適切なセルの選択は、電動バイクのバッテリー プロジェクトにおける最初の、そして最も重要な決定の 1 つです。
購入者は「72V 40Ah」や「74V 45Ah」などの簡単な仕様から始めるかもしれませんが、電圧と容量だけではどのセルを使用すべきかをバッテリーメーカーに伝えることはできません。モーターの出力、コントローラーの電流、利用可能な設置スペース、目標重量、動作温度、予想される耐用年数はすべて、最終的な選択に影響します。
電動バイクのバッテリー パックには、次の 3 つのリチウム イオン セル形式が一般的に考慮されています。
大判パウチセル
硬い金属ケースを備えた角形セル
18650、21700、4680などの円筒形セル
各フォーマットには実証済みのアプリケーションがあります。正しい選択は、どのセルがより先進的に見えるかということよりも、それがオートバイとその電気負荷にどれだけ適合するかによって決まります。
このガイドでは主な違いを説明し、実際の選択例として 74V 45Ah NMC バッテリー パックを使用します。
電動バイクのバッテリーに対する要求は、乗用車や定置型エネルギー貯蔵システムとは異なります。
設置スペースには限りがあります。重量はハンドリングと航続距離に直接影響します。加速には大量の電流が必要となる場合があり、登山や高速走行ではバッテリーに数分間大きな負荷がかかる場合があります。道路の振動、水への曝露、繰り返しの温度変化も考慮する必要があります。
セルの形式は以下に影響します。
梱包重量と使用可能なエネルギー
バッテリーエンクロージャー内のスペース利用率
連続およびピーク放電能力
セルの数と電気接続
冷却と温度の一貫性
振動および機械的衝撃に対する耐性
生産設備と組立費用
メンテナンスと交換の戦略
したがって、バッテリー パックは、単に利用可能なセルを中心とするのではなく、車両を中心に設計する必要があります。
| 選択要素 | パウチセル | 角形セル | 円筒形セル |
|---|---|---|---|
| 重量エネルギー密度 | 通常、競争力が非常に高い | 中程度から高程度 | 細胞モデルに大きく依存する |
| スペース利用 | 素晴らしい | 通常の筐体では良好 | セル間の隙間により低い |
| セル容量 | 一般的には数十から100Ah以上 | 通常は数十から数百Ah | 通常はセルあたり数Ah |
| パック内のセルの数 | 低い | 低い | 高い |
| 機械的保護 | パックで提供する必要があります | 剛性セルハウジング | 強力な個別の金属ハウジング |
| 高電力可用性 | 選択された NMC モデルに適しています | 特定のモデルによって異なります | 実績のある多数の高レートオプション |
| パック形状の柔軟性 | 高い | 適度 | ハイスルーセル配置 |
| セル接続作業 | より少ない接続とより大きな接続 | より少ない接続とより大きな接続 | たくさんの小さなつながり |
| むくみの管理 | 制御された圧縮が必要 | まだ機械的な考慮が必要です | 主にセルハウジングで管理 |
| 代表的な強度 | 軽量で効率的な梱包 | 構造剛性とシンプルなモジュール | 標準化と製造の成熟度 |
この表は一般的な比較のみを提供します。同じフォーマットの 2 つのセルは、まったく異なる電力、サイクル寿命、熱特性を持つ可能性があります。
パウチセルは、厚いスチールまたはアルミニウムのケースの代わりに、軽量のアルミニウムとプラスチックのラミネートフィルムを使用します。これにより、不活性な包装材料が減り、パックの重量の多くをエネルギーの貯蔵に使用できるようになります。
バッテリースペースが限られている電動バイクにとって、これは大きな利点となります。
大型の NMC パウチセルは、平らな長方形の構造で高容量、軽量、強力な出力を組み合わせることができます。これらは、バッテリーを狭いフレームやコンパクトなシート下の筐体に収める必要があるオートバイにとって特に魅力的です。
たとえば、45Ah パウチセルを使用すると、74V 45Ah バッテリーを単純な 20S1P 構成で組み立てることができます。必要なセルは 20 個だけです。
これにより、いくつかの実用的な利点が得られます。
検査して照合するセルが少なくなる
直列接続と並列接続が少なくなる
配線が少なく、溶接箇所も少ない
各電圧グループで複数の並列セルを管理する必要はありません
限られた筐体容積の効率的な使用
熱伝達物質と接触できる大きな平らな表面
多くのリジッドケースの代替品と比較してパック重量が軽い
高性能オートバイの場合、重量を減らすことは航続距離を延ばすことだけではありません。バッテリーの軽量化により、車両のバランス、加速、ハンドリングも向上します。
剛性の金属シェルがないということは、パック構造が細胞を保護する必要があることを意味します。
適切に設計されたパウチセルバッテリーには、次のものが含まれている必要があります。
制御され均一に分散されたセル圧縮
使用中の通常の厚さの変化に対する許容値
タブ、バスバー、エンクロージャ間の絶縁
鋭利なエッジや刺し傷からの保護
路面振動に対する確実な位置決め
必要に応じて断熱層または間隔を設ける
確実なタブ溶接
強力な外部エンクロージャ
セルをできるだけきつく締めたり、バッテリーボックス内で緩んだままにしたりしないでください。過度の圧力はセルに損傷を与える可能性があり、サポートが不十分な場合はタブが動き、膨張し、ストレスがかかる可能性があります。
したがって、電池メーカーが圧縮フレーム、タブ接続、筐体設計の経験がある場合、パウチセルは強力な選択肢となります。
角形セルは、堅い長方形の金属ハウジングを使用します。パウチセルと同様、比較的大きな容量で入手できるため、少ないセル数でバッテリーパックを構築できます。
74V 45Ah パックの場合、適切な 45Ah または 50Ah NMC 角形セルは 20S1P 構成もサポートできます。
剛性の高いケースは機械的なサポートを提供し、セルを通常の長方形の筐体内に配置しやすくします。端子の設計によっては、バスバーの取り付けとモジュールの組み立ても簡単な場合があります。
角形セルは、次のような場合に実用的な選択肢となります。
電池収納部は普通の箱型です
最小重量よりも機械的耐久性を優先
車両は悪路で使用されます
貨物バイクや電動三輪車に搭載されているバッテリー
正しい容量と放電率を備えた実証済みのセルが利用可能です
パックメーカーはすでに互換性のあるモジュール設計を持っています
ただし、金属ケースは重量を増加させ、スペースを占有します。角柱状のセルの寸法も柔軟性が低いため、技術的に適切なセルが利用可能なバッテリ コンパートメントに適合しない可能性があります。
もう 1 つのよくある間違いは、すべての自動車用角形セルが電動バイクに適していると想定していることです。一部の大型 NMC 角形セルは、高電流よりも主にエネルギー容量を重視して設計されています。それらの容量は魅力的に見えるかもしれませんが、許容される連続放電、低温性能、または熱挙動がオートバイのコントローラーと一致しない可能性があります。
選択前にデータシート、およびできれば独立したセルテストを確認する必要があります。
円筒形セルは、電動スクーター、電動自転車、オートバイで広く使用されています。一般的なフォーマットには 18650 や 21700 などがありますが、4680 などのより大きな円筒形セルがより多くのモビリティ アプリケーションに採用されています。
金属ハウジングは個々の機械的保護に優れており、細胞の選別、配置、溶接には成熟した自動化装置が利用可能です。
円筒形セルにはいくつかの利点があります。
規格化された寸法
幅広いサプライヤーの利用可能性
成熟した大量生産
優れた機械的強度
多くの高速セルオプション
さまざまなセル配置による柔軟なパック形状
セルあたりのエネルギー含有量が小さい
セルのサイズが小さくなると、電流と熱を多数のセルに分散しやすくなります。正しく設計されていれば、円筒形パックは優れた動力性能を発揮します。
トレードオフは複雑さです。
大型の電動バイクのバッテリーには、数百の円筒形セルが含まれている場合があります。すべてのセルには検査、グループ化、電気接続が必要です。セルホルダーと冷却ギャップはスペースを消費しますが、溶接部の数が多いため、生産の一貫性の重要性が高まります。
たとえば、74V 45Ah パックが 5Ah 円筒形セルを使用する場合、おおよその構成は次のようになります。
20 個のセルを直列に接続
9セル並列
20S9P
合計180セル
4.5Ah セルを選択した場合、パックには 200 セルの 20S10P 構成が必要になる場合があります。
比較すると、45Ah パウチまたはプリズム型ソリューションでは、ラージフォーマット セルが 20 個しか必要ありません。
円筒形セルは、高度に標準化された大量の製品に適しています。ただし、少量のカスタムバッテリーの場合、工具、溶接、組み立て作業により、デザインの魅力が損なわれる可能性があります。
円筒形セルは、特に生産量が多く、電力要件が中程度である場合、標準化された都市型スクーターにとって実用的な選択肢となることがよくあります。
メーカーがコンパクトな筐体でより多くの容量を必要とする場合、または並列グループの数を減らしたい場合には、大きなパウチ セルも魅力的です。
大型の NMC パウチセルは、エネルギー密度、放電電力、パッケージング効率のバランスが優れているため、高性能オートバイの有力な候補となることがよくあります。
最終的な決定は、依然としてセルの実際の放電定格に依存します。高容量エネルギーセルは、その仕様とテストデータが必要な電流をサポートしていない限り、高出力セルとして扱うべきではありません。
エンクロージャのスペースが一定で機械的強度が重要な場合には、角形セルが好まれる場合があります。 LFP 角形セルは、最小重量よりもサイクル寿命と熱安定性が重要な場合にも一般的に検討されます。
NMC の化学的性質が必要な場合は、プリズムとパウチの両方のオプションを、吐出性能、寸法、パック重量によって比較する必要があります。
交換可能なバッテリーは、エネルギー、重量、取り扱い、機械的耐久性のバランスをとる必要があります。
円筒形セルは、標準化されたスワッピング システムにおいて優れた実績を持っています。パウチセルはスペース利用率を向上させることができますが、バッテリーエンクロージャーと内部支持構造は頻繁に取り外したり扱ったりできるように設計する必要があります。
大判パウチまたは角形セルを使用すると、セルの総数を減らし、電気アーキテクチャを簡素化できます。このため、必要な接合および機械プロセスが利用可能であれば、プロトタイプのオートバイやカスタムバッテリープロジェクトにとって魅力的です。
顧客が「7445 バッテリー パック」を要求したとします。設計を開始する前に、メーカーはまずこれが 74V および 45Ah を意味することを確認する必要があります。
3.7V NMC セルを使用する場合、基本構成は次のようになります。
構成: 20S
公称電圧: 20 × 3.7V = 74V
フル充電電圧: 20 × 4.2V = 84V
定格容量：45Ah
公称エネルギー: 74V × 45Ah = 3.33kWh
一見すると、45Ah パウチセルを使用する 20S1P パックは簡単に見えます。ただし、選択したセルが適切かどうかは、モーターとコントローラーの電流によって決まります。
公称電圧での理論上の電流は次のように推定できます。
[
I = rac{P}{V}
]
これにより、次のおおよその値が得られます。
| ピーク モーター電力 | 74V での電流 |
|---|---|
| 3kW | 41A |
| 5kW | 68A |
| 8kW | 108A |
| 10kW | 135A |
これらは簡略化された公称電圧の計算です。充電状態が低いとパックの電圧が低下し、コントローラー、モーター、配線の効率が 100% ではないため、実際のバッテリー電流は高くなる可能性があります。
セルを選択するときは、通常、モーターの銘板よりもコントローラーの最大バッテリー電流の方が役立ちます。
コントローラーが 120A のバッテリー電流を許容する場合、45Ah のセルは以下をサポートする必要があります。
[
120A div 45Ah = 2.67C
]
連続放電の定格が 1C しかないセルは、この動作条件では安全な選択ではありません。適切な連続電流、パルス電流、温度上昇、電圧降下の性能を備えたセルが必要です。
通常、これはプロジェクトで次の優先順位を付ける場合に最初に評価するオプションです。
バッテリー重量が軽い
コンパクトな寸法
設置スペースの有効活用
シンプルな1P電気構造
高いエネルギー密度
力強い加速性能
セルは、予想される動作プロファイルの下で、放電、温度、およびサイクル寿命の評価に合格する必要があります。
これは次の場合に適している可能性があります。
筐体は大きくて長方形です
追加のセル重量は許容されます
構造剛性が最優先です
選択された角形セルは十分な電力能力を備えています
セルの寸法はバッテリー収納部と一致しています
メーカーは、金属ケースの方が安全そうという理由だけで角形電池を選択すべきではありません。セルの化学的性質、内部設計、品質の一貫性、BMS 戦略、融着および熱伝播保護は、外部形状だけよりも重要です。
これは次のような場合にうまく機能します。
実績のある高レート円筒型セルが利用可能
メーカーは自動選別および溶接装置を備えています
安定した量産が期待できる電池設計
エンクロージャはより多くのセルとホルダーを収容できます
セルレベルの電流共有が検証済み
小規模なカスタムオーダーの場合、セル数が多く、組み立てが複雑なため、円筒形オプションの効率が低下する可能性があります。
責任あるバッテリーサプライヤーは、セルを推奨する前に、電圧や容量以上のことを尋ねる必要があります。
次の情報は特に重要です。
モーターの定格電力とピーク電力
コントローラーの最大バッテリー電流
必要な連続放電電流とピーク放電電流
ピーク電流持続時間
バッテリー収納部の長さ、幅、高さ
最大許容バッテリー重量
目標走行距離と作動速度
充電電圧、電流、充電所要時間
回生制動電流
使用温度範囲
道路、振動、防水条件
CANやUARTなどの通信要件
必要なサイクル寿命
対象市場と認証要件
試作・生産数量
この情報がなければ、バッテリーセルを推奨することはほとんど推測でしかありません。
普遍的な勝者は存在しません。
円筒形セルは、標準化された大量のバッテリー パックや、成熟した製造プロセスの恩恵を受けるアプリケーションにとって魅力的です。角形セルは剛性の高い構造を提供し、通常の筐体内での組み立てを簡素化できます。大きなパウチセルは、軽量、効率的なパッケージング、大容量、およびセル数の少なさが重要な場合に特に価値があります。
多くの 72V および 74V 高性能電動バイク プロジェクトでは、大型 NMC パウチ セルが最初に評価される価値があります。 40Ah、45Ah、50Ah 以上のセルを使用する 20S1P 構成は、クリーンな電気構造と利用可能なスペースの優れた利用を提供します。
決定は、形式だけではなく、測定されたパフォーマンスに基づいて行う必要があります。容量、直流内部抵抗、連続電流、パルス電流、電圧降下、温度上昇、サイクル寿命、機械的統合をすべて検討する必要があります。
Misen は、電動バイク、電動スクーター、小型電気自動車およびカスタム バッテリー システム向けに、大型 NMC、LFP、半固体およびその他のパウチセル ソリューションを供給しています。選択された円筒形および角柱形のセル オプションは、これらの形式が技術的により適切に適合するプロジェクトでも利用できます。
私たちのチームは以下の評価を支援できます。
セルの化学的性質と形式
直列および並列構成
連続電流およびピーク電流の要件
セルの寸法とバッテリーコンパートメントの互換性
容量、電圧、内部抵抗のマッチング
サンプルテストとプロジェクトの検証
カスタムバッテリーモジュールとパックの要件
電動バイクのプロジェクトを評価するには、必要な電圧、容量、モーター出力、コントローラーの電流、利用可能なバッテリーコンパートメントの寸法をお送りください。
「74V 45Ah」などの仕様が出発点として適しています。適切なセルの選択は、オートバイが何をする必要があるかを理解することから生まれます。
