Torbica v primerjavi s prizmatičnimi ali cilindričnimi celicami za akumulatorje električnih motornih koles: Kako izbrati

Izbira prave celične celice je ena od prvih – in najpomembnejših – odločitev v projektu baterije električnega motocikla.

Kupec lahko začne s preprosto specifikacijo, kot je '72V 40Ah' ali '74V 45Ah', vendar samo napetost in zmogljivost proizvajalcu baterije ne povesta, katero celico naj uporabi. Na končno izbiro vplivajo moč motorja, tok krmilnika, razpoložljiv prostor za namestitev, ciljna teža, delovna temperatura in pričakovana življenjska doba.

Za akumulatorje električnih motociklov se običajno upoštevajo trije formati litij-ionskih celic:

• Vrečkaste celice velikega formata

• Prizmatične celice s togimi kovinskimi ohišji

• Cilindrične celice, kot so 18650, 21700 in 4680

Vsak format ima preizkušene aplikacije. Prava izbira je manj odvisna od tega, katera celica je videti bolj napredna, in bolj od tega, kako dobro se prilega motociklu in njegovi električni obremenitvi.

Ta priročnik pojasnjuje glavne razlike in kot praktičen primer izbire uporablja paket baterij 74 V 45 Ah NMC.

Zakaj je format celic pomemben pri električnem motociklu

Električni motocikli postavljajo drugačne zahteve glede baterij kot osebni avtomobili ali stacionarni sistemi za shranjevanje energije.

Prostor za namestitev je omejen. Teža neposredno vpliva na upravljanje in doseg. Pospeševanje lahko zahteva velik izbruh toka, medtem ko lahko plezanje ali hitra vožnja zadržujeta baterijo pod veliko obremenitvijo nekaj minut. Upoštevati je treba tudi vibracije ceste, izpostavljenost vodi in ponavljajoče se spremembe temperature.

Oblika celice vpliva na:

• Teža paketa in uporabna energija

• Izkoristek prostora znotraj ohišja baterije

• Zmogljivost neprekinjenega in največjega praznjenja

• Število celic in električnih povezav

• Hlajenje in konstantnost temperature

• Odpornost na vibracije in mehanske vplive

• Stroški proizvodne opreme in montaže

• Strategija vzdrževanja in zamenjave

Paket baterij bi zato moral biti zasnovan okoli vozila, ne le okoli razpoložljive celice.

Hitra primerjava treh formatov celic

Izbirni faktor	Celica v vrečki	Prizmatična celica	Cilindrična celica
Gravimetrična energijska gostota	Ponavadi zelo tekmovalen	Zmerno do visoko	Močno odvisno od modela celice
Izkoriščenost prostora	Odlično	Dobro v navadnem ohišju	Nižje zaradi vrzeli med celicami
Kapaciteta celice	Običajno od deset do več kot 100 Ah	Običajno od deset do sto Ah	Običajno več Ah na celico
Število celic v pakiranju	Nizka	Nizka	visoko
Mehanska zaščita	Mora biti priložen paketu	Togo ohišje celice	Močno individualno kovinsko ohišje
Razpoložljivost visoke moči	Dobro za izbrane modele NMC	Odvisno od konkretnega modela	Veliko preizkušenih visokokakovostnih možnosti
Prilagodljivost oblike paketa	visoko	Zmerno	Visoka razporeditev celic
Delovanje celične povezave	Manj, večje povezave	Manj, večje povezave	Veliko majhnih povezav
Upravljanje otekline	Zahteva nadzorovano stiskanje	Še vedno je potrebna mehanska obravnava	Upravlja predvsem ohišje celice
Tipična moč	Majhna teža in učinkovito pakiranje	Strukturna togost in enostavni moduli	Standardizacija in zrelost proizvodnje

Tabela ponuja le splošno primerjavo. Dve celici istega formata imata lahko popolnoma različno moč, življenjsko dobo in toplotne lastnosti.

Vrečke velikega formata

V vrečki je namesto debelega jeklenega ali aluminijastega ohišja uporabljena lahka laminirana aluminijasto-plastična folija. To zmanjša količino neaktivnega embalažnega materiala in omogoča, da se večji del teže paketa uporabi za shranjevanje energije.

Za električni motocikel z omejenim prostorom za baterije je to lahko velika prednost.

Zakaj celice vrečk dobro delujejo v električnih motociklih

Velike vrečke NMC celice lahko združujejo visoko zmogljivost, nizko težo in močno izhodno moč v ravni pravokotni strukturi. Posebej privlačni so za motorna kolesa, kjer mora biti baterija nameščena v ozek okvir ali kompaktno ohišje pod sedežem.

Zaščitna celica s 45 Ah lahko na primer omogoča sestavljanje baterije 74 V in 45 Ah v preprosti konfiguraciji 20S1P. Potrebnih je samo 20 celic.

To zagotavlja več praktičnih prednosti:

• Manj celic za pregled in ujemanje

• Manj serijskih in vzporednih povezav

• Manj ožičenja in manj varilnih točk

• Ni potrebe po upravljanju več vzporednih celic v vsaki napetostni skupini

• Učinkovita uporaba omejene prostornine ohišja

• Velike ravne površine, ki lahko pridejo v stik z materiali za prenos toplote

• Nižja teža paketa v primerjavi s številnimi alternativami s togim ohišjem

Pri visokozmogljivih motociklih zmanjšanje teže ne pomeni samo povečanja dosega. Lažja baterija lahko tudi izboljša ravnotežje vozila, pospešek in upravljanje.

Celice za vrečke potrebujejo ustrezno mehansko zasnovo

Odsotnost toge kovinske lupine pomeni, da mora struktura paketa zaščititi celice.

Dobro zasnovana vrečkasta baterija mora vsebovati:

• Nadzorovano in enakomerno porazdeljeno stiskanje celic

• Dodatek za običajno spremembo debeline med servisiranjem

• Izolacija med jezički, zbiralkami in ohišjem

• Zaščita pred ostrimi robovi in ​​vbodi

• Varna namestitev pred tresljaji na cestišču

• Toplotne pregrade ali razmiki, kjer je to potrebno

• Zanesljivo varjenje jezičkov

• Močno zunanje ohišje

Celic ne smete stisniti čim tesneje, niti ne smete pustiti ohlapnih v škatli za baterije. Prekomerni pritisk lahko poškoduje celico, medtem ko lahko nezadostna podpora omogoči gibanje, otekanje in napetost na jezičkih.

Če ima proizvajalec baterij izkušnje s kompresijskimi okvirji, priključki z zavihki in zasnovo ohišij, so celice z vrečko dobra izbira.

Prizmatične celice

Prizmatične celice uporabljajo togo pravokotno kovinsko ohišje. Tako kot žepne celice so na voljo v razmeroma velikih kapacitetah, tako da je baterijski sklop mogoče sestaviti z majhnim številom celic.

Za paket 74 V 45 Ah lahko ustrezna prizmatična celica NMC 45 Ah ali 50 Ah podpira tudi konfiguracijo 20S1P.

Prednosti prizmatičnih celic

Togo ohišje zagotavlja mehansko podporo in olajša namestitev celic v običajno pravokotno ohišje. Odvisno od zasnove terminala sta lahko tudi namestitev zbiralke in sestavljanje modula enostavna.

Prizmatične celice so lahko praktična izbira, kadar:

• Predal za baterije je pravilne škatlaste oblike

• Mehanska vzdržljivost ima prednost pred minimalno težo

• Vozilo se uporablja na slabih cestah

• Akumulator je nameščen v tovornem motociklu ali električnem triciklu

• Na voljo je preverjena celica s pravilno kapaciteto in stopnjo praznjenja

• Proizvajalec paketa že ima združljivo zasnovo modula

Vendar pa kovinsko ohišje doda težo in zavzame prostor. Dimenzije prizmatične celice so tudi manj prilagodljive, zato tehnično primerna celica morda ne bo ustrezala razpoložljivemu prostoru za baterije.

Druga pogosta napaka je domneva, da je vsaka avtomobilska prizmatična celica primerna za električni motocikel. Nekatere velike prizmatične celice NMC so zasnovane predvsem za energetsko zmogljivost in ne za visok tok. Njihova zmogljivost je morda videti privlačna, vendar se njihovo dovoljeno neprekinjeno praznjenje, delovanje pri nizkih temperaturah ali toplotno obnašanje morda ne ujemajo s krmilnikom motocikla.

Pred izbiro je treba preveriti podatkovni list in po možnosti neodvisno testiranje celic.

Cilindrične celice

Cilindrične celice se pogosto uporabljajo v električnih skuterjih, e-kolesih in motornih kolesih. Običajni formati vključujejo 18650 in 21700, medtem ko večje cilindrične celice, kot je 4680, vstopajo v več aplikacij za mobilnost.

Njihovo kovinsko ohišje zagotavlja dobro individualno mehansko zaščito, za razvrščanje celic, postavitev in varjenje pa je na voljo zrela avtomatizirana oprema.

Zakaj se proizvajalci odločajo za cilindrične celice

Cilindrične celice ponujajo številne prednosti:

• Standardizirane dimenzije

• Široka razpoložljivost dobavitelja

• Zrela proizvodnja velikih količin

• Dobra mehanska trdnost

• Številne možnosti visokokakovostnih celic

• Prilagodljive oblike paketov z različnimi razporeditvami celic

• Manjša vsebnost energije na celico

Manjša velikost celice lahko olajša tudi porazdelitev toka in toplote po velikem številu celic. Če je pravilno zasnovan, lahko cilindrični paket zagotavlja odlično moč.

Kompromis je zapletenost.

Velika baterija električnega motocikla lahko vsebuje na stotine cilindričnih celic. Vsaka celica zahteva pregled, združevanje in električno povezavo. Nosilci celic in hladilne reže porabijo prostor, medtem ko veliko število zvarov povečuje pomen doslednosti proizvodnje.

Na primer, če paket 74 V 45 Ah uporablja cilindrične celice 5 Ah, bi bila približna konfiguracija:

• 20 celic v seriji

• 9 celic vzporedno

• 20S9P

• Skupaj 180 celic

Če so izbrane celice 4,5 Ah, bo paket morda zahteval konfiguracijo 20S10P z 200 celicami.

Za primerjavo, vrečka s kapaciteto 45 Ah ali prizmatična rešitev morda potrebuje le 20 celic velikega formata.

Cilindrične celice so zelo primerne za visoko standardizirane izdelke velikih količin. Pri bateriji po meri z majhno prostornino pa lahko orodje, varjenje in montaža naredijo dizajn manj privlačen.

Kateri format celic ustreza različnim projektom električnih motociklov?

Urbani električni skuterji

Cilindrične celice so pogosto praktična izbira za standardizirane mestne skuterje, zlasti kadar je obseg proizvodnje velik in je zahteva po moči zmerna.

Velike vrečke so lahko tudi privlačne, če proizvajalec želi večjo zmogljivost v kompaktnem ohišju ali manj vzporednih skupin.

Visokozmogljiva električna motorna kolesa

Velike celice v vrečkah NMC so pogosto močni kandidati za visoko zmogljiva motorna kolesa, saj lahko zagotovijo uporabno ravnovesje energijske gostote, moči praznjenja in učinkovitosti pakiranja.

Končna odločitev je še vedno odvisna od dejanske stopnje praznjenja celice. Energijske celice z visoko zmogljivostjo ne bi smeli obravnavati kot celico z veliko močjo, razen če njene specifikacije in preskusni podatki podpirajo zahtevani tok.

Tovorni motorji in električni tricikli

Prizmatične celice so morda bolj zaželene, če je prostor v zaprtem prostoru reden in je mehanska trdnost pomembna. LFP prizmatične celice se pogosto upoštevajo tudi, kadar sta življenjska doba in toplotna stabilnost pomembnejša od minimalne teže.

Če je potrebna kemija NMC, je treba primerjati tako prizmatično možnost kot možnost vrečke glede na zmogljivost praznjenja, dimenzije in težo pakiranja.

Sistemi zamenljivih baterij

Zamenljive baterije morajo uravnotežiti energijo, težo, rokovanje in mehansko vzdržljivost.

Cilindrične celice so zelo priljubljene v standardiziranih sistemih zamenjave. Torbaste celice lahko izboljšajo izkoristek prostora, vendar morata biti ohišje baterije in notranja podporna struktura zasnovana za pogosto odstranjevanje in rokovanje.

Prototipi in majhni obseg projektov po meri

Vrečke ali prizmatične celice velikega formata lahko zmanjšajo skupno število celic in poenostavijo električno arhitekturo. Zaradi tega so privlačni za prototipne motocikle in projekte baterij po meri, če so na voljo potrebni spoji in mehanski postopki.

Študija primera: Izbira celic za baterijo električnega motocikla 74 V 45 Ah

Recimo, da stranka zahteva 'baterijo 7445'. Pred začetkom načrtovanja mora proizvajalec najprej potrditi, da to pomeni 74 V in 45 Ah.

Pri uporabi celic 3,7 V NMC bi bila osnovna konfiguracija:

• Konfiguracija: 20S

• Nazivna napetost: 20 × 3,7 V = 74 V

• Napetost polnega polnjenja: 20 × 4,2 V = 84 V

• Nazivna kapaciteta: 45Ah

• Nazivna energija: 74V × 45Ah = 3,33kWh

Na prvi pogled je paket 20S1P, ki uporablja celice v vrečki 45 Ah, videti preprost. Toda tok motorja in krmilnika bosta določila, ali je izbrana celica primerna.

Moč motorja in tok baterije

Teoretični tok pri nazivni napetosti je mogoče oceniti kot:

[
I = rac{P}{V}
]

To daje naslednje približne vrednosti:

Najvišja moč motorja	Tok pri 74 V
3kW	41A
5kW	68A
8kW	108A
10kW	135A

To so poenostavljeni izračuni nazivne napetosti. Dejanski tok baterije je lahko višji, ker napetost paketa pade pri nizki napolnjenosti in ker krmilnik, motor in ožičenje niso 100 % učinkoviti.

Največji tok akumulatorja krmilnika je pri izbiri celice običajno bolj uporaben kot ploščica z imenom motorja.

Če krmilnik omogoča tok baterije 120 A, mora celica 45 Ah podpirati:

[
120A div 45Ah = 2,67C
]

Celica, ocenjena za samo 1C neprekinjeno praznjenje, ne bi bila varna izbira za te delovne pogoje. Potrebna je celica z ustreznim zmogljivim trajnim tokom, impulznim tokom, dvigom temperature in padcem napetosti.

Možnost 1: 20S1P 45Ah NMC celice v vrečki

To je običajno prva možnost za oceno, ko projekt daje prednost:

• Majhna teža baterije

• Kompaktne dimenzije

• Učinkovita uporaba prostora za namestitev

• Preprosta 1P električna struktura

• Visoka energijska gostota

• Močno pospeševanje

Celica mora še vedno opraviti oceno praznjenja, temperature in življenjske dobe pod pričakovanim delovnim profilom.

Možnost 2: 20S1P 45Ah ali 50Ah NMC prizmatične celice

To je lahko primerno, ko:

• Ohišje je veliko in pravokotne oblike

• Dodatna teža celic je sprejemljiva

• Strukturna togost je prednostna naloga

• Izbrana prizmatična celica ima zadostno moč

• Mere celic se ujemajo s prostorom za baterije

Proizvajalec se ne sme odločiti za prizmatično celico samo zato, ker je njeno kovinsko ohišje videti varnejše. Celična kemija, notranja zasnova, doslednost kakovosti, strategija BMS, fiksiranje in zaščita pred toplotnim širjenjem so pomembnejši od same zunanje oblike.

Možnost 3: cilindrični paket 20S9P ali 20S10P

To lahko dobro deluje, ko:

• Na voljo je dokazano zmogljiva cilindrična celica

• Proizvajalec ima avtomatizirano opremo za sortiranje in varjenje

• Zasnova baterije naj bi vstopila v stabilno serijsko proizvodnjo

• V ohišje lahko namestite večje število celic in nosilcev

• Trenutna skupna raba na ravni celice je bila potrjena

Pri majhnem naročilu po meri lahko zaradi velikega števila celic in kompleksnosti sestavljanja cilindrična možnost postane manj učinkovita.

Podatki, potrebni pred izbiro celice

Preden priporoči celico, mora odgovoren dobavitelj baterij zahtevati več kot le napetost in kapaciteto.

Posebej pomembni so naslednji podatki:

1. Nazivna moč motorja in konična moč

2. Največji tok baterije krmilnika

3. Potreben stalen in vršni tok praznjenja

4. Trajanje vršnega toka

5. Dolžina, širina in višina prostora za baterije

6. Največja dovoljena teža baterije

7. Ciljno območje vožnje in delovna hitrost

8. Polnilna napetost, tok in potreben čas polnjenja

9. Regenerativni zavorni tok

10. Delovno temperaturno območje

11. Cestni, vibracijski in hidroizolacijski pogoji

12. Komunikacijske zahteve, kot sta CAN ali UART

13. Zahtevana življenjska doba cikla

14. Ciljni trg in zahteve glede certificiranja

15. Prototip in proizvodne količine

Brez teh informacij je priporočanje baterijske celice večinoma ugibanje.

Vrečka, prizmatična ali cilindrična: katera je najboljša?

Univerzalnega zmagovalca ni.

Cilindrične celice so privlačne za standardizirane baterijske sklope z veliko količino in aplikacije, ki imajo koristi od zrelih proizvodnih procesov. Prizmatične celice nudijo togo strukturo in lahko poenostavijo montažo v običajnem ohišju. Velike vrečke so še posebej dragocene, ko so pomembni majhna teža, učinkovito pakiranje, velika zmogljivost in majhno število celic.

Za številne projekte visoko zmogljivih električnih motociklov 72 V in 74 V je treba najprej oceniti velike vrečke NMC. Konfiguracija 20S1P z uporabo celic 40Ah, 45Ah, 50Ah ali večjih lahko zagotovi čisto električno strukturo in odlično izrabo razpoložljivega prostora.

Odločitev mora še vedno temeljiti na izmerjeni uspešnosti in ne samo na formatu. Zmogljivost, enosmerni notranji upor, trajni tok, impulzni tok, padec napetosti, dvig temperature, življenjski cikel in mehansko integracijo je treba pregledati.

Rešitve akumulatorskih celic za električna motorna kolesa podjetja Misen

Misen dobavlja rešitve NMC, LFP, poltrdne in druge vrečke za električne motocikle, električne skuterje, lahka električna vozila in baterijske sisteme po meri. Izbrane možnosti cilindričnih in prizmatičnih celic so na voljo tudi za projekte, kjer ti formati zagotavljajo boljše tehnično prileganje.

Naša ekipa lahko pomaga oceniti:

• Kemija in format celice

• Serijska in vzporedna konfiguracija

• Zahteve za trajni in vršni tok

• Dimenzije celic in združljivost prostora za baterije

• Usklajevanje zmogljivosti, napetosti in notranjega upora

• Testiranje vzorcev in validacija projekta

• Zahteve za baterijski modul in paket po meri

Za oceno projekta električnega motornega kolesa nam pošljite zahtevano napetost, zmogljivost, moč motorja, tok krmilnika in razpoložljive dimenzije prostora za baterije.

Specifikacija, kot je '74V 45Ah', je dobro izhodišče. Pravilna izbira celic izhaja iz razumevanja, kaj mora motocikel narediti.