Priročnik za zamenjavo baterije za električni skuter: Kako izbrati celice in oblikovati varen paket

Zamenjava zastarele baterije skuterja lahko obnovi doseg, izboljša stabilnost napetosti in obdrži sicer dobro vozilo na cesti. Težaven del je ne najti celic z enako napetostjo, natisnjeno na etiketi. Zaradi tega nove celice, baterijski paket, BMS, polnilec in krmilnik vozila delujejo kot en sistem.

Nedavni projekt je to izpostavil. Vozilo je bil maksi skuter Vectrix VX-1, predlagana nadomestna celica pa je bila celica z vrečko GBT 3,2 V 70 Ah LFP. VX-1 je uporaben kovček, ker deluje pri veliko višji napetosti kot tipičen dnevni skuter, vendar enaka inženirska vprašanja veljajo za dostavne skuterje 48 V, mestne modele 60 V, zmogljive skuterje 72 V in druga lahka električna vozila.

Ta priročnik pojasnjuje, kako pregledati nadomestno celico, izračunati konfiguracijo paketa in identificirati podrobnosti, ki jih je treba preveriti, preden se zgradi strojna oprema.

Nadomestna baterija je sistem, ne škatla celic

Skuter ima lahko še vedno dober motor, šasijo in krmilnik, tudi če njegova originalna baterija ni več uporabna. Zaradi tega je zamenjava celic privlačna, zlasti za ukinjena vozila ali komercialne skuterje, ki morajo ostati v uporabi.

Vendar mora uspešna pretvorba hkrati izpolnjevati šest pogojev:

• Delovna napetost mora ostati znotraj varnega območja krmilnika.

• Celice morajo zagotavljati neprekinjeno moč in kratke konice pospeška brez pretiranega padca napetosti.

• Celice in strojna oprema paketa se morajo fizično prilegati prostoru za baterije.

• BMS mora zaščititi vsako serijsko skupino in obravnavati pogonski tok in regenerativno polnjenje.

• Polnilnik mora uporabljati pravilen napetostni profil za novo kemijo in število serij.

• Končni paket mora prenesti vibracije, vročino, vlago, udarce in ponavljajoče se servisne cikle.

Če eden od teh pogojev ni izpolnjen, lahko paket, ki je na papirju videti pravilen, zagotavlja slab doseg, sproži napake krmilnika ali povzroči varnostno tveganje, ki se mu je mogoče izogniti.

Začnite z vozilom, ne z nadomestno celico

Preden izberete celico, zberite originalne podatke o vozilu. Samo ime modela ni dovolj, ker proizvajalci pogosto uporabljajo različne baterije, polnilnike ali vdelano programsko opremo v letih proizvodnje in regionalnih različicah.

Kako serijska in vzporedna konfiguracija spremeni paket

Zaporedno povezane celice povečajo napetost. Vzporedno povezane celice povečajo kapaciteto in tokovno zmogljivost. Osnovni izračuni so preprosti:

Beseda '72V' ne opisuje ene univerzalne baterije. Paket NMC razreda 72 V je običajno zgrajen kot 20S, kar daje približno 74 V nominalno in 84 V pri polni napolnjenosti. Paket 24S LFP daje nominalno 76,8 V in do 87,6 V, če je napolnjen na 3,65 V na celico. Obe se lahko prodajata kot 72 V bateriji, vendar nista zamenljivi brez potrditve omejitev krmilnika in polnilnika.

To so primeri izračuna, ne univerzalne zamenjave. Končno število serij je treba izbrati iz dejanskih najmanjših in največjih omejitev DC-bus vozila.

LFP ali NMC: katera kemija ustreza predelavi skuterja?

LFP je pogosto izbran za nadomestne projekte, ker nudi dobro toplotno stabilnost in dolgo življenjsko dobo. NMC ostaja dragocen, ko je predal za baterije tesen in je doseg na kilogram prednostna naloga. Nobena kemija ni samodejno boljša za vsak skuter.

Tudi format celice je pomemben. Cilindrične celice so modularne in široko podprte, prizmatične celice so mehansko robustne in enostavne za sestavljanje, medtem ko lahko vrečke celice bolje izkoristijo dolgo ali plitvo ohišje. Celice vrečk potrebujejo nadzorovano stiskanje in zaščito pred ostrimi robovi in ​​lokalnim pritiskom. Njihovi jezički potrebujejo tudi ustrezno oblikovane vodila ali varjene spoje; ne smemo jih obravnavati kot upogljive plošče, ki jih je mogoče preprosto zapakirati v neuporabljen prostor.

Študija primera: pregled paketa LFP 40S 70Ah za Vectrix VX-1

Prvotni Vectrix VX-1 je bil zgrajen okoli visokonapetostnega baterijskega sistema. Objavljeno tehnično gradivo opisuje zgodnjo baterijo kot približno 125 V, 30 Ah in 3,7 kWh. Kasnejše tovarniške različice Li/Li+ so uporabljale 40 celic LFP v seriji, ki so proizvedle nazivno napetost vodila 128 V. Zaradi te zgodovine je arhitektura 40S LFP smiselno izhodišče za pretvorbo VX-1, ne pa samodejna odobritev za vsako modelno leto ali različico vdelane programske opreme.

Za predlagani projekt so začetni presejalni podatki za GBT celico v vrečki 3,2 V, 70 Ah in približno 14,5 × 102 × 376 mm. Projektni podatki kažejo tudi 2C neprekinjeno razelektritev in 5C impulzno razelektritev. Te ocene je treba potrditi glede na natančen model celice in njen trenutni podpisani podatkovni list, preden se paket sprosti v proizvodnjo.

Trenutno povpraševanje je treba preveriti pri nizki napolnjenosti

Obremenitev z močjo 10 kW porabi približno 78 A pri 128 V. Obremenitev 15kW porabi približno 117A. Tok narašča, ko napetost paketa pada, izgube kabla, priključka in krmilnika pa povečujejo porabo baterije. Iz tega razloga je treba tokovno zmogljivost preveriti blizu nižje delovne napetosti in pri najvišji pričakovani temperaturi okolja – ne le pri nazivni napetosti na laboratorijski mizi.

Surove celice se lahko prilegajo, končni paket pa ne

Če 40 celic razdelimo na dva niza po 20, je teoretična ovojnica celic približno 376 × 290 × 204 mm. V primerjavi s prijavljenim ovojom ležišča za baterije VX-1 s približno 610 × 330 × 222 mm je to videti obetavno. Preostala višina pa je le približno 18 mm pred dodajanjem kompresijskih plošč, električne izolacije, podpornih jezičkov, vodil, zaznavnih žic in toleranc ohišja. Usmerjenost zavihka in dostop do storitev sta morda pomembnejša od neuporabljenega nosilca drugje v ležišču.

Zato bi moral biti naslednji korak postavitev 3D paketa na podlagi izmerjene geometrije vozila. Izračun prostornine ne more pokazati, ali je paket dejansko mogoče sestaviti, namestiti in varno servisirati.

Doseg je treba oceniti na podlagi uporabne energije

Nazivna energija je 8,96 kWh, vendar praktična zasnova običajno rezervira energijo tako na vrhu kot na dnu napetostnega okna. Če 85 % obravnavamo kot uporabnega, paket zagotavlja približno 7,6 kWh. Pri povprečni porabi 80Wh/km je preprosta ocena približno 95km; pri 100Wh/km je približno 76km. Hitrost, masa voznika, klanci, temperatura, tlak v pnevmatikah in veter lahko bistveno spremenijo dejanski rezultat.

Izbira BMS: več kot ustreza številu serij

BMS z oznako '40S LFP' ni samodejno primeren za paket skuterjev 40S. Njegova nazivna napetost, tokovni senzorji, izhodi kontaktorjev, logika predpolnjenja, strategija uravnoteženja in komunikacijski protokol se morajo ujemati z vozilom.

Pri vlečnem paketu je treba BMS pregledati za:

• Prenapetostna in podnapetostna zaščita na celico

• Trajni tok praznjenja in časovno omejen vršni tok

• Polnilni tok, vključno z regenerativnim zaviranjem

• Temperaturni senzorji na reprezentativnih vročih in hladnih točkah

• Krmiljenje kontaktorja, prednapolnitev in izklop ob napaki

• Pasivni ali aktivni izravnalni tok

• Komunikacija CAN s polnilnikom, armaturno ploščo ali krmilnikom motorja

• Tok mirovanja med shranjevanjem in zaklepanje polnjenja pri nizki temperaturi

Posebno pozornost si zasluži regenerativno zaviranje. Ko je baterija polna ali hladna, morda ne bo mogla sprejeti običajnega regeneracijskega toka. BMS in krmilnik potrebujeta usklajeno metodo za zmanjšanje ali onemogočanje regeneracije, preden je BMS prisiljen odpreti glavni kontaktor pod obremenitvijo.

Ali je mogoče obdržati originalni polnilnik za skuter?

Včasih, a šele potem, ko je njegovo vedenje preverjeno. Polnilnik, zasnovan za NiMH, naj ne bi deloval z LFP. Celo dva litijeva paketa s podobnimi nominalnimi napetostmi lahko zahtevata različne najvišje napetosti, tokovno zoženje in temperaturna pravila.

Obstajajo tri običajne poti:

1. Ponovno programirajte originalni polnilnik , ko sta na voljo podprta vdelana programska oprema in komunikacijska dokumentacija.

2. Zamenjajte polnilnik z enoto, zasnovano za novo kemijo, štetje serij in komunikacijo BMS.

3. Uporabite neodvisen polnilnik-BMS sistem , pri tem pa ohranite zahtevane zapore in funkcije prikaza vozila.

Ni nujno, da je ciljni naboj vedno enak absolutnemu maksimumu, ki ga dovoljuje celica. Nekoliko nižja zgornja napetost lahko zagotovi uporabno delovno rezervo in lahko podpira daljšo življenjsko dobo, vendar mora izbrana vrednost še vedno delovati z uravnoteženjem in izračunom stanja napolnjenosti vozila.

Mehanske in električne podrobnosti, ki odločajo o zanesljivosti

Številne težave s pretvorbo se začnejo zunaj same celice. Zanesljiv paket za skuterje potrebuje togo ohišje, predvidljivo stiskanje celic, izolacijo med prevodnimi deli, razbremenitev napetosti na vsakem izhodu kabla in zadostno ločitev med visokonapetostnimi in nizkonapetostnimi napeljavami.

Zasnova mora vsebovati tudi:

• Glavna varovalka s pravilno nazivno vrednostjo je nameščena blizu izhoda paketa

• Prekinitev storitve ali postopek varnega vzdrževanja

• Upor pred polnjenjem za omejevanje zagonskega toka krmilnika in kondenzatorja

• Kontaktorji z ustrezno vrednostjo enosmerne napetosti in toka napake

• Zbirke, zasnovane za tok, dvig temperature in vibracije

• Zaščita pred vodo, prevodnim prahom in cestnimi odpadki

• Toplotne poti, ki ne ustvarjajo izoliranih vročih celic

• Jasna polarnost, visoka napetost in servisne oznake

Pri paketu z vrečko mora biti stiskanje enotno in natančno določeno, ne pa improvizirano. Premajhna omejitev lahko povzroči otekanje in utrujenost jezička; prevelik lokalni pritisk lahko poškoduje laminat ali notranje plasti.

Praktičen potek dela za zamenjavo baterije skuterja

Kaj je treba preizkusiti, preden se skuter vrne na cesto?

Pri prototipu je treba preveriti vsaj konsistenco celice, uporabno zmogljivost, padec visokotokovne napetosti, dvig temperature zbiralke, izolacijsko upornost, pragove BMS, delovanje kontaktorja in izklop polnilnika. Preskusi vozil se morajo začeti pri nadzorovani moči in se postopoma razširiti na pospeševanje, vzpenjanje v klanec in regenerativno zaviranje.

Koristen načrt preverjanja vključuje tudi zaustavitev pri polni napolnjenosti, delovanje pri nizkem stanju napolnjenosti, vroče in hladne razmere, ki ustrezajo trgu, tok shranjevanja brez ključa in simulacijo napake. Cilj ni le omogočiti premikanje skuterja. Zagotoviti je treba, da predvidljive napake vodijo do nadzorovanega, popravljivega odziva.

Kamor se lahko prilega celica vrečke GBT 70Ah LFP

70 Ah visokozmogljiva LFP celica v vrečki je lahko zanimiva možnost za velike skuterje, električne motocikle in predelave lahkih električnih vozil, kjer ohišje daje prednost dolgim, tankim celicam. Pri 40S1P ponuja skoraj 9kWh nazivne energije brez vzporednih skupin celic. Pri nižjih sistemskih napetostih lahko ista zmogljivost podpira dostavne skuterje, gospodarska vozila in druge aplikacije, ki dajejo prednost vsakodnevnemu kolesarjenju in stabilni moči.

Pravilna izbira je še vedno odvisna od preverjenih specifikacij celice in delovnega cikla vozila. Mestni skuter, ki križari s skromno močjo, ima drugačne potrebe od težkega maksi skuterja, ki pleza po dolgih klancih, tudi če imata oba paketa oznako 70Ah.

Za trenutne informacije o celici glejte Misen's GBT 3,2 V 70 Ah LFP vrečka celica in širše LiFePO4 serija vrečk za celice . Končne ocene je treba vedno potrditi za točno proizvodno serijo in zasnovo pakiranja.

Pogosta vprašanja

Ali lahko zamenjam svinčeno-kislinsko ali NiMH baterijo skuterja z LFP?

Pogosto da, vendar gre za pretvorbo sistema in ne za neposredno zamenjavo celic. Nov paket se mora ujemati z oknom napetosti krmilnika in običajno potrebuje kemijsko specifično BMS in strategijo polnilnika.

Kako izberem število celic LFP v seriji?

Delajte nazaj od dovoljene najmanjše in največje napetosti baterije krmilnika. Preverite nazivno napetost in napetost polnega polnjenja; ne izbirajte števila serij samo na podlagi tržne napetosti skuterja.

Ali je baterija z več Ah vedno boljša?

Ne. Večja zmogljivost lahko izboljša doseg, vendar spremeni tudi velikost paketa, težo, čas polnjenja in energijo napake. Paket mora še vedno izpolnjevati trenutne, toplotne, mehanske zahteve in zahteve glede integracije vozila.

Ali lahko samo BMS zaščiti krmilnik motorja?

Ne. BMS ščiti baterijo, medtem ko imajo krmilnik, varovalka, kontaktorji in vezje za predhodno polnjenje vsak svojo nalogo. Njihove omejitve in vedenje pri zaustavitvi morajo biti usklajeni.

Katere informacije so potrebne za predlog baterije za skuter po meri?

Navedite model in letnik skuterja, oznako originalne baterije, oznake krmilnika in polnilnika, izmerjene mere prostora za baterije, želeni doseg, moč vozila, največjo hitrost, težo voznika/tovora, fotografije priključkov in pričakovano delovno temperaturo. CAN ali dokumentacija o ožičenju je še posebej uporabna za visokonapetostne skuterje.

Končne misli

Najboljša nadomestna celica ni le tista z največjo zmogljivostjo ali najvišjo stopnjo C. To je celica, ki jo je mogoče vključiti v celoten paket s pravilnim napetostnim oknom, zadostno tokovno rezervo, realistično mehansko postavitvijo in usklajeno zaščito.

Vectrix VX-1 pokaže, zakaj je ta proces pomemben. Paket 40S 70Ah LFP je električno privlačen in ponuja veliko povečanje nominalne energije, vendar lahko vmesnik polnilnika, regenerativno zaviranje, višina paketa in kompresija celice vrečke odločijo, ali je zasnova praktična. Enak discipliniran pristop velja za manjše 48V in 72V skuterje.