीं।

उपयोग योग्य ऊर्जा से सीमा का अनुमान लगाया जाना चाहिए

नाममात्र ऊर्जा 8.96kWh है, लेकिन एक व्यावहारिक डिज़ाइन आमतौर पर वोल्टेज विंडो के ऊपर और नीचे दोनों पर ऊर्जा आरक्षित करता है। यदि 85% को प्रयोग करने योग्य माना जाता है, तो पैक लगभग 7.6kWh प्रदान करता है। 80Wh/km की औसत खपत पर, साधारण अनुमान लगभग 95km है; 100Wh/km पर, यह लगभग 76km है। गति, सवार का द्रव्यमान, पहाड़ियाँ, तापमान, टायर का दबाव और हवा वास्तविक परिणाम को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं।

बीएमएस चयन: श्रृंखला गिनती के मिलान से कहीं अधिक

'40S LFP' चिह्नित BMS स्वचालित रूप से 40S स्कूटर पैक के लिए उपयुक्त नहीं है। इसकी वोल्टेज रेटिंग, करंट सेंसर, कॉन्टैक्टर आउटपुट, प्री-चार्ज लॉजिक, बैलेंसिंग रणनीति और संचार प्रोटोकॉल सभी को वाहन से मेल खाने की जरूरत है।

ट्रैक्शन पैक के लिए, बीएमएस की समीक्षा की जानी चाहिए:

• प्रति-सेल ओवरवॉल्टेज और अंडरवोल्टेज सुरक्षा

• निरंतर डिस्चार्ज करंट और समय-सीमित पीक करंट

• पुनर्योजी ब्रेकिंग सहित वर्तमान चार्ज

• प्रतिनिधि गर्म और ठंडे बिंदुओं पर तापमान सेंसर

• संपर्ककर्ता नियंत्रण, प्री-चार्ज और दोष शटडाउन व्यवहार

• निष्क्रिय या सक्रिय संतुलन धारा

• चार्जर, डैशबोर्ड या मोटर नियंत्रक के साथ संचार कर सकते हैं

• भंडारण और कम तापमान वाले चार्ज लॉकआउट के दौरान स्लीप करंट

पुनर्योजी ब्रेकिंग विशेष ध्यान देने योग्य है। जब बैटरी पूरी भर जाती है या ठंडी हो जाती है, तो यह सामान्य पुनर्जनन धारा को स्वीकार करने में सक्षम नहीं हो सकती है। बीएमएस को लोड के तहत मुख्य संपर्ककर्ता को खोलने के लिए मजबूर करने से पहले बीएमएस और नियंत्रक को रीजन को कम करने या अक्षम करने के लिए एक समन्वित विधि की आवश्यकता होती है।

क्या मूल स्कूटर चार्जर को बरकरार रखा जा सकता है?

कभी-कभी, लेकिन उसके व्यवहार की पुष्टि के बाद ही। NiMH के लिए डिज़ाइन किए गए चार्जर को LFP के साथ काम करने वाला नहीं माना जाना चाहिए। यहां तक ​​कि समान नाममात्र वोल्टेज वाले दो लिथियम पैक के लिए अलग-अलग अधिकतम वोल्टेज, वर्तमान टेपरिंग और तापमान नियमों की आवश्यकता हो सकती है।

तीन सामान्य मार्ग हैं:

1. मूल चार्जर को दोबारा प्रोग्राम करें । समर्थित फ़र्मवेयर और संचार दस्तावेज़ उपलब्ध होने पर

2. चार्जर को नई केमिस्ट्री, श्रृंखला गणना और बीएमएस संचार के लिए डिज़ाइन की गई इकाई से बदलें।

3. एक स्वतंत्र चार्जर-बीएमएस प्रणाली का उपयोग करें । वाहन के आवश्यक इंटरलॉक और डिस्प्ले फ़ंक्शन को संरक्षित करते समय

चार्ज लक्ष्य को हमेशा सेल द्वारा अनुमत पूर्ण अधिकतम के बराबर होने की आवश्यकता नहीं होती है। थोड़ा कम ऊपरी वोल्टेज उपयोगी ऑपरेटिंग मार्जिन प्रदान कर सकता है और लंबे समय तक सेवा जीवन का समर्थन कर सकता है, लेकिन चयनित मूल्य को अभी भी संतुलन और वाहन की स्थिति-चार्ज गणना के साथ काम करना चाहिए।

यांत्रिक और विद्युत विवरण जो विश्वसनीयता तय करते हैं

कई रूपांतरण समस्याएँ कोशिका के बाहर ही शुरू होती हैं। एक विश्वसनीय स्कूटर पैक के लिए एक कठोर आवरण, पूर्वानुमेय सेल संपीड़न, प्रवाहकीय भागों के बीच इन्सुलेशन, प्रत्येक केबल निकास पर तनाव से राहत और उच्च-वोल्टेज और कम-वोल्टेज तारों के बीच पर्याप्त अलगाव की आवश्यकता होती है।

डिज़ाइन में यह भी शामिल होना चाहिए:

• पैक आउटपुट के करीब स्थित एक सही ढंग से रेटेड मुख्य फ़्यूज़

• एक सेवा डिस्कनेक्ट या सुरक्षित रखरखाव प्रक्रिया

• कंट्रोलर-कैपेसिटर इनरश करंट को सीमित करने के लिए प्री-चार्ज प्रतिरोध

• पर्याप्त डीसी वोल्टेज और दोष-वर्तमान रेटिंग वाले संपर्ककर्ता

• बसबारों को करंट, तापमान वृद्धि और कंपन के लिए डिज़ाइन किया गया है

• पानी, प्रवाहकीय धूल और सड़क के मलबे से सुरक्षा

• थर्मल पथ जो पृथक गर्म कोशिकाओं का निर्माण नहीं करते हैं

• स्पष्ट ध्रुवता, उच्च-वोल्टेज और सेवा लेबल

पाउच-सेल पैक के लिए, संपीड़न तात्कालिक के बजाय एक समान और निर्दिष्ट होना चाहिए। बहुत कम संयम से सूजन और थकान हो सकती है; बहुत अधिक स्थानीय दबाव लैमिनेट या आंतरिक परतों को नुकसान पहुंचा सकता है।

स्कूटर की बैटरी बदलने के लिए एक व्यावहारिक वर्कफ़्लो

स्कूटर के सड़क पर लौटने से पहले क्या परीक्षण किया जाना चाहिए?

कम से कम, प्रोटोटाइप को सेल स्थिरता, प्रयोग करने योग्य क्षमता, उच्च-वर्तमान वोल्टेज शिथिलता, बसबार तापमान वृद्धि, इन्सुलेशन प्रतिरोध, बीएमएस थ्रेसहोल्ड, कॉन्टैक्टर ऑपरेशन और चार्जर कटऑफ के लिए जांचा जाना चाहिए। वाहन परीक्षण नियंत्रित शक्ति से शुरू होने चाहिए और धीरे-धीरे त्वरण, पहाड़ी पर चढ़ने और पुनर्योजी ब्रेकिंग तक विस्तारित होने चाहिए।

एक उपयोगी सत्यापन योजना में फुल-चार्ज सोख, कम-स्टेट-ऑफ-चार्ज ऑपरेशन, बाजार के लिए उपयुक्त गर्म और ठंडी स्थितियाँ, की-ऑफ स्टोरेज करंट और फॉल्ट सिमुलेशन भी शामिल हैं। उद्देश्य केवल स्कूटर को चलाना नहीं है। यह सुनिश्चित करना है कि पूर्वानुमेय दोषों से नियंत्रित, पुनर्प्राप्ति योग्य प्रतिक्रिया प्राप्त हो।

जहां GBT 70Ah LFP पाउच सेल फिट हो सकता है

70Ah हाई-पावर LFP पाउच सेल बड़े स्कूटरों, इलेक्ट्रिक मोटरसाइकिलों और हल्के EV रूपांतरणों के लिए एक दिलचस्प विकल्प हो सकता है, जहां संलग्नक लंबी, पतली कोशिकाओं का पक्ष लेता है। 40S1P पर, यह समानांतर सेल समूहों के बिना लगभग 9kWh नाममात्र ऊर्जा प्रदान करता है। कम सिस्टम वोल्टेज पर, वही क्षमता डिलीवरी स्कूटर, उपयोगिता वाहनों और अन्य अनुप्रयोगों का समर्थन कर सकती है जो दैनिक साइकिलिंग और स्थिर बिजली को प्राथमिकता देते हैं।

सही विकल्प अभी भी सत्यापित सेल विनिर्देशों और वाहन कर्तव्य चक्र पर निर्भर करता है। एक शहरी स्कूटर जो मामूली शक्ति पर चलता है, उसकी ज़रूरतें लंबे ग्रेड पर चढ़ने वाले भारी मैक्सी-स्कूटर से भिन्न होती हैं, भले ही दोनों पैक पर 70Ah का लेबल हो।

वर्तमान सेल जानकारी के लिए, Misen's देखें GBT 3.2V 70Ah LFP पाउच सेल और व्यापक LiFePO4 पाउच-सेल रेंज । सटीक उत्पादन बैच और पैक डिज़ाइन के लिए अंतिम रेटिंग की हमेशा पुष्टि की जानी चाहिए।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

क्या मैं स्कूटर की लेड-एसिड या NiMH बैटरी को LFP से बदल सकता हूँ?

अक्सर हाँ, लेकिन यह प्रत्यक्ष सेल स्वैप के बजाय एक सिस्टम रूपांतरण है। नए पैक को नियंत्रक की वोल्टेज विंडो से मेल खाना चाहिए, और इसे आमतौर पर रसायन विज्ञान-विशिष्ट बीएमएस और चार्जर रणनीति की आवश्यकता होती है।

मैं श्रृंखला में एलएफपी कोशिकाओं की संख्या कैसे चुनूं?

नियंत्रक द्वारा अनुमत न्यूनतम और अधिकतम बैटरी वोल्टेज से पीछे की ओर काम करें। नाममात्र वोल्टेज और पूर्ण-चार्ज वोल्टेज दोनों की जाँच करें; केवल स्कूटर के मार्केटिंग वोल्टेज से श्रृंखला गणना का चयन न करें।

क्या अधिक आह वाली बैटरी हमेशा बेहतर होती है?

नहीं, अधिक क्षमता से रेंज में सुधार हो सकता है, लेकिन यह पैक आकार, वजन, चार्ज समय और दोष ऊर्जा को भी बदल देता है। पैक को अभी भी वर्तमान, थर्मल, मैकेनिकल और वाहन-एकीकरण आवश्यकताओं को पूरा करना होगा।

क्या बीएमएस अकेले मोटर नियंत्रक की सुरक्षा कर सकता है?

नहीं, बीएमएस बैटरी की सुरक्षा करता है, जबकि नियंत्रक, फ़्यूज़, संपर्ककर्ता और प्री-चार्ज सर्किट प्रत्येक के अलग-अलग कार्य होते हैं। उनकी सीमाएं और शटडाउन व्यवहार समन्वित होना चाहिए।

कस्टम स्कूटर बैटरी प्रस्ताव के लिए क्या जानकारी आवश्यक है?

स्कूटर मॉडल और वर्ष, मूल बैटरी लेबल, नियंत्रक और चार्जर लेबल, मापा बैटरी-कम्पार्टमेंट आयाम, वांछित रेंज, वाहन शक्ति, अधिकतम गति, राइडर/लोड वजन, कनेक्टर तस्वीरें और अपेक्षित ऑपरेटिंग तापमान प्रदान करें। CAN या वायरिंग दस्तावेज़ीकरण हाई-वोल्टेज स्कूटरों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है।

अंतिम विचार

सबसे अच्छा प्रतिस्थापन सेल केवल सबसे बड़ी क्षमता या उच्चतम सी-रेट वाला नहीं है। यह वह सेल है जिसे सही वोल्टेज विंडो, पर्याप्त वर्तमान मार्जिन, एक यथार्थवादी यांत्रिक लेआउट और समन्वित सुरक्षा के साथ एक पूर्ण पैक में एकीकृत किया जा सकता है।

वेक्ट्रिक्स VX-1 दिखाता है कि यह प्रक्रिया क्यों मायने रखती है। 40S 70Ah LFP पैक विद्युत रूप से आकर्षक है और नाममात्र ऊर्जा में बड़ी वृद्धि प्रदान करता है, फिर भी चार्जर इंटरफ़ेस, पुनर्योजी ब्रेकिंग, पैक ऊंचाई और पाउच-सेल संपीड़न यह तय कर सकते हैं कि डिज़ाइन व्यावहारिक है या नहीं। वही अनुशासित दृष्टिकोण छोटे 48V और 72V स्कूटरों पर लागू होता है।