Торбица наспрам призматичних наспрам цилиндричних ћелија за батерије за електричне мотоцикле: како одабрати

Одабир праве ћелије је једна од првих — и најважнијих — одлука у пројекту батерија за електрични мотоцикл.

Купац може почети са једноставном спецификацијом као што је „72В 40Ах“ или „74В 45Ах“, али сами напон и капацитет не говоре произвођачу батерије коју ћелију треба користити. Снага мотора, струја контролера, расположиви простор за инсталацију, циљна тежина, радна температура и очекивани радни век утичу на коначни избор.

Три формата литијум-јонских ћелија се обично разматрају за батерије за електричне мотоцикле:

• Ћелије врећице великог формата

• Призматичне ћелије са чврстим металним кућиштима

• Цилиндричне ћелије као што су 18650, 21700 и 4680

Сваки формат има доказану примену. Прави избор зависи мање од тога која ћелија изгледа напредније, а више од тога колико добро одговара мотоциклу и његовом електричном оптерећењу.

Овај водич објашњава главне разлике и користи НМЦ батерију од 74В 45Ах као практичан пример избора.

Зашто је формат ћелије важан у електричном мотоциклу

Електрични мотоцикли постављају различите захтеве за батерије од путничких аутомобила или стационарних система за складиштење енергије.

Простор за инсталацију је ограничен. Тежина директно утиче на руковање и домет. Убрзање може захтевати велики налет струје, док пењање или вожња великом брзином могу задржати батерију под великим оптерећењем неколико минута. Вибрације на путу, изложеност води и поновљене промене температуре такође треба узети у обзир.

Формат ћелије утиче на:

• Тежина паковања и корисна енергија

• Искоришћеност простора унутар кућишта батерије

• Могућност континуираног и вршног пражњења

• Број ћелија и електричних прикључака

• Конзистенција хлађења и температуре

• Отпорност на вибрације и механички утицај

• Производна опрема и трошкови монтаже

• Стратегија одржавања и замене

Пакет батерија стога треба да буде дизајниран око возила, а не само око доступне ћелије.

Брзо поређење формата три ћелије

Фактор селекције	Ћелија врећице	Призматична ћелија	Цилиндрична ћелија
Гравиметријска густина енергије	Обично веома конкурентан	Умерено до високо	Јако зависи од модела ћелије
Искоришћење простора	Одлично	Добро у обичном кућишту	Ниже због празнина између ћелија
Капацитет ћелије	Обично десетине до преко 100 Ах	Обично десетине до стотине Ах	Обично неколико Ах по ћелији
Број ћелија у паковању	Ниско	Ниско	Високо
Механичка заштита	Мора бити обезбеђено у пакету	Чврсто кућиште ћелије	Снажно појединачно метално кућиште
Доступност велике снаге	Добро за одабране НМЦ моделе	Зависи од конкретног модела	Многе проверене опције високе стопе
Флексибилност облика паковања	Високо	Умерено	Висок распоред ћелија
Рад на мобилној вези	Мање, веће везе	Мање, веће везе	Много малих веза
Управљање отоком	Захтева контролисану компресију	И даље је потребно механичко разматрање	Управља се углавном кућиштем ћелије
Типична снага	Мала тежина и ефикасно паковање	Структурна крутост и једноставни модули	Стандардизација и производна зрелост

Табела даје само опште поређење. Две ћелије истог формата могу имати потпуно различите карактеристике снаге, циклуса и термичких карактеристика.

Ћелије врећице великог формата

Ћелија врећице користи лагани ламинирани алуминијум-пластични филм уместо дебелог челичног или алуминијумског кућишта. Ово смањује неактиван материјал за паковање и омогућава да се већи део тежине паковања користи за складиштење енергије.

За електрични мотоцикл са ограниченим простором за батерије, то може бити велика предност.

Зашто ћелије врећице добро функционишу у електричним мотоциклима

Велике НМЦ ћелије могу комбиновати велики капацитет, малу тежину и јаку излазну снагу у равној правоугаоној структури. Посебно су атрактивни за мотоцикле где батерија треба да стане у уски оквир или компактно кућиште испод седишта.

Поуцх ћелија од 45 Ах, на пример, може дозволити да се батерија од 74 В од 45 Ах саставите у једноставну 20С1П конфигурацију. Потребно је само 20 ћелија.

Ово пружа неколико практичних предности:

• Мање ћелија које треба прегледати и ускладити

• Мање серијских и паралелних веза

• Мање ожичења и мање тачака заваривања

• Нема потребе за управљањем више паралелних ћелија у свакој групи напона

• Ефикасно коришћење ограничене запремине кућишта

• Велике равне површине које могу доћи у контакт са материјалима који преносе топлоту

• Мања тежина паковања у поређењу са многим алтернативама са чврстим кућиштем

За мотоцикле високих перформанси, смањење тежине није само повећање домета. Лакша батерија такође може побољшати баланс возила, убрзање и управљање.

Ћелијама врећице је потребан одговарајући механички дизајн

Одсуство крутог металног омотача значи да структура паковања мора да штити ћелије.

Добро дизајнирана батерија са кесом треба да садржи:

• Контролисана и равномерно распоређена компресија ћелија

• Додатак за нормалну промену дебљине током сервиса

• Изолација између језичака, сабирница и кућишта

• Заштита од оштрих ивица и убода

• Сигурно позиционирање од вибрација на путу

• Термичке баријере или размаци где је потребно

• Поуздано заваривање језичака

• Снажно спољашње кућиште

Ћелије не треба стиснути што је могуће чвршће, нити их оставити лабаве унутар кутије за батерије. Превелики притисак може оштетити ћелију, док недовољна подршка може омогућити кретање, оток и стрес на језичцима.

Торбичне ћелије су стога јака опција када произвођач батерија има искуства са компресионим оквирима, спојевима језичака и дизајном кућишта.

Присматиц Целлс

Призматичне ћелије користе круто правоугаоно метално кућиште. Као и ћелије у торбици, доступне су у релативно великим капацитетима, тако да се батерија може направити са малим бројем ћелија.

За пакет од 74В 45Ах, одговарајућа НМЦ призматична ћелија од 45Ах или 50Ах такође може подржати 20С1П конфигурацију.

Предности призматичних ћелија

Чврсто кућиште пружа механичку подршку и олакшава постављање ћелија у правилно правоугаоно кућиште. У зависности од дизајна терминала, инсталација сабирница и монтажа модула такође могу бити једноставни.

Призматичне ћелије могу бити практичан избор када:

• Одељак за батерије је правилног облика кутије

• Механичка издржљивост је приоритет у односу на минималну тежину

• Возило се користи на неравним путевима

• Батерија је уграђена у теретни мотоцикл или електрични трицикл

• Доступна је проверена ћелија са исправним капацитетом и брзином пражњења

• Произвођач пакета већ има компатибилан дизајн модула

Међутим, метално кућиште додаје тежину и заузима простор. Димензије призматичне ћелије су такође мање флексибилне, тако да технички одговарајућа ћелија можда неће одговарати доступном одељку за батерије.

Још једна уобичајена грешка је претпоставка да је свака аутомобилска призматична ћелија погодна за електрични мотоцикл. Неке велике НМЦ призматичне ћелије су дизајниране углавном за енергетски капацитет, а не за велику струју. Њихов капацитет може изгледати привлачно, али њихово дозвољено непрекидно пражњење, перформансе на ниским температурама или термичко понашање можда неће одговарати контролеру мотоцикла.

Лист са подацима—и по могућности независно тестирање ћелије—мора да се провери пре избора.

Цилиндричне ћелије

Цилиндричне ћелије се широко користе у електричним скутерима, е-бициклима и мотоциклима. Уобичајени формати укључују 18650 и 21700, док веће цилиндричне ћелије као што је 4680 улазе у више апликација за мобилност.

Њихово метално кућиште пружа добру индивидуалну механичку заштиту, а доступна је и зрела аутоматизована опрема за сортирање ћелија, постављање и заваривање.

Зашто произвођачи бирају цилиндричне ћелије

Цилиндричне ћелије нуде неколико предности:

• Стандардизоване димензије

• Широка доступност добављача

• Зрела производња великог обима

• Добра механичка чврстоћа

• Многе опције за ћелије високе брзине

• Флексибилни облици паковања кроз различите распореде ћелија

• Мањи садржај енергије по ћелији

Мања величина ћелије такође може олакшати дистрибуцију струје и топлоте кроз велики број ћелија. Ако је правилно дизајниран, цилиндрични пакет може да пружи одличне перформансе снаге.

Компромис је сложеност.

Велика батерија електричног мотоцикла може да садржи стотине цилиндричних ћелија. Свака ћелија захтева преглед, груписање и електрично повезивање. Држачи ћелија и расхладни отвори заузимају простор, док велики број заварених спојева повећава важност конзистентности производње.

На пример, ако пакет од 74В 45Ах користи цилиндричне ћелије од 5Ах, приближна конфигурација би била:

• 20 ћелија у серији

• 9 ћелија паралелно

• 20С9П

• 180 ћелија укупно

Ако су изабране ћелије од 4,5 Ах, пакету ће можда бити потребна конфигурација 20С10П са 200 ћелија.

За поређење, врећици од 45 Ах или призматичном решењу можда ће бити потребно само 20 ћелија великог формата.

Цилиндричне ћелије су погодне за високо стандардизоване производе велике количине. Међутим, за прилагођену батерију мале запремине, алати, заваривање и монтажа могу учинити дизајн мање атрактивним.

Који формат ћелије одговара различитим пројектима електричних мотоцикала?

Градски електрични скутери

Цилиндричне ћелије су често практичан избор за стандардизоване урбане скутере, посебно када је обим производње велики и потреба за снагом умерена.

Велике ћелије у торбици такође могу бити атрактивне када произвођач жели већи капацитет у компактном кућишту или мање паралелних група.

Електрични мотоцикли високих перформанси

Велике НМЦ ћелије су често јаки кандидати за мотоцикле високих перформанси јер могу да обезбеде користан баланс густине енергије, снаге пражњења и ефикасности паковања.

Коначна одлука и даље зависи од стварног степена пражњења ћелије. Енергетску ћелију великог капацитета не треба третирати као ћелију велике снаге осим ако њене спецификације и подаци испитивања не подржавају потребну струју.

Теретни мотоцикли и електрични трицикли

Призматичне ћелије могу бити пожељније када је простор у кућишту правилан и када је механичка чврстоћа важна. ЛФП призматичне ћелије се такође обично разматрају када су животни век циклуса и термичка стабилност важнији од минималне тежине.

Ако је потребна НМЦ хемија, и призматичне и кесице треба да се упореде по перформансама пражњења, димензијама и тежини паковања.

Променљиви системи батерија

Заменљиве батерије морају да уравнотеже енергију, тежину, руковање и механичку издржљивост.

Цилиндричне ћелије имају добре резултате у стандардизованим системима замене. Ћелије врећице могу побољшати искоришћеност простора, али кућиште батерије и унутрашња потпорна структура морају бити пројектовани за често уклањање и руковање.

Прототип и прилагођени пројекти малог обима

Торбице великог формата или призматичне ћелије могу смањити укупан број ћелија и поједноставити електричну архитектуру. Ово их чини привлачним за прототип мотоцикала и прилагођене пројекте батерија, под условом да су доступни неопходни процеси спајања и механичких процеса.

Студија случаја: Одабир ћелија за батерију за електрични мотоцикл од 74В 45Ах

Претпоставимо да купац захтева „7445 батеријски пакет“. Пре почетка дизајна, произвођач треба да потврди да то значи 74В и 45Ах.

Користећи 3.7В НМЦ ћелије, основна конфигурација би била:

• Конфигурација: 20С

• Називни напон: 20 × 3.7В = 74В

• Напон пуног пуњења: 20 × 4,2 В = 84 В

• Називни капацитет: 45 Ах

• Називна енергија: 74В × 45Ах = 3,33кВх

На први поглед, 20С1П пакет који користи 45Ах кесице изгледа једноставно. Али струја мотора и контролера ће одредити да ли је одабрана ћелија прикладна.

Снага мотора и струја батерије

Теоријска струја при називном напону може се проценити као:

[
И = фрац{П}{В}
]

Ово даје следеће приближне вредности:

Вршна снага мотора	Струја на 74В
3кВ	41А
5кВ	68А
8кВ	108А
10кВ	135А

Ово су поједностављени прорачуни номиналног напона. Стварна струја батерије може бити већа јер напон пакета опада при ниском напуњености и зато што контролер, мотор и ожичење нису 100% ефикасни.

Максимална струја батерије контролера је обично кориснија од натписне плочице мотора када се бира ћелија.

Ако контролер дозвољава струју батерије од 120А, ћелија од 45Ах мора да подржава:

[
120А див 45Ах = 2,67Ц
]

Ћелија оцењена за само 1Ц непрекидно пражњење не би била сигуран избор за ово радно стање. Потребна је ћелија са одговарајућом континуираном струјом, импулсном струјом, порастом температуре и перформансама пада напона.

Опција 1: 20С1П 45Ах НМЦ кесице ћелије

Ово је обично прва опција за процену када пројекат даје приоритет:

• Мала тежина батерије

• Компактне димензије

• Ефикасно коришћење инсталационог простора

• Једноставна 1П електрична структура

• Висока густина енергије

• Снажне перформансе убрзања

Ћелија и даље треба да прође процену пражњења, температуре и животног века под очекиваним оперативним профилом.

Опција 2: 20С1П 45Ах или 50Ах НМЦ призматичне ћелије

Ово може бити прикладно када:

• Кућиште је велико и правоугаоног облика

• Додатна тежина ћелије је прихватљива

• Приоритет је структурална крутост

• Изабрана призматична ћелија има довољну снагу

• Димензије ћелије одговарају одељку за батерије

Произвођач не би требало да бира призматичну ћелију само зато што се њено метално кућиште чини сигурнијим. Хемија ћелије, унутрашњи дизајн, доследност квалитета, БМС стратегија, фузионисање и заштита од топлотног ширења су важнији од самог спољашњег облика.

Опција 3: Цилиндрично 20С9П или 20С10П паковање

Ово може добро да функционише када:

• Доступна је доказана цилиндрична ћелија високе брзине

• Произвођач има аутоматизовану опрему за сортирање и заваривање

• Очекује се да ће дизајн батерије ући у стабилну производњу

• Кућиште може да прими већи број ћелија и држача

• Дељење струје на нивоу ћелије је потврђено

За малу прилагођену поруџбину, велики број ћелија и сложеност монтаже могу учинити цилиндричну опцију мање ефикасном.

Потребне информације пре избора ћелије

Пре него што препоручи ћелију, одговорни добављач батерија треба да тражи више од напона и капацитета.

Следеће информације су посебно важне:

1. Називна снага мотора и вршна снага

2. Максимална струја батерије контролера

3. Потребна континуирана и вршна струја пражњења

4. Трајање вршне струје

5. Дужина, ширина и висина одељка за батерије

6. Максимална дозвољена тежина батерије

7. Циљани домет вожње и радна брзина

8. Напон пуњења, струја и потребно време пуњења

9. Регенеративно-кочна струја

10. Опсег радне температуре

11. Услови за пут, вибрације и хидроизолацију

12. Комуникациони захтеви као што су ЦАН или УАРТ

13. Потребан животни век циклуса

14. Циљно тржиште и захтеви за сертификацију

15. Прототип и производне количине

Без ових информација, препоручивање батеријске ћелије је углавном нагађање.

Торбица, призматична или цилиндрична: шта је најбоље?

Не постоји универзални победник.

Цилиндричне ћелије су привлачне за стандардизоване батерије велике запремине и апликације које имају користи од зрелих производних процеса. Призматичне ћелије нуде круту структуру и могу поједноставити монтажу у обичном кућишту. Велике ћелије у врећици су посебно драгоцене када су важна мала тежина, ефикасно паковање, велики капацитет и мали број ћелија.

За многе пројекте електричних мотоцикала од 72В и 74В високих перформанси, велике ћелије НМЦ врећице заслужују да се прво процене. Конфигурација 20С1П која користи ћелије од 40Ах, 45Ах, 50Ах или веће може да обезбеди чисту електричну структуру и одлично коришћење расположивог простора.

Одлука би и даље требало да се заснива на измереним перформансама, а не само на формату. Капацитет, унутрашњи отпор једносмерне струје, континуирана струја, импулсна струја, пад напона, пораст температуре, животни век циклуса и механичка интеграција, све то треба да се прегледа.

Решења за батерије за електричне мотоцикле из Мисена

Мисен испоручује велике формате НМЦ, ЛФП, получврстих и других врећица са ћелијама за електричне мотоцикле, електричне скутере, лака електрична возила и прилагођене системе батерија. Одабране опције цилиндричних и призматичних ћелија су такође доступне за пројекте где ти формати пружају боље техничко уклапање.

Наш тим може помоћи у процени:

• Хемија ћелије и формат

• Серијска и паралелна конфигурација

• Захтеви за континуирану и вршну струју

• Димензије ћелије и компатибилност одељка за батерије

• Усклађивање капацитета, напона и унутрашњег отпора

• Тестирање узорака и валидација пројекта

• Захтеви за прилагођени батеријски модул и пакет

Да бисте проценили пројекат електричног мотоцикла, пошаљите нам потребни напон, капацитет, снагу мотора, струју контролера и доступне димензије одељка за батерије.

Спецификација као што је „74В 45Ах“ је добра полазна тачка. Прави избор ћелије долази од разумевања шта мотоцикл треба да уради.