Водич за замену батерија за електрични скутер: Како одабрати ћелије и дизајнирати безбедно паковање

Замена застареле батерије скутера може да врати домет, побољша стабилност напона и задржи иначе добро возило на путу. Тежак део није проналажење ћелија са истим напоном одштампаним на етикети. То чини да нове ћелије, батерија, БМС, пуњач и контролер возила раде као један систем.

Недавни пројекат је ово ставио у фокус. Возило је био Вецтрик ВКС-1 макси-скутер, а предложена заменска ћелија била је ГБТ 3.2В 70Ах ЛФП торбица. ВКС-1 је користан случај јер ради на много већем напону од типичног приградског скутера, али иста инжењерска питања се односе на 48В скутере, градске моделе од 60В, скутере са перформансама од 72В и друга лака електрична возила.

Овај водич објашњава како прегледати ћелију за замену, израчунати конфигурацију пакета и идентификовати детаље који се морају проверити пре него што се изгради било који хардвер.

Замена батерија је систем, а не кутија ћелија

Скутер може и даље имати добар мотор, шасију и контролер чак и када његова оригинална батерија више није у функцији. То чини замену ћелија привлачном, посебно за возила која се више не производе или комерцијалне скутере који морају да остану у употреби.

Међутим, успешна конверзија мора истовремено да задовољи шест услова:

• Радни напон мора остати унутар сигурног опсега контролера.

• Ћелије морају да обезбеђују континуирану снагу и кратке врхове убрзања без прекомерног пада напона.

• Ћелије и хардвер паковања морају физички да одговарају одељку за батерије.

• БМС мора заштитити сваку серијску групу и управљати струјом погона и регенеративним пуњењем.

• Пуњач мора користити исправан профил напона за нову хемију и број серија.

• Готово паковање мора да издржи вибрације, топлоту, влагу, ударце и поновљене сервисне циклусе.

Ако се пропусти један од ових услова, пакет који изгледа исправно на папиру може имати лош домет, изазвати грешке контролера или створити безбедносни ризик који се може избећи.

Почните од возила, а не од заменске ћелије

Пре него што изаберете ћелију, прикупите оригиналне податке о возилу. Само име модела није довољно јер произвођачи често користе различите батерије, пуњаче или фирмвер током година производње и регионалних верзија.

Како серијска и паралелна конфигурација мења пакет

Ћелије повезане у серију повећавају напон. Паралелно повезане ћелије повећавају капацитет и струјну способност. Основне калкулације су једноставне:

Реч „72В“ не описује једну универзалну батерију. НМЦ пакет од 72В се обично прави као 20С, дајући око 74В номинално и 84В при пуном пуњењу. 24С ЛФП пакет даје номинални напон од 76,8 В и до 87,6 В ако се напуни до 3,65 В по ћелији. Обе се могу продавати као батерије од 72 В, али нису заменљиве без потврде ограничења контролера и пуњача.

Ово су примери прорачуна, а не универзалне замене. Коначни број серија мора бити одабран од стварних минималних и максималних ограничења ДЦ магистрале.

ЛФП или НМЦ: која хемија одговара конверзији скутера?

ЛФП се често бира за пројекте замене јер нуди добру термичку стабилност и дуг животни век. НМЦ остаје вредан када је одељак за батерије тесан, а домет по килограму је приоритет. Ниједна хемија није аутоматски боља за сваки скутер.

Формат ћелије је такође важан. Цилиндричне ћелије су модуларне и широко ослоњене, призматичне ћелије су механички робусне и једноставне за склапање, док ћелије врећице могу боље искористити дугачко или плитко кућиште. Ћелијама врећице је потребна контролисана компресија и заштита од оштрих ивица и локалног притиска. Њиховим језичцима су такође потребне правилно дизајниране сабирнице или заварени спојеви; не треба их третирати као флексибилне листове који се једноставно могу спаковати у неискоришћени простор.

Студија случаја: скрининг 40С 70Ах ЛФП пакета за Вецтрик ВКС-1

Оригинални Вецтрик ВКС-1 изграђен је око система батерија високог напона. Објављени технички материјал описује рану батерију као отприлике 125В, 30Ах и 3,7кВх. Касније фабричке Ли/Ли+ верзије су користиле 40 ЛФП ћелија у серији, производећи номинални напон магистрале од 128 В. Та историја чини 40С ЛФП архитектуру разумном почетном тачком за ВКС-1 конверзију, али не и аутоматско одобрење за сваку годину модела или верзију фирмвера.

За предложени пројекат, почетни подаци скрининга за ГБТ врећицу су 3,2 В, 70 Ах и приближно 14,5 × 102 × 376 мм. Подаци пројекта такође указују на 2Ц континуирано пражњење и 5Ц импулсно пражњење. Ове оцене морају бити потврђене у односу на тачан модел ћелије и њен тренутно потписани лист са подацима пре него што се пакет пусти у производњу.

Тренутна потражња се мора проверити при ниском стању напуњености

Оптерећење од 10кВ троши око 78А на 128В. Оптерећење од 15 кВ троши око 117 А. Струја расте како напон пакета опада, а губици каблова, конектора и контролера повећавају потрошњу батерије. Из тог разлога, струјну способност треба проверити близу нижег радног напона и на највишој очекиваној температури околине—не само при номиналном напону на лабораторијском столу.

Сирове ћелије могу да стану док готово паковање не

Ако је 40 ћелија подељено у два снопа од по 20, теоретски омотач само ћелија је отприлике 376 × 290 × 204 мм. У поређењу са пријављеним ВКС-1 лежиштем за батерију од око 610 × 330 × 222 мм, то изгледа обећавајуће. Преостала висина је, међутим, само око 18 мм пре додавања компресијских плоча, електричне изолације, носача језичака, сабирница, сензорских жица и толеранција кућишта. Оријентација картице и приступ сервису могу бити важнији од неискоришћеног волумена негде другде у одељку.

Због тога би следећи корак требало да буде 3Д изглед пакета заснован на измереној геометрији возила. Прорачун запремине не може показати да ли се пакет заиста може саставити, инсталирати и безбедно сервисирати.

Домет треба проценити на основу употребљиве енергије

Номинална енергија је 8,96 кВх, али практичан дизајн обично резервише енергију и на врху и на дну прозора напона. Ако се 85% третира као употребљиво, пакет обезбеђује око 7,6 кВх. Са просечном потрошњом од 80Вх/км, једноставна процена је око 95км; при 100Вх/км, то је око 76км. Брзина, маса возача, брда, температура, притисак у гумама и ветар могу значајно померити стварни резултат.

БМС избор: више него што се подудара са бројем серија

БМС са ознаком „40С ЛФП“ није аутоматски прикладан за пакет скутера 40С. Његова оцена напона, струјни сензори, излази контактора, логика пре пуњења, стратегија балансирања и комуникациони протокол морају да одговарају возилу.

За пакет за вучу, БМС треба прегледати за:

• Заштита од пренапона и поднапона по ћелији

• Континуирана струја пражњења и временски ограничена вршна струја

• Струја пуњења, укључујући регенеративно кочење

• Сензори температуре на репрезентативним топлим и хладним тачкама

• Понашање контроле контактора, пред-пуњења и искључивања због грешке

• Пасивна или активна балансна струја

• ЦАН комуникација са пуњачем, инструмент таблом или контролером мотора

• Струја спавања током складиштења и блокада пуњења при ниској температури

Посебну пажњу заслужује регенеративно кочење. Када је батерија пуна или хладна, можда неће моћи да прихвати нормалну струју регенерације. БМС-у и контролеру је потребан координисан метод за смањење или онемогућавање регенерације пре него што БМС буде приморан да отвори главни контактор под оптерећењем.

Да ли се оригинални пуњач за скутер може задржати?

Понекад, али тек након што се његово понашање провери. Не треба претпоставити да пуњач дизајниран за НиМХ ради са ЛФП. Чак и два литијумска паковања са сличним називним напонима могу захтевати различите максималне напоне, сужавање струје и правила температуре.

Постоје три уобичајена пута:

1. Репрограмирајте оригинални пуњач када су доступни подржани фирмвер и комуникациона документација.

2. Замените пуњач јединицом дизајнираном за нову хемију, број серија и БМС комуникацију.

3. Користите независан пуњач-БМС систем уз очување потребних блокада и функција приказа возила.

Циљ пуњења не мора увек да буде једнак апсолутном максимуму који ћелија дозвољава. Нешто нижи горњи напон може да обезбеди корисну радну маргину и може да подржи дужи радни век, али изабрана вредност и даље мора да функционише са балансирањем и прорачуном стања напуњености возила.

Механички и електрични детаљи који одлучују о поузданости

Многи проблеми конверзије почињу изван саме ћелије. Поуздан пакет за скутере захтева круто кућиште, предвидљиву компресију ћелија, изолацију између проводних делова, растерећење натезања на сваком излазу кабла и довољно раздвајања између високонапонских и нисконапонских жица.

Дизајн такође треба да садржи:

• Главни осигурач са правилном оценом који се налази близу излаза пакета

• Искључивање сервиса или поступак безбедног одржавања

• Отпор пред-пуњења за ограничавање ударне струје контролера-кондензатора

• Контактори са одговарајућим ДЦ напоном и струјом квара

• Сабирнице дизајниране за струју, пораст температуре и вибрације

• Заштита од воде, проводљиве прашине и остатака са пута

• Термални путеви који не стварају изоловане вруће ћелије

• Јасне ознаке поларитета, високог напона и сервиса

За паковање са ћелијама у врећици, компресија треба да буде уједначена и специфицирана, а не импровизована. Премало обуздавања може дозволити отицање и замор табова; превелики локални притисак може оштетити ламинат или унутрашње слојеве.

Практичан ток рада за замену батерија скутера

Шта треба тестирати пре него што се скутер врати на пут?

У најмању руку, прототип треба да се провери за конзистентност ћелије, употребљив капацитет, пад напона високе струје, пораст температуре сабирница, отпор изолације, БМС прагове, рад контактора и прекид пуњача. Тестови возила треба да почну са контролисаном снагом и постепено се проширују на убрзање, пењање узбрдо и регенеративно кочење.

Користан план валидације такође укључује потпуно пуњење, рад са ниским нивоом напуњености, вруће и хладне услове који одговарају тржишту, струју кључа за складиштење и симулацију квара. Циљ није само да се скутер помери. То је да се осигура да предвидљиве грешке доведу до контролисаног одговора који се може опоравити.

Где може да стане ГБТ 70Ах ЛФП џепна ћелија

ЛФП ћелија велике снаге од 70 Ах може бити занимљива опција за велике скутере, електричне мотоцикле и лаке ЕВ конверзије где кућиште фаворизује дугачке, танке ћелије. На 40С1П, нуди скоро 9 кВх номиналне енергије без паралелних група ћелија. При нижим напонима система, исти капацитет може да подржи скутере за доставу, комунална возила и друге апликације које дају приоритет свакодневном бициклизму и стабилној снази.

Тачан избор и даље зависи од проверених спецификација ћелије и радног циклуса возила. Градски скутер који крстари скромном снагом има различите потребе од тешког макси-скутера који се пење по дугим стазама, чак и када су оба паковања означена са 70 Ах.

За тренутне информације о ћелији, погледајте Мисен'с ГБТ 3.2В 70Ах ЛФП торбица ћелија и шире Асортиман ЛиФеПО4 врећица са ћелијама . Коначне оцене увек треба потврдити за тачну производну серију и дизајн паковања.

Често постављана питања

Могу ли заменити оловну или НиМХ батерију скутера са ЛФП-ом?

Често да, али то је конверзија система, а не директна замена ћелија. Ново паковање мора одговарати напонском прозору контролера и обично му је потребна БМС и стратегија пуњача специфична за хемију.

Како да одаберем број ЛФП ћелија у серији?

Радите уназад од дозвољеног минималног и максималног напона батерије контролера. Проверите и номинални напон и напон пуног пуњења; немојте бирати број серија само из маркетиншког напона скутера.

Да ли је батерија већег Ах увек боља?

Не. Већи капацитет може побољшати домет, али такође мења величину паковања, тежину, време пуњења и енергију квара. Пакет и даље мора да задовољи тренутне, термичке, механичке захтеве и захтеве за интеграцију возила.

Може ли само БМС заштитити контролер мотора?

Не. БМС штити батерију, док контролер, осигурач, контактори и коло предпуњења имају одвојене послове. Њихова ограничења и понашање при искључивању морају бити координирани.

Које информације су потребне за предлог прилагођене батерије за скутер?

Наведите модел и годину скутера, оригиналну ознаку батерије, ознаке контролера и пуњача, измерене димензије одељка за батерије, жељени домет, снагу возила, максималну брзину, тежину возача/товара, фотографије конектора и очекивану радну температуру. Документација о ЦАН-у или ожичењу је посебно корисна за високонапонске скутере.

Завршне мисли

Најбоља заменска ћелија није једноставно она са највећим капацитетом или највећом Ц-стопом. То је ћелија која се може интегрисати у комплетан пакет са исправним прозором напона, довољном маргином струје, реалистичним механичким распоредом и координисаном заштитом.

Вецтрик ВКС-1 показује зашто је овај процес важан. ЛФП пакет од 40С 70Ах је електрични атрактиван и нуди велико повећање номиналне енергије, али интерфејс пуњача, регенеративно кочење, висина паковања и компресија кесице могу да одлуче да ли је дизајн практичан. Исти дисциплиновани приступ важи и за мање скутере од 48В и 72В.