Како одабрати ћелије врећице за прилагођене пакете батерија | Мисен

Одабир ћелије са торбицом за прилагођени пакет батерија није само питање проналажења правог напона и капацитета.

Ћелија може изгледати прикладно на папиру, али и даље ствара проблеме током састављања модула, термичког тестирања или дуготрајног рада. Струја пражњења може бити сувише близу границе ћелије. Картице можда не одговарају распореду сабирница. Кућиште паковања можда неће оставити места за отицање. Систем управљања батеријом такође може бити конфигурисан око погрешног опсега напона.

Ове проблеме је лакше и јефтиније решити током селекције ћелије него након што је прототип већ направљен.

Поуздан процес одабира треба да почне са комплетним батеријским системом: применом, радним напоном, потребном енергијом, континуираном и вршном струјом, простором за уградњу, температурним опсегом, животним веком и обимом производње.

Овај водич објашњава како инжењери и програмери производа могу да процене ћелије врећице за електрична возила, системе за складиштење енергије, роботику, дронове, индустријску опрему и друге прилагођене апликације батерија.

Почните са захтевима за батерију

Пре него што упоредите моделе ћелија, припремите листу основних захтева за батерије.

У најмању руку, требало би да укључује:

• Апликација

• Номинални напон пакета

• Максимални напон пуњења

• Минимални радни напон

• Потребан капацитет или енергија

• Непрекидна струја пражњења

• Вршна струја пражњења и трајање

• Максималне димензије батерије

• Циљна тежина батерије

• Време пуњења

• Радна температура

• Потребан животни век циклуса

• Очекивана годишња количина

Ове информације одређују да ли је ћелија технички прикладна.

На пример, оба пројекта могу захтевати батерију од 48 В од 100 Ах. Међутим, стационарни систем складиштења који ради на 30А има веома различите захтеве за ћелије од индустријског возила које вуче 200А током убрзања.

Капацитет може бити исти, али хемија, унутрашњи отпор, дизајн језичака, термичка структура и систем управљања батеријом могу бити различити.

1. Изаберите праву ћелијску хемију врећице

Прва велика одлука је ћелијска хемија.

Мисен испоручује и процењује неколико технологија кесице ћелија, укључујући НМЦ, ЛФП, получврсте и натријум-јонске ћелије. Свака хемија служи другачијем приоритету пројекта.

НМЦ Поуцх ћелије

НМЦ ћелије се широко користе када су густина енергије и тежина батерије важни.

Типичне апликације укључују:

• Електрична возила

• Електрични мотоцикли

• Роботика

• Беспилотни системи

• Преносива индустријска опрема

• Батеријски модули осетљиви на тежину

Конвенционална НМЦ ћелија са врећицом нормално има номинални напон од приближно 3,6 В до 3,7 В. Стандардни максимални напон пуњења је често 4,2 В, иако неке високонапонске ћелије користе вишу границу.

Тачан напон пуњења увек мора да прати спецификацију ћелије. БМС или пуњач дизајниран за стандардну ћелију од 4,2 В не би требало аутоматски да се користи са високонапонском хемијом.

НМЦ је често јак избор када је пројекту потребно више енергије у ограниченом простору. Међутим, управљање топлотом, струјно оптерећење и контрола напона захтевају пажљиву пажњу.

ЛФП Поуцх ћелије

ЛФП ћелије се обично бирају када су животни век, термичка стабилност и дугорочна поузданост важнији од постизања најмање могуће тежине паковања.

Типична ЛФП ћелија има:

• Номинални напон око 3.2В

• Максимални напон пуњења око 3,65В

Уобичајене апликације укључују:

• Системи за складиштење енергије

• Системи соларних батерија

• Индустријско резервно напајање

• Комунална возила

• Често мењане батерије

У поређењу са НМЦ, ЛФП генерално захтева више ћелија или већи волумен да би се достигао исти енергетски циљ. Заузврат, може да обезбеди стабилну платформу напона и снажне перформансе циклуса када је батерија правилно дизајнирана и ради.

Полу-чврсте кесице ћелије

Получврсте ћелије са торбицом се разматрају за пројекте који захтевају високу густину енергије и смањену тежину батерије.

Они могу бити погодни за:

• Врхунска електрична мобилност

• Дуготрајни дронови

• Специјализована роботика

• Системи везани за ваздухопловство

• Компактни високоенергетски пакети батерија

Термин „получврста“ покрива различите дизајне ћелија, тако да је важно проценити стварну спецификацију, а не ослањати се само на назив технологије.

Густина енергије, способност пражњења, животни век, начин пуњења и статус сертификације могу значајно да варирају између модела.

Натријум-јонске врећице ћелије

Натријум-јонске ћелије са кесом привлаче интересовање за пројекте који вреднују перформансе на ниским температурама, способност брзине и доступност материјала.

Потенцијалне апликације укључују:

• Мобилност у хладној клими

• Нискотемпературна индустријска опрема

• Возила на два точка

• Резервно напајање

• Одабрани системи за складиштење енергије

Њихов опсег напона се разликује од конвенционалних литијум-јонских ћелија. Као резултат тога, постојећа литијумска батерија БМС или пуњач можда неће бити прикладни без промене прагова напона, процене СОЦ-а и стратегије балансирања.

Ћелије са натријум-јоном би стога требале бити оцењене као комплетан систем, а не као директна замена за НМЦ или ЛФП.

Шта је са ЛТО?

Ћелије литијум титаната могу да подрже високе стопе пуњења, дуг животни век и рад на ниским температурама. Међутим, њихов нижи називни напон и мања густина енергије обично резултирају већим и скупљим батеријским пакетом.

ЛТО може бити прикладан за специјализоване апликације за брзо пуњење или апликације великог циклуса, али је ретко прва опција за пројекте фокусиране на компактну величину или ниску цену.

Поређење хемије ћелије у врећици.

Ћелијска хемија	Главна предност	Главно ограничење	Типичне примене
НМЦ	Велика густина енергије и мања тежина	Захтева пажљиво управљање топлотом и напоном	ЕВ, роботика, беспилотна летелица и преносиви системи
ЛФП	Дуг животни век и јака термичка стабилност	Нижа густина енергије од НМЦ	ЕСС, индустријска опрема и комунална возила
Получврста	Високоенергетски потенцијал за премиум пројекте	Доступност модела и цена варирају	Лагани и просторно ограничени системи
Натријум-јон	Потенцијал ниске температуре и високе стопе	Мања густина енергије и мање зрео ланац снабдевања	Мобилност у хладној клими и одабрано складиште
ЛТО	Брзо пуњење и дуг животни век	Ниска густина енергије и већа цена система	Апликације високог циклуса и брзог пуњења

Не постоји универзално најбоља хемија ћелија врећице. Тачан избор зависи од тога који захтев се не може угрозити.

2. Одредите напон и конфигурацију серије

Када се одабере хемија, следећи корак је одређивање колико ћелија мора бити повезано у серију.

Ћелије повезане у серију повећавају напон. Капацитет у ампер-сатима остаје приближно исти.

Основни однос је:

Називни напон паковања = Називни напон ћелије × Број ћелија у серији

Номинална НМЦ батерија класе 24В може користити седам ћелија у серији:

3,7В × 7 = 25,9В

Ово се обично описује као 7С батерија.

Међутим, сам називни напон није довољан. Такође се морају проверити следеће вредности:

• Максимални напон пуњења пакета

• Минимални радни напон пакета

• Опсег улазног напона опреме

• Излазни напон пуњача

• Праг претеривања БМС

• БМС праг прекомерног пражњења

За стандардни 7С НМЦ пакет који користи ћелије напуњене на 4,2 В:

Максимални напон пакета = 4,2 В × 7 = 29,4 В

Опрема, пуњач и БМС морају бити компатибилни са овим горњим напоном.

Исти опис производа „24В“ може се односити на различите системе батерија. Замена за оловну киселину од 24В, 7С НМЦ батерија и 8С ЛФП батерија немају идентичне криве напона.

Из тог разлога, избор броја серија треба да се заснива на комплетном прозору радног напона уређаја, а не само на његовом оглашеном напону.

3. Израчунајте капацитет из енергије и времена рада

Капацитет се обично наводи у ампер-сатима, али при избору батерије треба узети у обзир и ват-сате.

Основни однос је:

Енергија у Вх = Номинални напон × Капацитет у Ах

на пример:

48В × 100Ах = 4800Вх

Ово даје бољу индикацију ускладиштене енергије од саме вредности Ах.

Батерија од 12В од 100Ах и батерија од 48В од 100Ах имају исти називни ампер-сат, али батерија од 48В складишти приближно четири пута више енергије.

Рачун за употребљиву енергију

Теоретска енергија на етикети није увек енергија доступна опреми.

На употребљиви капацитет могу утицати:

• Границе напона БМС

• Изабрани СОЦ оперативни прозор

• Стопа пражњења

• Температура околине

• Пад напона под оптерећењем

• Ефикасност претварача

• Старење ћелија

• Потребни резервни капацитет

Пројекат за који је потребно 4кВх корисне енергије може стога захтевати више од 4кВх номиналне енергије ћелије.

Тачна резерва зависи од апликације. Стационарни систем са предвидљивим оптерећењем може се проценити другачије од возила које мора да ради након неколико година губитка капацитета.

Велике ћелије или више паралелних ћелија?

Паралелно спојене ћелије повећавају капацитет и струјну способност док напон задржава приближно исти.

2П конфигурација користи две ћелије паралелно. 3П конфигурација користи три.

Где је могуће, појединачна ћелија већег капацитета може смањити:

• Број заварених спојева

• Број прикључака сабирница

• Изолациони делови

• Време монтаже

• Потенцијални кварови у вези

Међутим, више мањих ћелија може понудити бољу флексибилност када је расположиви простор неправилан или када је потребна специфична дистрибуција струје.

Најбоља конфигурација зависи од димензија ћелије, структуре модула, расподеле топлоте и начина производње. Мање ћелија не гарантује аутоматски бољи комплет батерија.

4. Ускладите Ц-Рате са континуираном и вршном струјом

Брзина пражњења ћелије се нормално изражава као Ц-стоп.

За ћелију од 50 Ах:

• 1Ц је једнако 50А

• 2Ц је једнако 100А

• 3Ц је једнако 150А

Овај прорачун је једноставан, али избор ћелије високе брзине захтева више од провере максималне струје приказане у табели са спецификацијама.

Непрекидна струја пражњења

Континуирана струја је максимална струја коју батерија мора да испоручи током нормалног рада током дужег периода.

То утиче на:

• Температура ћелије

• Пад напона

• Употребљиви капацитет

• Избор конектора

• Дебљина сабирнице

• Величина кабла

• БМС тренутни рејтинг

• Захтеви за хлађење

Ћелија оцењена за одређену струју у лабораторијским условима може радити топлије унутар чврсто затвореног модула. Компресијске плоче, изолациони материјали и суседне ћелије могу утицати на расипање топлоте.

Вршна струја пражњења

Вршна струја се јавља током кратких догађаја велике снаге као што су:

• Покретање мотора

• Убрзање

• Активација хидрауличке пумпе

• Полетање УАВ

• Утицај алата

• Краткотрајна ванредна оптерећења

Спецификација вршне струје је непотпуна осим ако није познато и трајање.

Ћелија која може да испоручи 300А током две секунде можда неће подржавати исту струју током 30 секунди. Стога се вршна струја мора специфицирати заједно са њеним трајањем и фреквенцијом понављања.

Не дизајнирајте на апсолутној граници

Батерија не би требало да ради непрекидно на максималној рекламираној ћелијској струји без термичке провере.

Обично се препоручује маргина за идејни пројекат, али не постоји универзални проценат погодан за сваки пројекат. Потребна маржа зависи од:

• Температура околине

• Услови хлађења

• Пацк енцлосуре

• Старење ћелија

• Тренутни радни циклус

• Прихватљиво повећање температуре

• Потребан радни век

За захтевне примене, тестирање прототипа треба да обухвати температуру ћелије, температуру језичка, пад напона и унутрашњи отпор једносмерне струје испод стварног профила оптерећења.

5. Проверите димензије ћелије, картице и простор за паковање

Поуцх ћелије су атрактивне јер могу да обезбеде високу ефикасност паковања и флексибилне димензије.

Њихов формат се обично описује као:

Дебљина × ширина × дужина

Међутим, наведене димензије ћелије су само један део механичког дизајна.

Дизајнер паковања такође мора да обезбеди простор за:

• Картице ћелија

• Сабирнице

• Изолациони листови

• Компресијске плоче

• Материјали за јастуке

• Термички интерфејси

• БМС

• Ожичење

• Конектори

• Осигурачи

• Толеранције монтаже

Додатак за отицање

Ћелије врећице могу да промене дебљину током пуњења, вожње бициклом и старења.

Захтевани износ треба да се заснива на подацима добављача ћелије, очекиваном опсегу СОЦ, циљу животног циклуса и стратегији компресије. Фиксни проценат не би требало да се примењује слепо на све моделе ћелија.

Остављање премало простора може створити превелики механички стрес. Остављање ћелија потпуно неподржаним може такође довести до неуједначеног отока, лошег контакта и смањене стабилности модула.

Одговарајућа механичка структура треба да контролише експанзију док избегава штетни притисак на тело ћелије или област заптивања.

Положај картице и материјал

Картице ћелија врећице могу се налазити:

• На истој страни

• На супротним странама

• На различитим офсетима

• У прилагођеним оријентацијама

Распоред језичака утиче на распоред модула, дизајн сабирница и процес монтаже.

Дизајнер треба да провери:

• Позитивне и негативне позиције картица

• Ширина и дебљина језичка

• Таб материјал

• Метода заваривања

• Потребна струја

• Ограничења савијања

• Размак од заптивне ивице

Технички прикладну ћелију и даље може бити тешко користити ако је њен изглед картице у сукобу са позицијом кућишта или БМС-а.

6. Процените животни век циклуса у реалним радним условима

Животни век циклуса се често дефинише као број циклуса пуњења и пражњења завршених пре него што капацитет падне на одређени ниво, обично 80% почетног капацитета.

Међутим, број животног века циклуса има значење само када су познати услови испитивања.

Важни услови укључују:

• Стопа пуњења

• Стопа пражњења

• Дубина пражњења

• Горњи напон пуњења

• Нижи напон пражњења

• Тест температуре

• Време одмора

• Компресија ћелија

• Праг капацитета на крају животног века

Две ћелије које су обе рекламиране са 2.000 циклуса можда су тестиране под веома различитим условима.

Живот циклуса није календарски живот

Животни век циклуса мери старење изазвано поновљеним пуњењем и пражњењем.

Животни век календара мери деградацију током времена, укључујући периоде када батерија не ради.

Батерија која се дуго чува на високом СОЦ-у и високој температури може изгубити капацитет чак и када заврши врло мало циклуса.

За производе за које се очекује да ће остати у употреби пет до десет година, треба узети у обзир и животни век и календарско старење.

Хемија је само део одговора

ЛФП ћелије често пружају снажне перформансе циклуса, док се НМЦ ћелије често бирају за већу густину енергије. Али на коначни радни век такође утичу дизајн паковања и оперативна стратегија.

Следеће мере могу да продуже радни век батерије:

• Избегавање непотребног високог напона пуњења

• Смањење континуираног рада велике струје

• Контролисање температуре ћелије

• Ограничавање екстремне дубине пражњења

• Одржавање конзистенције ћелије

• Користећи одговарајућу компресију

• Постављање тачних БМС ограничења

Избор ћелије дугог века не може да компензује неприкладан термички или механички дизајн.

7. Потврдите перформансе на ниским и високим температурама

Температура утиче на расположиви капацитет, способност напајања, понашање при пуњењу и старење.

За апликације у хладној клими, проверите:

• Капацитет пражњења на потребној температури

• Пад напона под оптерећењем

• Максимална струја пуњења на ниској температури

• Да ли је дозвољено пуњење испод 0°Ц

• Да ли је потребно грејање ћелије

• БМС подешавања температуре заштите

Ћелија која може да се празни на -20°Ц може и даље имати строга ограничења пуњења при ниским температурама.

За апликације на високим температурама, проверите:

• Континуирано смањење снаге струје

• Температура површине ћелије

• Унутрашња акумулација топлоте

• Вентилација кућишта

• Метода хлађења

• Температура складиштења

• Очекивано старење календара

Радна температура написана у таблици са подацима не треба да се тумачи као гаранција да ћелија може да испоручи пуну снагу у целом том опсегу.

8. Не игноришите подударање ћелија

Чак и када свака ћелија долази из истог модела, могу постојати разлике у капацитету, напону, отпору и понашању самопражњења.

Ове разлике постају важније када су многе ћелије повезане у серију.

Слаба или неконзистентна ћелија може достићи границу пуњења или пражњења пре остатка паковања. Ово може смањити употребљиви капацитет и узроковати да БМС прекине рад раније него што се очекивало.

У зависности од пројекта, упаривање ћелија врећице може укључивати:

• Оцењивање капацитета

• Поређење напона отвореног кола

• Испитивање унутрашњег отпора наизменичном струјом

• Процена унутрашњег отпора једносмерне струје

• Скрининг К-вредности

• Провера дебљине и димензија

• Преглед изгледа и заптивања

• Сљедивост серије

За модуле великог капацитета, доследност ћелија није само питање контроле квалитета. То директно утиче на баланс паковања, дистрибуцију температуре, употребну енергију и дугорочну поузданост.

Мисен може да подржи тестирање и упаривање ћелија врећице у складу са захтевима изабраног модела и пројекта.

9. Ускладите БМС са ћелијом и апликацијом

БМС мора бити изабран након што се потврде хемија ћелије, број серија и тренутни захтеви.

Важни БМС параметри укључују:

• Број ћелија у серији

• Напон прекомерног пуњења

• Напон прекомерног пражњења

• Непрекидна струја

• Вршна струја

• Кашњење прекомерне струје

• Заштита од кратког споја

• Струја балансирања

• Сензори температуре

• Комуникациони протокол

• Архитектура пуњења и пражњења

БМС дизајниран за ЛФП не би требало аутоматски да се користи са НМЦ или натријум-јонским ћелијама. Прагови напона и прорачун СОЦ-а могу бити неприкладни.

БМС такође мора бити усклађен са пуњачем и опремом. Требало би да заштити батерију без прекида нормалних струја покретања или стварања сукоба са спољним заштитним системима.

10. Прегледајте комплетну структуру модула

Прилагођена торбица батерија је механички, електрични и термички систем.

Коначни дизајн ће можда морати да укључи:

• Структура компресије ћелије

• Завршне плоче

• Изолационе баријере

• Држачи ћелија

• Сабирнице

• Осигурачи

• Сензори температуре

• Термички интерфејс материјали

• Канали за хлађење

• БМС

• Главни конектор

• Сервисни конектор

• Пацк енцлосуре

• Вентилација или стратегија смањења притиска

Због тога бирање ћелије кесице само из каталошке слике или вредности капацитета може бити ризично.

Ћелија и модул треба да се процене заједно.

Контролна листа за избор ћелије врећице

Фактор избора	Питања за потврду
Апликација	Коју опрему ће напајати батерија?
хемија	Да ли су густина енергије, животни век циклуса, способност брзине или перформансе на ниским температурама приоритет?
Волтаге	Који су називни, максимални и минимални напони система?
Капацитет	Колико је номиналне и употребљиве енергије потребно?
Цуррент	Које су сталне и вршне струје и колико дуго траје врх?
Димензије	Која је максимална величина паковања ако се узме у обзир БМС, ожичење, изолација и компресија?
Тежина	Да ли је пројекат осетљив на тежину?
Температура	Које су температуре пуњења, пражњења и складиштења?
Живот циклуса	Који су услови испитивања и капацитет на крају животног века потребни?
Подударање ћелија	Која су ограничења потребна за капацитет, ОЦВ, отпор и К-вредност?
БМС	Које функције заштите, балансирања и комуникације су потребне?
Количина	Да ли је пројекат у узорковању, пилот производњи или масовној производњи?

Уобичајене грешке при одабиру ћелија у врећици

Неколико грешака се стално појављује током прилагођених пројеката батерија.

Одабир само по капацитету

Две ћелије са истим капацитетом Ах могу имати веома различит напон, отпор, величину, тежину и способност пражњења.

Занемаривање трајања вршне струје

Вршна струја без трајања није довољна за процену ћелије, БМС или сабирнице.

Коришћење кућишта паковања као структуре компресије ћелије

Кућиште можда неће вршити равномеран притисак на површину ћелије. Можда ће и даље бити потребна наменска структура модула.

Не остављајући простора за проширење

Поуцх ћелија не би требало да се поставља у круту шупљину само на основу дебљине нове ћелије.

Поновна употреба постојећег БМС-а без провере прагова напона

Ово је посебно ризично када се мења између НМЦ, ЛФП, високонапонских литијум-јонских или натријум-јонских ћелија.

Мешање ћелија без подударања

Ћелије из различитих серија или са великим разликама у капацитету и отпору могу смањити перформансе батерије.

Ослањајући се само на максималну струју листа са подацима

Комплетно паковање мора бити тестирано под реалним профилом оптерећења и термичким окружењем.

Од избора ћелије до интеграције пакета

Најбоља ћелија са врећицом није нужно ћелија са највећим капацитетом, густином енергије или брзином пражњења.

То је ћелија која одговара комплетном систему батерија.

Успешан избор треба да уравнотежи:

• Компатибилност напона

• Потребна енергија

• Континуирана и вршна снага

• Доступан простор

• Тежина батерије

• Циљ циклуса-живота

• Температурни услови

• Механичка структура

• Конзистентност ћелије

• БМС захтеви

• Стабилност производње и снабдевања

Мисен подржава купце од иницијалног избора ћелија у торбици преко тестирања, упаривања, компресије модула, процене БМС-а и интеграције батеријског пакета.

Доступне опције укључују НМЦ, ЛФП, получврсте и натријум-јонске врећице за електричну мобилност, складиштење енергије, УАВ-ове, роботику и пројекте индустријских батерија.

Потребна вам је помоћ при одабиру Поуцх ћелије?

Да бисте проценили пројекат, пошаљите следеће информације:

• Апликација

• Потребан напон пакета

• Потребан капацитет

• Непрекидна струја пражњења

• Вршна струја и трајање

• Максималне димензије батерије

• Радна температура

• Циљ циклуса-живота

• Преферирана хемија

• Процењена количина

На основу ових захтева, Мисен може да упореди одговарајуће моделе кесица ћелија и дискутује о серијско-паралелној конфигурацији, подударању ћелија, структури компресије, БМС-у и плану прототипа.