Как выбрать аккумуляторы NMC емкостью 60–80 Ач для проектов электромобилей и аккумуляторных батарей

Когда проект батареи требует использования пакетного элемента емкостью 60, 70 или 80 Ач, обычно первым сравниваемым числом является емкость.

Оно не должно быть последним.

Два пакетных элемента NMC одинаковой емкости могут вести себя по-разному после установки в аккумуляторный модуль. Их размеры могут потребовать совершенно разных модульных конструкций. Их текущие возможности могут подходить для различных приложений. Положение вкладок, охлаждение, сжатие, согласованность ячеек и доступная документация также могут определить, подходит ли ячейка для реального проекта.

Это особенно важно в диапазоне 60–80 Ач. Эти элементы широко используются в аккумуляторных модулях электромобилей, модернизации аккумуляторов транспортных средств, промышленных аккумуляторных блоках, электрических мотоциклах, специальных транспортных средствах и других устройствах, где важны как плотность энергии, так и доступное пространство.

Так как же выбрать?

Лучшей отправной точкой является не простой вопрос: «Какая клетка имеет самое высокое значение Ah?»

Лучший вопрос:

Какой элемент соответствует электрическим, механическим, тепловым требованиям и требованиям к питанию всей аккумуляторной системы?

Почему аккумуляторы NMC емкостью 60–80 Ач часто используются в проектах электромобилей

Пакетные элементы NMC большого формата предлагают полезное сочетание плотности энергии, относительно небольшого веса и гибкости упаковки.

По сравнению с цилиндрическими элементами, для создания аккумуляторного блока большой емкости может потребоваться меньше крупных пакетных элементов. По сравнению с обычными жесткими призматическими элементами конструкция ламинированного пакета также может дать инженерам больше свободы при работе с ограниченным аккумуляторным корпусом.

Это делает диапазон 60–80 Ач особенно интересным для таких проектов, как:

• Аккумуляторные модули электромобилей и легких электромобилей

• замена или модернизация аккумуляторов для существующих автомобилей

• электрические мотоциклы и внедорожники

• AGV и мобильное промышленное оборудование

• индивидуальные аккумуляторные блоки высокой энергии

• проекты прототипов и малосерийных автомобилей

Однако ячейки-мешочки требуют тщательной механической интеграции. Их не следует просто складывать внутри корпуса и соединять вместе.

Элемент — это только одна часть готовой аккумуляторной системы.

Начните с необходимого напряжения и мощности аккумулятора.

Прежде чем сравнивать отдельные модели ячеек, определите архитектуру пакета.

Предположим, для проекта требуется номинальное напряжение примерно 350 В. Поскольку элемент NMC работает в типичном номинальном диапазоне 3,6–3,7 В, для батареи может потребоваться примерно 95 элементов последовательно, в зависимости от точного окна рабочего напряжения.

Если выбранная ячейка имеет емкость около 70 Ач, а в конструкции используется одна ячейка параллельно, результирующая батарея также будет иметь емкость примерно 70 Ач.

Это звучит просто, но переход от элемента емкостью 60 Ач к элементу емкостью 77 Ач влияет гораздо больше, чем просто емкость. Он меняется:

• общая энергия упаковки

• вес клетки

• размеры модуля

• выделение тепла под нагрузкой

• требуемый ток на ячейку

• запас хода или время работы автомобиля

• стоимость упаковки

• доступное место для установки

Вот почему полезно сначала определить целевую систему, а затем выбрать ячейку.

Физические размеры могут быть важнее емкости

Для проектов по замене батарей размеры часто являются первым реальным ограничением.

Оригинальный аккумуляторный шкаф может иметь фиксированные размеры модуля, фиксированные точки крепления, охлаждающие пластины, расположение шин и зазоры для обслуживания. Ячейка с отличными электрическими характеристиками не имеет особой ценности, если ее нельзя безопасно интегрировать в доступное пространство.

Для каждой рассматриваемой карманной ячейки проверьте как минимум:

Толщина × ширина × высота вместе с размерами и ориентацией вкладок.

Не сравнивайте только тело клетки. В зависимости от конструкции вам также может понадобиться место для:

• компрессионные пластины

• изоляционные листы

• шины или гибкие соединители

• датчики температуры

• охлаждающие пластины

• модульные рамки

• проводка и соединения BMS

Разница в несколько миллиметров на элемент может стать существенной, когда в один аккумуляторный блок помещены десятки элементов.

Для проектов, где пространство очень ограничено, выбор правильной геометрии элемента может быть более важным, чем получение еще 3–5 Ач номинальной емкости.

Не выбирайте ячейку только по емкости

Рассмотрим три элемента емкостью около 60 Ач, 70 Ач и 77 Ач.

Заманчиво предположить, что вариант 77 Ач автоматически является лучшим, поскольку он сохраняет больше энергии.

Это может быть справедливо для некоторых приложений, но не для всех.

Элемент емкостью 60 Ач с подходящей выдерживаемой силой тока может лучше подойти для автомобиля, ориентированного на производительность. Элемент емкостью 70–76 Ач может обеспечить лучший баланс между энергией, размерами и доступным пространством модуля. Более крупный аккумулятор класса 77 Ач может оказаться привлекательным, если основной целью является максимизация общей энергии аккумулятора.

Правильный выбор зависит от того, что на самом деле должна делать батарея.

Текущие возможности: непрерывный ток имеет большее значение, чем самое большое число

Данные о темпах сброса заслуживают пристального внимания.

Элемент может иметь отдельные характеристики для непрерывного разряда, кратковременного пикового разряда и импульсного разряда. Эти значения никогда не следует рассматривать как взаимозаменяемые.

Например, автомобиль может потреблять максимальный ток только во время резкого ускорения, тогда как для обычного вождения требуется гораздо меньший ток. Промышленная батарея, напротив, может работать при относительно высокой нагрузке в течение длительного времени.

Эта разница влияет на выбор клеток.

Для проектов, где выходная мощность является приоритетом, Пакетный элемент NMC SK 3,7 В, 60,3 Ач — один из вариантов, который стоит оценить. Позиционирование продукта в большей степени ориентировано на мощность, чем у многих традиционных аккумуляторов в больших пакетах, ориентированных на энергию.

Для приложений с более умеренными требованиями к току решение может вместо этого отдаваться в пользу энергоемкости, механической посадки, требований к циклу или стоимости.

Всегда проверяйте фактические требования к непрерывному и пиковому току всего блока перед завершением работы с элементом.

Энергоориентированные и энергоориентированные клетки выполняют разные задачи

Одна из распространенных ошибок при выборе аккумуляторов — попытка найти элемент, который «лучший» во всем.

На практике ячейки разрабатываются с учетом разных приоритетов.

Мощный элемент может пожертвовать некоторой плотностью энергии или экономической эффективностью для поддержки более высокого тока. Энергоориентированный элемент может быть оптимизирован по емкости и времени работы, а не по очень высокой скорости разряда.

Например, Misen также поставляет Пакетный элемент SK 66,5 Ач NCM для проектов, в которых инженеры могут уделять больше внимания стабильной интеграции аккумуляторного блока и долгосрочной работе, а не экстремальной выходной мощности.

Ни один из подходов не является автоматически лучшим.

Для преобразования электромобилей правильный вопрос заключается в том, сможет ли ячейка безопасно выдерживать ожидаемый непрерывный ток возбуждения и пики ускорения. Для промышленного аккумуляторного блока рабочий цикл может иметь большее значение. Для стационарной или резервной системы высокий пиковый ток практически не влияет на конструкцию.

Рассмотрите устоявшиеся форматы ячеек EV

Для некоторых проектов инженеры предпочитают форматы ячеек, которые уже используются в автомобильных или мобильных приложениях.

Пакетный элемент NMC LG E63 / E63B 60–63 Ач попадает в эту категорию и может рассматриваться для проектов электромобилей, автомобильных аккумуляторов, автофургонов и индивидуальных аккумуляторных блоков, где его механический формат соответствует дизайну.

Продолжая повышать диапазон емкости, Farasis также предлагает несколько пакетных ячеек NMC большого формата.

Пакетный элемент Farasis P73D емкостью 73 Ач представляет собой еще один вариант в диапазоне низких 70 Ач.

Для проектов, требующих немного большей мощности, пакетный элемент NMC Farasis P76D 76 Ач . Также можно оценить

Важным моментом является то, что переход с 63 Ач на 73 Ач или 76 Ач не следует рассматривать как простое повышение емкости. Инженерам необходимо проверить, совместимы ли новые размеры ячеек, выступы, требования к сжатию, диапазон рабочего напряжения, допустимый ток и система охлаждения с существующей системой.

А как насчет ячеек около 80 Ач?

Для проектов, целью которых является максимизация энергопотребления в рамках архитектуры пакетных ячеек, могут быть привлекательными элементы емкостью около 80 Ач.

Одним из примеров является SK Innovation E777 77,7 Ач NMC-элементный аккумулятор.

Ячейка большей емкости может уменьшить потребность в параллельных группах в некоторых конструкциях и увеличить общую энергию без изменения количества ячеек, соединенных последовательно.

Но опять же, сама по себе мощность не определяет, будет ли модернизация практичной.

Для физически более длинного или широкого карманного элемента может потребоваться совершенно другой модуль. Увеличение емкости также может изменить тепловое поведение, распределение веса, требования к охлаждению и механическую структуру готовой батареи.

В случае новой конструкции батареи эти изменения обычно можно внести во время проектирования.

Для проекта замены с использованием существующего корпуса они могут стать основным препятствием.

Практическое сравнение диапазона 60–80 Ач

Следующий обзор показывает, как эти семейства ячеек могут вписаться в различные направления проекта.

ячейки	Класс емкости	Типичное направление проекта	Основной момент для проверки
СК 60,3 Ач	~60 Ач	Применение электромобилей и аккумуляторов большей мощности	Требования к постоянному и пиковому току
LG E63/E63B	Класс 60–63 Ач	Проекты электромобилей, мобильности и замены аккумуляторов	Размеры и совместимость модулей
СК 66,5 Ач	~66 Ач	Общий аккумулятор и промышленная интеграция	Рабочий ток и механическая конструкция
Фарасис P73D	73Ач	Аккумуляторы для электромобилей и более крупные аккумуляторы	Доступное пространство модуля
Фарасис P76D	76Ач	Высокоэнергетические электромобили и аккумуляторные модули	Механическая посадка и термический расчет
СК Инновация E777	Класс ~77,7 Ач	Проекты по созданию высокоэнергетических электромобилей и индивидуальных пакетов	Геометрия ячеек и расположение упаковки

Эту таблицу следует рассматривать как отправную точку, а не как окончательное инженерное решение. Точные характеристики ячеек всегда должны быть подтверждены для производственной партии до окончательного определения структуры модуля.

Клетки-мешочки нуждаются в надлежащем сжатии и механической поддержке.

В отличие от призматических ячеек в жестком металлическом корпусе, механическая защита пакетных ячеек во многом зависит от конструкции модуля.

Хороший модуль карманных ячеек обычно обеспечивает контролируемую поддержку по всей поверхности больших клеток.

Слишком слабое ограничение может привести к чрезмерному отеку или движению. Чрезмерное сжатие также может быть вредным.

Поэтому в конструкции необходимо учитывать сжимающие пластины, расстояние между ячейками, изоляцию, тепловое расширение, вибрацию и долгосрочные изменения размеров.

Это становится особенно важным в автомобильной промышленности, поскольку аккумулятор подвергается вибрации, повторяющимся изменениям температуры, силам ускорения и тысячам циклов зарядки и разрядки.

Правильно выбранная ячейка все равно может работать плохо, если модуль вокруг нее плохо спроектирован.

Управление температурным режимом должно разрабатываться с учетом реальной нагрузки

Потребность в охлаждении пакетного аккумулятора емкостью 70 Ач нельзя определить только по его емкости.

Выделение тепла сильно зависит от внутреннего сопротивления, тока, рабочего цикла, температуры окружающей среды и теплового пути между элементом и системой охлаждения.

Аккумулятор для тихоходного внедорожника может работать комфортно благодаря относительно простой тепловой конструкции. Высокопроизводительный электромобиль или сильноточная промышленная машина могут потребовать гораздо более активного управления температурным режимом.

Прежде чем выбрать последнюю ячейку, полезно знать:

• нормальный постоянный ток

• максимальный ток и продолжительность

• зарядный ток

• ожидаемая температура окружающей среды

• доступный метод охлаждения

• максимально допустимая температура ячейки

Эти цифры дают инженеру по батареям гораздо больше полезной информации, чем просто емкость.

Согласованность ячеек имеет значение, когда вы используете 50, 100 или 200 ячеек вместе

Один аккумуляторный блок может отлично работать на испытательном стенде, тогда как полный аккумуляторный блок работает плохо.

Почему?

Потому что аккумуляторная батарея ограничена различиями между ячейками.

Напряжение, емкость, внутреннее сопротивление, саморазряд и состояние заряда должны оставаться одинаковыми во всей группе. Если один элемент достигает верхнего или нижнего предела напряжения раньше, чем другие, BMS, возможно, придется прекратить зарядку или разрядку, даже если большая часть аккумулятора все еще имеет полезную емкость.

Вот почему соответствие ячеек особенно важно для больших аккумуляторных блоков электромобилей.

В случае проектных заказов покупатели должны обсудить с поставщиком требования к тестированию и согласованию перед отправкой, а не сосредотачиваться только на цене за единицу продукции.

Проекты замены требуют дополнительного уровня проверки

Замена существующего аккумуляторного элемента электромобиля на аккумуляторный элемент большей емкости может быть привлекательной, поскольку исходный автомобиль может увеличить запас хода без полной переработки трансмиссии.

Но это не следует рассматривать как замену по принципу «подключи и работай» просто потому, что номинальное напряжение аналогично.

Команда инженеров должна подтвердить:

Механическая совместимость. Могут ли новый элемент и модуль безопасно разместиться в оригинальном аккумуляторном корпусе?

Окно напряжения. Совместимы ли пределы заряда и разряда с существующей BMS и зарядным устройством?

Текущие возможности. Могут ли новые элементы выдерживать постоянный и пиковый ток автомобиля?

Поведение БМС. Будет ли существующая BMS корректно работать с новой полезной емкостью и характеристиками ячеек?

Термический менеджмент. Обеспечивает ли оригинальная система охлаждения адекватный контроль температуры?

Конструкция подключения. Соответствуют ли размеры и положения вкладок предлагаемым шинам или адаптерам?

Во многих проектах конверсии эти детали имеют большее значение, чем разница между 73 Ач и 76 Ач.

Новый дизайн упаковки в сравнении с заменой существующей батареи

Выбор элементов обычно проще при разработке совершенно нового аккумуляторного блока.

Благодаря новому дизайну инженеры могут построить корпус, систему сжатия, шины, систему охлаждения и BMS вокруг выбранной ячейки.

Проекты замены работают в противоположном направлении.

Ячейка должна соответствовать существующей механической и электрической среде.

Это означает, что приоритеты выбора часто различаются:

При выборе нового аккумуляторного блока начните с энергопотребления, мощности, напряжения системы, ожидаемого срока службы, стоимости и общей эффективности упаковки.

При замене существующей батареи электромобиля начните с размеров, совместимости напряжения, структуры вкладок, текущей мощности и доступного места. Емкость определяется после этих базовых проверок совместимости.

Какую информацию следует отправлять поставщику ячеек?

Поставщик может порекомендовать гораздо более подходящий пакетный элемент, если требования проекта ясны.

Вместо отправки только:

«Нужен аккумулятор NMC емкостью 70 Ач».

Предоставьте основную информацию о системе:

1. Требуемая номинальная емкость ячейки или приемлемый диапазон

2. Целевое напряжение и емкость блока

3. Непрерывный и пиковый ток аккумуляторной батареи

4. Максимально доступные размеры ячейки или модуля

5. Требуемое количество ячеек

6. Новый дизайн батареи или проект замены

7. Метод охлаждения, если он уже определен

8. Целевое приложение и операционная среда

Для проекта замены также чрезвычайно полезны фотографии и размеры оригинального модуля элемента и батареи.

Обладая этой информацией, часто можно сразу же исключить несколько неподходящих клеток.

Какой аккумулятор NMC емкостью 60–80 Ач выбрать?

Не существует единственного правильного ответа для каждого проекта.

Ячейка класса 60 Ач может быть правильным выбором, когда основным ограничением является высокий ток или существующий формат модуля. Аккумулятор емкостью 66 Ач может предложить полезную золотую середину. Элемент емкостью 73 Ач или 76 Ач может обеспечивать дополнительную энергию, оставаясь при этом подходящим для компактного модуля электромобиля. Аккумулятор класса 77–80 Ач может быть привлекательным, когда приоритетом является максимизация энергии аккумулятора.

Окончательное решение должно сбалансировать четыре области:

Электрические требования: напряжение, мощность, постоянный ток и пиковый ток.

Механические требования: размеры, выступы, структура модуля и доступное пространство.

Тепловые требования: рабочий ток, метод охлаждения и температурные пределы.

Требования к поставкам: состояние элементов, последовательность, документация, доступное количество и будущие поставки.

Игнорирование любой из этих областей может превратить, казалось бы, хорошую ячейку в дорогостоящую инженерную проблему.

Как Misen поддерживает проекты карманных ячеек NMC

Мисен работает с рядом крупноформатных пакетных элементов NMC для проектов электромобилей, мобильных устройств, промышленности, замены аккумуляторов и индивидуальных аккумуляторных блоков.

Вместо того, чтобы выбирать элемент только с запрошенным номиналом Ач, наша команда может помочь сравнить доступные варианты в соответствии с фактическим применением, включая размеры элемента, целевое напряжение, ток разряда, компоновку модуля, количество и требования к интеграции.

Для проектов, использующих пакетные элементы NMC емкостью 60–80 Ач, отправьте нам необходимые размеры элементов, целевую емкость, непрерывный и пиковый ток, количество и применение.

Если вы заменяете существующую батарею, вы также можете предоставить исходную модель батареи, размеры, фотографии и конфигурацию упаковки.

Обычно это значительно упрощает определение того, какие варианты аккумуляторных батарей заслуживают дальнейшего тестирования, прежде чем будет окончательно разработана конструкция батареи.

Нужна помощь в выборе аккумуляторной батареи NMC емкостью 60–80 Ач для вашего электромобиля или аккумуляторной батареи? Свяжитесь с Misen и сообщите ваши электрические и механические требования, и мы поможем вам сравнить подходящие варианты ячеек для вашего проекта.