올바른 셀 셀을 선택하는 것은 전기 오토바이 배터리 프로젝트에서 첫 번째이자 가장 중요한 결정 중 하나입니다.
구매자는 '72V 40Ah' 또는 '74V 45Ah'와 같은 간단한 사양으로 시작할 수 있지만 전압과 용량만으로는 배터리 제조업체에 어떤 셀을 사용해야 하는지 알 수 없습니다. 모터 전력, 컨트롤러 전류, 사용 가능한 설치 공간, 목표 중량, 작동 온도 및 예상 서비스 수명 모두가 최종 선택에 영향을 미칩니다.
전기 오토바이 배터리 팩에는 일반적으로 세 가지 리튬 이온 셀 형식이 고려됩니다.
대형 파우치 셀
견고한 금속 케이스가 있는 각형 셀
18650, 21700 및 4680과 같은 원통형 셀
각 형식에는 검증된 응용 프로그램이 있습니다. 올바른 선택은 어떤 셀이 더 고급스러워 보이는지보다는 오토바이와 전기 부하에 얼마나 잘 맞는지에 따라 달라집니다.
이 가이드에서는 주요 차이점을 설명하고 실제 선택 예로 74V 45Ah NMC 배터리 팩을 사용합니다.
전기 오토바이는 승용차나 고정식 에너지 저장 시스템과는 달리 배터리 수요가 다릅니다.
설치 공간이 제한되어 있습니다. 무게는 핸들링과 주행 거리에 직접적인 영향을 미칩니다. 가속을 위해서는 많은 양의 전류가 필요할 수 있으며, 오르막길이나 고속 주행 시에는 몇 분 동안 배터리에 과부하가 걸릴 수 있습니다. 도로 진동, 물 노출 및 반복되는 온도 변화도 고려해야 합니다.
셀 형식은 다음에 영향을 미칩니다.
팩 무게 및 사용 가능한 에너지
배터리 인클로저 내부 공간 활용
연속 및 피크 방전 기능
셀 수 및 전기 연결
냉각 및 온도 일관성
진동 및 기계적 충격에 대한 내성
생산설비 및 조립비용
유지 관리 및 교체 전략
따라서 배터리 팩은 단순히 사용 가능한 셀 주변이 아닌 차량 주변을 중심으로 설계되어야 합니다.
| 선택 요소 | 파우치 셀 | 각형 셀 | 원통형 셀 |
|---|---|---|---|
| 중량 에너지 밀도 | 일반적으로 매우 경쟁적임 | 보통에서 높음 | 셀 모델에 크게 의존함 |
| 공간활용 | 훌륭한 | 일반 인클로저에 적합 | 셀 사이의 간격으로 인해 낮아짐 |
| 셀 용량 | 일반적으로 수십에서 100Ah 이상 | 보통 수십~수백 Ah | 일반적으로 셀당 수 Ah |
| 팩의 셀 수 | 낮은 | 낮은 | 높은 |
| 기계적 보호 | 팩에서 제공되어야 함 | 견고한 셀 하우징 | 견고한 개별 금속 하우징 |
| 고전력 가용성 | 일부 NMC 모델에 적합 | 특정 모델에 따라 다름 | 입증된 다양한 고속 옵션 |
| 팩 모양 유연성 | 높은 | 보통의 | 셀 배열을 통한 높은 |
| 셀 연결 작업 | 더 적고 더 큰 연결 | 더 적고 더 큰 연결 | 많은 작은 연결 |
| 붓기 관리 | 제어된 압축이 필요합니다. | 여전히 기계적 고려가 필요함 | 주로 셀하우징에서 관리 |
| 일반적인 강도 | 낮은 무게와 효율적인 포장 | 구조적 견고성과 간단한 모듈 | 표준화 및 제조 성숙도 |
이 표는 일반적인 비교만을 제공합니다. 동일한 형식의 두 셀은 전력, 수명 및 열 특성이 완전히 다를 수 있습니다.
파우치 셀은 두꺼운 강철이나 알루미늄 케이스 대신 경량 적층 알루미늄-플라스틱 필름을 사용합니다. 이렇게 하면 비활성 포장재가 줄어들고 에너지 저장에 더 많은 팩 무게를 사용할 수 있습니다.
배터리 공간이 제한된 전기 오토바이의 경우 이는 큰 이점이 될 수 있습니다.
대형 NMC 파우치 셀은 평평한 직사각형 구조에 고용량, 낮은 무게 및 강력한 전력 출력을 결합할 수 있습니다. 배터리를 좁은 프레임이나 컴팩트한 좌석 아래 인클로저에 장착해야 하는 오토바이에 특히 매력적입니다.
예를 들어 45Ah 파우치 셀을 사용하면 74V 45Ah 배터리를 간단한 20S1P 구성으로 조립할 수 있습니다. 20개의 셀만 필요합니다.
이는 다음과 같은 몇 가지 실질적인 이점을 제공합니다.
검사하고 일치시킬 셀 수가 적습니다.
직렬 및 병렬 연결 수가 적습니다.
배선이 적고 용접 포인트가 적습니다.
각 전압 그룹에서 여러 병렬 셀을 관리할 필요가 없습니다.
제한된 인클로저 용량의 효율적인 사용
열 전달 물질과 접촉할 수 있는 크고 평평한 표면
많은 견고한 케이스 대안과 비교할 때 팩 무게가 더 낮습니다.
고성능 모터사이클의 경우 무게를 줄이는 것은 단지 주행 거리를 늘리는 것만이 아닙니다. 배터리가 가벼워지면 차량 균형, 가속 및 핸들링도 향상될 수 있습니다.
견고한 금속 쉘이 없다는 것은 팩 구조가 셀을 보호해야 함을 의미합니다.
잘 설계된 파우치 셀 배터리에는 다음이 포함되어야 합니다.
제어되고 균등하게 분산된 셀 압축
사용 중 정상적인 두께 변화에 대한 허용치
탭, 모선 및 인클로저 사이의 절연
날카로운 모서리와 구멍으로부터 보호
도로 진동에 대한 안전한 위치 결정
필요한 경우 열 장벽 또는 간격
안정적인 탭 용접
강력한 외부 인클로저
셀을 최대한 꽉 쥐거나 배터리 상자 안에 느슨하게 두어서는 안 됩니다. 과도한 압력은 세포를 손상시킬 수 있는 반면, 지지력이 부족하면 탭에 움직임, 부기 및 스트레스가 발생할 수 있습니다.
따라서 배터리 제조업체가 압축 프레임, 탭 연결 및 인클로저 설계에 대한 경험이 있는 경우 파우치 셀은 강력한 옵션입니다.
각형 셀은 견고한 직사각형 금속 하우징을 사용합니다. 파우치 셀과 마찬가지로 상대적으로 대용량이 가능하기 때문에 적은 수의 셀로도 배터리 팩을 구성할 수 있다.
74V 45Ah 팩의 경우 적합한 45Ah 또는 50Ah NMC 각형 셀도 20S1P 구성을 지원할 수 있습니다.
견고한 케이스는 기계적 지지를 제공하고 일반 직사각형 인클로저에 셀을 쉽게 배치할 수 있도록 해줍니다. 터미널 설계에 따라 버스바 설치 및 모듈 조립도 간단할 수 있습니다.
각형 셀은 다음과 같은 경우에 실용적인 선택이 될 수 있습니다.
배터리실은 일반 상자 모양으로 되어 있습니다.
최소 무게보다 기계적 내구성이 우선입니다.
차량이 거친 도로에서 사용됩니다.
배터리는 화물 오토바이 또는 전기 삼륜차에 설치됩니다.
정확한 용량과 방전율을 갖춘 검증된 셀 사용 가능
팩 제조업체는 이미 호환 가능한 모듈 설계를 보유하고 있습니다.
그러나 금속 케이스는 무게를 더하고 공간을 차지합니다. 각형 셀 크기도 유연성이 떨어지므로 기술적으로 적합한 셀이 사용 가능한 배터리 칸에 맞지 않을 수 있습니다.
또 다른 일반적인 실수는 모든 자동차 각형 셀이 전기 오토바이에 적합하다고 가정하는 것입니다. 일부 대형 NMC 각형 셀은 주로 고전류보다는 에너지 용량을 위해 설계되었습니다. 용량은 매력적으로 보일 수 있지만 허용되는 연속 방전, 저온 성능 또는 열 동작은 모터사이클 컨트롤러와 일치하지 않을 수 있습니다.
선택하기 전에 데이터시트(그리고 바람직하게는 독립 셀 테스트)를 확인해야 합니다.
원통형 셀은 전기 스쿠터, 전자 자전거 및 오토바이에 널리 사용됩니다. 일반적인 형식에는 18650 및 21700이 포함되며, 4680과 같은 더 큰 원통형 셀은 더 많은 이동성 애플리케이션에 사용됩니다.
금속 하우징은 개별적으로 우수한 기계적 보호 기능을 제공하며 성숙한 자동화 장비를 사용하여 셀 분류, 배치 및 용접을 수행할 수 있습니다.
원통형 셀은 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공합니다.
표준화된 치수
광범위한 공급업체 가용성
성숙한 대량 생산
좋은 기계적 강도
다양한 고속 셀 옵션
다양한 셀 배열을 통한 유연한 팩 형태
셀당 더 적은 에너지 함량
또한 셀 크기가 작을수록 많은 수의 셀에 전류와 열을 더 쉽게 분배할 수 있습니다. 올바르게 설계하면 원통형 팩은 뛰어난 전력 성능을 제공할 수 있습니다.
단점은 복잡성입니다.
대형 전기 오토바이 배터리에는 수백 개의 원통형 셀이 포함될 수 있습니다. 모든 셀에는 검사, 그룹화 및 전기 연결이 필요합니다. 셀 홀더와 냉각 간격은 공간을 소비하는 반면, 용접 횟수가 많아 생산 일관성의 중요성이 커집니다.
예를 들어, 74V 45Ah 팩이 5Ah 원통형 셀을 사용하는 경우 대략적인 구성은 다음과 같습니다.
직렬로 연결된 20개 셀
병렬로 9개 셀
20S9P
총 180셀
4.5Ah 셀을 선택한 경우 팩에는 200개의 셀이 포함된 20S10P 구성이 필요할 수 있습니다.
이에 비해 45Ah 파우치 또는 각형 솔루션에는 20개의 대형 셀만 필요할 수 있습니다.
원통형 셀은 고도로 표준화된 대량 제품에 매우 적합합니다. 그러나 소량 맞춤형 배터리의 경우 툴링, 용접 및 조립 작업으로 인해 디자인이 덜 매력적일 수 있습니다.
원통형 셀은 특히 생산량이 많고 전력 요구 사항이 보통인 경우 표준화된 도시 스쿠터에 실용적인 선택이 되는 경우가 많습니다.
제조업체가 소형 인클로저에서 더 많은 용량을 원하거나 더 적은 수의 병렬 그룹을 원할 경우에도 대형 파우치 셀이 매력적일 수 있습니다.
대형 NMC 파우치 셀은 에너지 밀도, 방전 전력 및 패키징 효율성의 유용한 균형을 제공할 수 있기 때문에 종종 고성능 오토바이에 대한 강력한 후보입니다.
최종 결정은 여전히 셀의 실제 방전 정격에 따라 달라집니다. 고용량 에너지 셀은 사양 및 테스트 데이터가 필요한 전류를 지원하지 않는 한 고전력 셀로 취급되어서는 안 됩니다.
인클로저 공간이 규칙적이고 기계적 강도가 중요한 경우 각형 셀이 선호될 수 있습니다. LFP 프리즘형 셀은 사이클 수명과 열 안정성이 최소 중량보다 중요한 경우에도 일반적으로 고려됩니다.
NMC 화학이 필요한 경우, 프리즘형 옵션과 파우치 옵션 모두 방전 성능, 크기 및 팩 중량을 기준으로 비교해야 합니다.
교체 가능한 배터리는 에너지, 무게, 취급 및 기계적 내구성의 균형을 맞춰야 합니다.
원통형 셀은 표준화된 교환 시스템에서 강력한 기록을 보유하고 있습니다. 파우치 셀은 공간 활용도를 향상시킬 수 있지만, 배터리 인클로저와 내부 지지 구조는 빈번한 제거 및 취급을 위해 설계되어야 합니다.
대형 파우치 또는 각형 셀은 총 셀 수를 줄이고 전기 아키텍처를 단순화할 수 있습니다. 이는 필요한 결합 및 기계적 프로세스가 가능하다면 프로토타입 오토바이 및 맞춤형 배터리 프로젝트에 매력적입니다.
고객이 '7445 배터리 팩'을 요청한다고 가정해 보겠습니다. 설계를 시작하기 전에 제조업체는 먼저 이것이 74V 및 45Ah를 의미하는지 확인해야 합니다.
3.7V NMC 셀을 사용하는 기본 구성은 다음과 같습니다.
구성: 20S
공칭 전압: 20 × 3.7V = 74V
완전 충전 전압: 20 × 4.2V = 84V
정격 용량: 45Ah
공칭 에너지: 74V × 45Ah = 3.33kWh
언뜻 보면 45Ah 파우치 셀을 사용하는 20S1P 팩은 간단해 보입니다. 그러나 모터와 컨트롤러 전류에 따라 선택한 셀이 적합한지 여부가 결정됩니다.
공칭 전압에서의 이론적인 전류는 다음과 같이 추정할 수 있습니다.
[
나는 = rac{P}{V}
]
대략적인 값은 다음과 같습니다.
| 최대 모터 전력 | 74V에서의 전류 |
|---|---|
| 3kW | 41A |
| 5kW | 68A |
| 8kW | 108A |
| 10kW | 135A |
이는 단순화된 공칭 전압 계산입니다. 실제 배터리 전류는 낮은 충전 상태에서 팩 전압이 떨어지고 컨트롤러, 모터 및 배선이 100% 효율적이지 않기 때문에 더 높을 수 있습니다.
컨트롤러의 최대 배터리 전류는 일반적으로 셀을 선택할 때 모터 명판보다 더 유용합니다.
컨트롤러가 120A 배터리 전류를 허용하는 경우 45Ah 셀은 다음을 지원해야 합니다.
[
120A div 45Ah = 2.67C
]
1C 연속 방전 등급의 셀은 이 작동 조건에서 안전한 선택이 아닙니다. 적절한 연속 전류, 펄스 전류, 온도 상승 및 전압 강하 성능을 갖춘 셀이 필요합니다.
이는 일반적으로 프로젝트의 우선순위를 평가하는 첫 번째 옵션입니다.
낮은 배터리 무게
컴팩트한 크기
설치공간의 효율적인 활용
간단한 1P 전기적 구조
높은 에너지 밀도
강력한 가속 성능
셀은 예상 작동 프로필에 따라 방전, 온도 및 수명 주기 평가를 통과해야 합니다.
이는 다음과 같은 경우에 적합할 수 있습니다.
인클로저는 크고 직사각형입니다.
추가 셀 중량이 허용됩니다.
구조적 강성이 우선입니다.
선택한 각형 셀에는 충분한 전력 용량이 있습니다.
셀 크기는 배터리 칸과 일치합니다.
제조업체는 금속 케이스가 더 안전해 보인다는 이유만으로 각형 셀을 선택해서는 안 됩니다. 셀 화학, 내부 디자인, 품질 일관성, BMS 전략, 융합 및 열 전파 보호는 외부 형태보다 더 중요합니다.
이는 다음과 같은 경우에 잘 작동할 수 있습니다.
검증된 고속 원통형 셀 사용 가능
제조업체는 자동화된 분류 및 용접 장비를 보유하고 있습니다.
배터리 설계로 안정적인 양산에 들어갈 것으로 예상
인클로저는 더 많은 수의 셀과 홀더를 수용할 수 있습니다.
셀 수준 전류 공유가 검증되었습니다.
소규모 맞춤 주문의 경우 높은 셀 수와 조립 복잡성으로 인해 원통형 옵션의 효율성이 떨어질 수 있습니다.
셀을 추천하기 전에 담당 배터리 공급업체는 전압과 용량 이상의 것을 요구해야 합니다.
다음 정보가 특히 중요합니다.
모터 정격 전력 및 피크 전력
컨트롤러 최대 배터리 전류
필요한 연속 및 피크 방전 전류
피크 전류 지속 시간
배터리실 길이, 너비 및 높이
최대 허용 배터리 무게
목표 주행거리 및 운행속도
충전 전압, 전류 및 충전 소요 시간
회생제동 전류
작동 온도 범위
도로, 진동 및 방수 조건
CAN 또는 UART와 같은 통신 요구 사항
필요한 사이클 수명
목표 시장 및 인증 요구 사항
프로토타입 및 생산 수량
이 정보가 없으면 배터리 셀을 추천하는 것은 대부분 추측일 뿐입니다.
만능 승자는 없습니다.
원통형 셀은 성숙한 제조 공정의 이점을 활용하는 표준화된 대용량 배터리 팩 및 애플리케이션에 매력적입니다. 각형 셀은 견고한 구조를 제공하며 일반 인클로저에서 조립을 단순화할 수 있습니다. 대형 파우치 셀은 낮은 무게, 효율적인 포장, 고용량 및 낮은 셀 수가 중요할 때 특히 유용합니다.
많은 72V 및 74V 고성능 전기 오토바이 프로젝트의 경우 대형 NMC 파우치 셀을 먼저 평가할 가치가 있습니다. 40Ah, 45Ah, 50Ah 이상의 셀을 사용하는 20S1P 구성은 깔끔한 전기적 구조와 탁월한 공간 활용성을 제공할 수 있습니다.
형식 자체보다는 측정된 성능을 토대로 결정을 내려야 합니다. 용량, DC 내부 저항, 연속 전류, 펄스 전류, 전압 강하, 온도 상승, 사이클 수명 및 기계적 통합을 모두 검토해야 합니다.
Misen은 전기 오토바이, 전기 스쿠터, 경전기 자동차 및 맞춤형 배터리 시스템을 위한 대형 NMC, LFP, 반고체 및 기타 파우치 셀 솔루션을 공급합니다. 해당 형식이 더 나은 기술적 적합성을 제공하는 프로젝트에는 선택된 원통형 및 프리즘형 셀 옵션도 사용할 수 있습니다.
우리 팀은 다음을 평가하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
세포 화학 및 형식
직렬 및 병렬 구성
연속 및 피크 전류 요구 사항
셀 크기 및 배터리실 호환성
용량, 전압 및 내부 저항 매칭
샘플 테스트 및 프로젝트 검증
맞춤형 배터리 모듈 및 팩 요구 사항
전기 오토바이 프로젝트를 평가하려면 필요한 전압, 용량, 모터 출력, 컨트롤러 전류 및 사용 가능한 배터리실 크기를 보내주십시오.
'74V 45Ah'와 같은 사양이 좋은 출발점이 됩니다. 올바른 셀 선택은 오토바이가 수행해야 하는 작업을 이해하는 것에서 비롯됩니다.
