วิธีเลือกเซลล์กระเป๋าโซเดียม-ไอออนและออกแบบชุดแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้

แบตเตอรี่โซเดียมไอออนกำลังดึงดูดความสนใจที่เพิ่มขึ้นในด้านการจัดเก็บพลังงาน รถสองล้อไฟฟ้า อุปกรณ์อุตสาหกรรม และการใช้งานด้านการเคลื่อนที่แบบเบา การอุทธรณ์ของพวกเขาไม่ได้ขึ้นอยู่กับข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียว เทคโนโลยีโซเดียมไอออนสามารถให้ประสิทธิภาพการปล่อยที่อุณหภูมิต่ำได้ดี ความสามารถในการใช้พลังงานที่แข็งแกร่ง ความพร้อมใช้ของวัตถุดิบที่ดีขึ้น และโครงสร้างต้นทุนที่มีเสถียรภาพมากขึ้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเคมีของเซลล์

ในเวลาเดียวกัน บรรจุภัณฑ์แบบถุงช่วยให้นักออกแบบแบตเตอรี่มีอิสระมากขึ้นเกี่ยวกับขนาดเซลล์ ความหนาของบรรจุภัณฑ์ และรูปแบบการระบายความร้อน เซลล์ถุงโซเดียมไอออนจึงเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับโครงการที่ต้องการรูปแบบแบตเตอรี่น้ำหนักเบาและปรับแต่งได้ แทนที่จะเป็นเซลล์ทรงกระบอกหรือทรงปริซึมมาตรฐาน

อย่างไรก็ตาม การเลือกเซลล์ถุงโซเดียม-ไอออนไม่ได้เป็นเพียงเรื่องของการเปลี่ยนเซลล์ LiFePO4 ที่มีอยู่ด้วยแบบจำลองโซเดียม-ไอออนที่มีความจุใกล้เคียงกัน เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้า ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ได้ ความหนาแน่นของพลังงาน ขีดจำกัดการชาร์จ การตั้งค่า BMS และโครงสร้างทางกลอาจแตกต่างกัน

คู่มือนี้จะอธิบายปัจจัยหลักที่ควรได้รับการประเมินก่อนเริ่มโครงการชุดแบตเตอรี่แบบซองโซเดียมไอออน

เหตุใดเซลล์ถุงโซเดียม-ไอออนจึงได้รับความสนใจมากขึ้น

เทคโนโลยีโซเดียมไอออนมักถูกกล่าวถึงเป็นทางเลือกแทนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่ในโครงการเชิงปฏิบัติ จะแม่นยำมากกว่าที่จะมองว่าเป็นคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่ชนิดอื่นที่มีจุดแข็งและข้อจำกัดของตัวเอง

อาจมีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับแอปพลิเคชันที่จัดลำดับความสำคัญ:

• การทำงานในสภาพแวดล้อมที่เย็น

• กำลังขับสูง

• ความสามารถในการชาร์จที่รวดเร็ว

• ความพร้อมของวัสดุและการควบคุมต้นทุนในระยะยาว

• ปรับปรุงการขนส่งและความปลอดภัยในการจัดเก็บ

• ขนาดเซลล์ที่กำหนดเอง

• การใช้งานแบบอยู่กับที่หรือเคลื่อนที่ด้วยแสงซึ่งความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดไม่ได้มีความสำคัญเพียงอย่างเดียว

เซลล์กระเป๋าเพิ่มความยืดหยุ่นอีกชั้นหนึ่ง เนื่องจากเซลล์ถูกห่อหุ้มด้วยฟิล์มเคลือบอะลูมิเนียมแทนที่จะเป็นกระป๋องเหล็กหรืออะลูมิเนียมแบบแข็ง จึงสามารถผลิตได้ในช่วงความหนา ความกว้าง และความยาวที่กว้างกว่า

สิ่งนี้ทำให้เซลล์กระเป๋าโซเดียมไอออนเกี่ยวข้องกับชุดแบตเตอรี่แบบกำหนดเองซึ่งมีพื้นที่ว่างไม่ปกติ หรือในกรณีที่จำเป็นต้องควบคุมการกระจายน้ำหนักและการกระจายความร้อนอย่างระมัดระวัง

1. ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเคมีของเซลล์โซเดียม-ไอออนก่อน

เซลล์โซเดียมไอออนบางชนิดไม่ได้ใช้วัสดุแคโทดและแอโนดเหมือนกัน แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า อายุการใช้งาน ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ และความหนาแน่นของพลังงานอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

ระบบแคโทดโซเดียมไอออนทั่วไปประกอบด้วย:

• วัสดุออกไซด์หลายชั้น

• วัสดุสีน้ำเงินปรัสเซียนหรือสีขาวปรัสเซียน

• วัสดุโพลีไอออนิก

เซลล์ออกไซด์แบบแบ่งชั้นมักถูกพิจารณาเมื่อโครงการต้องการความหนาแน่นของพลังงานที่ค่อนข้างสูงและประสิทธิภาพพลังงานที่แข็งแกร่ง

ระบบสีน้ำเงินปรัสเซียนและสีขาวปรัสเซียนอาจมีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุน ความสามารถด้านอัตรา และการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ แม้ว่าประสิทธิภาพของระบบจะขึ้นอยู่กับคุณภาพของวัสดุและการควบคุมการผลิตเป็นอย่างมากก็ตาม

อาจเลือกระบบโพลีไอออนิกสำหรับโครงการที่เน้นความเสถียรของโครงสร้าง ความปลอดภัย และอายุการใช้งานที่ยาวนาน

ด้วยเหตุนี้ ผู้ซื้อจึงไม่ควรประเมินเซลล์ถุงโซเดียม-ไอออนตามความจุปกติเพียงอย่างเดียว ควรตรวจสอบระบบวัสดุและข้อมูลการทดสอบทั้งหมดด้วย

2. ตรวจสอบแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าและหน้าต่างการทำงาน

คำถามแรกๆ ในโครงการแบตเตอรี่โซเดียมไอออนคือแรงดันไฟฟ้าของระบบเข้ากันได้กับอุปกรณ์ที่ต้องการหรือไม่

เซลล์โซเดียมไอออนจำนวนมากมีแรงดันไฟฟ้าปกติประมาณ 3.0V ถึง 3.2V แต่ค่าจริงขึ้นอยู่กับเคมีและผู้ผลิต

ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานอาจกว้างกว่าช่วง LiFePO4 ก็ได้ เซลล์โซเดียมไอออนบางเซลล์อาจทำงานจากประมาณ 1.5V หรือ 2.0V ที่ด้านล่างสุดไปจนถึงประมาณ 4.0V หรือ 4.1V เมื่อชาร์จเต็ม

ค่าเหล่านี้จะต้องไม่ถือเป็นการตั้งค่าสากล แรงดันไฟฟ้าตัดการประจุ แรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุ และระยะเวลาการทำงานที่แนะนำที่ถูกต้องต้องมาจากข้อกำหนดของเซลล์เสมอ

ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างส่งผลต่อการออกแบบชุดแบตเตอรี่หลายด้าน:

• จำนวนเซลล์ที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม

• แรงดันไฟสูงสุดและต่ำสุดของก้อนแบตเตอรี่

• แรงดันไฟขาออกของเครื่องชาร์จ

• ช่วงการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า BMS

• ความเข้ากันได้ของอินเวอร์เตอร์หรือตัวควบคุมมอเตอร์

• การประมาณค่า SOC

• การตั้งค่าการป้องกันแรงดันต่ำ

ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแพ็ค 16S LiFePO4 ด้วยแพ็คโซเดียมไอออน 16S อาจไม่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าของแพ็คที่กำหนด ชาร์จเต็ม หรือคายประจุจนเต็มเท่ากัน ดังนั้นการกำหนดค่าซีรีย์ที่ถูกต้องควรคำนวณจากช่วงอินพุตที่ยอมรับได้ของอุปกรณ์ แทนที่จะคัดลอกจากการออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีอยู่

3. ประเมินความจุและความหนาแน่นของพลังงานตามความเป็นจริง

โดยทั่วไปเซลล์โซเดียมไอออนในปัจจุบันจะมีความหนาแน่นของพลังงานกราวิเมตริกต่ำกว่าเซลล์ลิเธียมไอออน NMC ที่มีพลังงานสูง นอกจากนี้ยังอาจยังต่ำกว่าโซลูชัน LiFePO4 ที่ครบกำหนดในรูปแบบเชิงพาณิชย์บางรูปแบบ

ช่วงความหนาแน่นของพลังงานในทางปฏิบัติสำหรับเซลล์ถุงโซเดียมไอออนอาจอยู่ที่ประมาณ 100 ถึง 160Wh/กก. ขึ้นอยู่กับเคมี การออกแบบเซลล์ และขั้นตอนการผลิต

ระบบชั้นออกไซด์ที่มีพลังงานสูงกว่าอาจได้รับการพิจารณาสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กหรือการใช้งานอื่นๆ ที่น้ำหนักและปริมาตรของบรรจุภัณฑ์มีความสำคัญ

สำหรับการจัดเก็บแบบอยู่กับที่ พลังงานสำรอง หรืออุปกรณ์ความเร็วต่ำ ความหนาแน่นของพลังงานอาจมีความสำคัญน้อยกว่าอายุการใช้งานของวงจร ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ ความปลอดภัย และต้นทุน

เมื่อเปรียบเทียบเซลล์ อย่าพึ่งพาเฉพาะความจุที่พิมพ์บนฉลากเท่านั้น ทบทวน:

• พลังงานที่กำหนดในหน่วยวัตต์-ชั่วโมง

• น้ำหนักเซลล์

• ขนาดของเซลล์

• ความหนาแน่นของพลังงานตามปริมาตร

• ความหนาแน่นของพลังงานกราวิเมตริก

• ความจุที่ใช้งานได้ภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่แนะนำ

• การเก็บรักษาความจุตามอัตราการระบายที่ต้องการ

• การเก็บรักษาความจุที่อุณหภูมิต่ำ

เซลล์ที่มีความจุพิกัดสูงกว่าอาจไม่จำเป็นต้องให้พลังงานที่ใช้งานได้มากขึ้นภายใต้สภาวะกระแสไฟสูงหรือสภาพอากาศหนาวเย็น

4. จับคู่อัตราการคายประจุกับโหลดจริง

เซลล์โซเดียมไอออนสามารถนำเสนอการนำไอออนิกและประสิทธิภาพด้านพลังงานที่ดี แต่ความสามารถด้านอัตรายังคงแตกต่างกันอย่างมากระหว่างรุ่นต่างๆ

เซลล์ถุงโซเดียมไอออนบางเซลล์ได้รับการออกแบบมาเพื่อกักเก็บพลังงานและอาจรองรับกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องปานกลาง ส่วนรุ่นอื่นๆ ได้รับการปรับให้เหมาะกับการใช้งานด้านพลังงาน และสามารถรองรับอัตราการชาร์จและคายประจุที่สูงขึ้นได้มาก

ผู้ออกแบบแบตเตอรี่ควรพิจารณา:

• กระแสต่อเนื่องปกติ

• กระแสสูงสุด

• ระยะเวลาของกระแสสูงสุด

• ความถี่ของการโหลดสูงสุด

• กระแสการชาร์จแบบรีเจนเนอเรชั่น

• กระแสไฟชาร์จสูงสุด

• อุณหภูมิในการทำงานต่ำสุดที่คาดหวัง

สำหรับรถสองล้อไฟฟ้า แบตเตอรี่อาจมีการเร่งความเร็วสูงสุดที่สั้นเกินกว่ากระแสการขับขี่โดยเฉลี่ยมาก สำหรับระบบกักเก็บพลังงาน โหลดอาจมีความเสถียรมากกว่าแต่อาจดำเนินต่อไปเป็นเวลาหลายชั่วโมง

ควรเลือกอัตราการคายประจุต่อเนื่องของเซลล์โดยพิจารณาจากโหลดที่ต่อเนื่อง ในขณะที่พิกัดพัลส์ต้องตรงกับทั้งกระแสสูงสุดและระยะเวลา

สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบความต้านทานภายใน DC ของเซลล์ ในทางเทคนิคแล้วเซลล์อาจรองรับกระแสไฟสูงแต่ยังคงสร้างความร้อนมากเกินไปหากความต้านทานสูงเกินไป

การสร้างความร้อนจะเพิ่มขึ้นโดยประมาณตามกำลังสองของกระแส:

การสูญเสียความร้อน µ กระแส² × ความต้านทานภายใน

นี่คือเหตุผลว่าทำไมการเพิ่มกระแสไฟฟ้าเป็นสองเท่าอาจทำให้ความร้อนของเซลล์เพิ่มขึ้นมากขึ้น

สำหรับชุดแบตเตอรี่แบบซองโซเดียมไอออนอัตราสูง ความสอดคล้องของความต้านทานภายในมีความสำคัญพอๆ กับความสม่ำเสมอของความจุ

5. ตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำด้วยเส้นโค้งทดสอบ

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำเป็นข้อดีข้อหนึ่งที่ได้รับการกล่าวถึงบ่อยที่สุดของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน

สูตรโซเดียม-ไอออนบางสูตรสามารถรักษาสัดส่วนความจุที่อุณหภูมิห้องได้ในสัดส่วนที่สูงที่ -20°C และเซลล์ที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษบางเซลล์อาจยังคงคายประจุต่อไปที่อุณหภูมิต่ำลงไปอีก

อย่างไรก็ตาม ผู้ซื้อควรหลีกเลี่ยงการสันนิษฐานว่าเซลล์โซเดียมไอออนทุกเซลล์ทำงานได้ดีที่อุณหภูมิ -20°C หรือ -40°C

สอบถามข้อมูลการทดสอบจริงจากซัพพลายเออร์ รวมถึง:

• เส้นโค้งการคายประจุที่ 25°C, 0°C, -10°C และ -20°C

• ทดสอบอัตราการปลดปล่อย

• ชาร์จอุณหภูมิก่อนการทดสอบ

• แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าภายใต้โหลดอุณหภูมิต่ำ

• การเก็บรักษาความจุ

• ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น

• กระแสไฟที่อุณหภูมิต่ำสูงสุดที่อนุญาต

เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่ง เซลล์อาจให้ความจุพิกัดในเปอร์เซ็นต์ที่สูงที่ -20°C แต่ประสบกับแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นตกคร่อมมากภายใต้โหลด นี่อาจทำให้ BMS หรือตัวควบคุมอุปกรณ์กระตุ้นการป้องกันแรงดันไฟฟ้าต่ำก่อนเวลาอันควร

ดังนั้นควรประเมินก้อนแบตเตอรี่ว่าเป็นระบบที่สมบูรณ์ แทนที่จะพิจารณาเฉพาะเปอร์เซ็นต์ความจุที่อุณหภูมิต่ำของเซลล์เท่านั้น

6. อย่าถือว่าการคายประจุที่อุณหภูมิต่ำหมายถึงการชาร์จที่ไม่จำกัด

เซลล์โซเดียมไอออนที่สามารถคายประจุได้ที่อุณหภูมิ -20°C อาจไม่จำเป็นต้องรองรับการชาร์จด้วยอัตราปกติที่อุณหภูมิเดียวกัน

กระแสไฟชาร์จที่อุณหภูมิต่ำควรเป็นไปตามเส้นโค้งการลดพิกัดตามอุณหภูมิที่ระบุโดยผู้ผลิตเซลล์

กลยุทธ์การควบคุมทั่วไปอาจรวมถึง:

• การชาร์จปกติที่อุณหภูมิปานกลาง

• ลดกระแสการชาร์จให้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนด

• การชาร์จกระแสไฟต่ำมากที่อุณหภูมิต่ำมาก

• ห้ามชาร์จให้ต่ำกว่าขีดจำกัดขั้นต่ำของผู้ผลิต

เกณฑ์ที่แน่นอนขึ้นอยู่กับเคมีของเซลล์

BMS ควรใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่อยู่ในตำแหน่งใกล้กับเซลล์ โดยเฉพาะบริเวณใกล้ที่อาจเย็นกว่าส่วนอื่นๆ ของแพ็ค สำหรับบรรจุภัณฑ์ขนาดใหญ่ เซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวเดียวมักจะไม่เพียงพอ

7. การออกแบบการบีบอัดทางกลสำหรับเซลล์กระเป๋า

เซลล์กระเป๋าไม่มีเปลือกนอกแข็งซึ่งต่างจากเซลล์ทรงกระบอกหรือเซลล์ปริซึมที่หุ้มด้วยอะลูมิเนียม

ฟิล์มเคลือบอลูมิเนียมมีน้ำหนักเบาและประหยัดพื้นที่ แต่ต้องมีการป้องกันเชิงกลที่เหมาะสม

ในระหว่างการปั่นจักรยาน เซลล์กระเป๋าอาจมีการเปลี่ยนแปลงความหนาทีละน้อย สภาวะที่ผิดปกติ เช่น การชาร์จไฟมากเกินไป ความร้อนสูงเกิน หรือการเสื่อมสภาพภายใน อาจทำให้เกิดก๊าซและทำให้เกิดอาการบวมได้

โครงสร้างบรรจุภัณฑ์ที่เชื่อถือได้จึงควรประกอบด้วย:

• แผ่นปลายแข็ง

• การบีบอัดที่ควบคุมได้

• วัสดุกันกระแทกยืดหยุ่น

• การแยกเซลล์และฉนวน

• ป้องกันขอบมีคม

• พื้นที่สำหรับการเปลี่ยนแปลงความหนาของเซลล์ที่คาดหวัง

• กรอบโมดูลที่มั่นคง

อาจติดตั้งโฟม PU, โฟมซิลิโคน หรือวัสดุบีบอัดอื่น ๆ ระหว่างเซลล์หรือระหว่างชั้นเซลล์และแผ่นปิดท้าย

แรงกดอัดที่ถูกต้องนั้นขึ้นอยู่กับเซลล์โดยเฉพาะ การใช้แรงกดน้อยเกินไปอาจทำให้เกิดการเคลื่อนไหวและบวมมากเกินไป ในขณะที่แรงกดที่มากเกินไปอาจทำให้ปึกอิเล็กโทรด ตัวแยก หรือซีลถุงเสียหายได้

ผู้ผลิตเซลล์ควรจัดเตรียมเงื่อนไขการบีบอัดหรือฟิกซ์เจอร์ที่แนะนำทุกครั้งที่เป็นไปได้ ไม่ควรใช้ช่วงความดันทั่วไปโดยไม่ยืนยันการออกแบบเซลล์แต่ละเซลล์

8. ปกป้องแท็บเซลล์ของกระเป๋า

แท็บเป็นส่วนที่เปราะบางทางกลไกมากที่สุดของเซลล์กระเป๋า

การสั่นสะเทือน การดัดงอ หรือแรงดึงซ้ำๆ อาจทำให้รากแท็บหรือบริเวณซีลของกระเป๋าเสียหายได้ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในรถจักรยานยนต์ไฟฟ้า อุปกรณ์เคลื่อนที่ การใช้งานทางทะเล และยานพาหนะอุตสาหกรรม

การออกแบบโมดูลที่ดีควร:

• รองรับแท็บที่อยู่ใกล้กับตัวเซลล์

• ป้องกันไม่ให้บัสบาร์วางน้ำหนักบนแท็บ

• อนุญาตให้มีการขยายตัวทางความร้อน

• หลีกเลี่ยงการโค้งงอซ้ำๆ ระหว่างการประกอบ

• ใช้อุปกรณ์จับยึดเพื่อรักษาการจัดแนวแท็บ

• ปกป้องบริเวณซีลแท็บจากส่วนประกอบที่เป็นโลหะมีคม

• ลดการถ่ายโอนแรงสั่นสะเทือนจากตัวเครื่อง

กระบวนการเชื่อมหรือการเชื่อมต่อจะต้องตรงกับวัสดุแท็บและความหนาด้วย แถบอลูมิเนียมและทองแดงอาจต้องใช้พารามิเตอร์การเชื่อมและวิธีการเชื่อมที่แตกต่างกัน

สำหรับโครงการที่มีกระแสสูง ควรตรวจสอบการออกแบบบัสบาร์เพื่อดูความหนาแน่นของกระแส อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และความเครียดทางกล

9. ใช้พื้นผิวเซลล์ขนาดใหญ่เพื่อการจัดการระบายความร้อน

ข้อดีอย่างหนึ่งของรูปแบบกระเป๋าคือพื้นที่ผิวเรียบขนาดใหญ่ สิ่งนี้สามารถทำให้การถ่ายเทความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อเซลล์ถูกรวมเข้ากับโมดูลอย่างเหมาะสม

สำหรับชุดกักเก็บพลังงานอัตราต่ำ ความร้อนอาจถูกกำจัดผ่านพื้นผิวเซลล์ กรอบโมดูล และกล่องหุ้มแบตเตอรี่

สำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงกว่า การออกแบบอาจต้องการ:

• แผ่นนำความร้อน

• กาวนำความร้อน

• ตัวกระจายความร้อนอลูมิเนียม

• ช่องแอร์

• การระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับ

• แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลว

• แผงกั้นความร้อนระหว่างเซลล์

วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนควรให้การสัมผัสที่ดีโดยไม่เกิดการบีบอัดมากเกินไป

ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิภายในโมดูลก็มีความสำคัญเช่นกัน อุณหภูมิที่แตกต่างกันอย่างมากระหว่างเซลล์สามารถนำไปสู่ความต้านทานที่ไม่สม่ำเสมอ อายุที่ไม่สม่ำเสมอ และเพิ่มความไม่สมดุลของ SOC เมื่อเวลาผ่านไป

การออกแบบการระบายความร้อนจึงควรมุ่งเน้นไม่เพียงแต่อุณหภูมิสูงสุดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความแตกต่างของอุณหภูมิทั่วทั้งปึกเซลล์ด้วย

10. ใช้ BMS ที่เข้ากันได้กับคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าของโซเดียม-ไอออน

ไม่ควรใช้ LiFePO4 BMS มาตรฐานกับชุดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนโดยอัตโนมัติ

ในบางกรณี แพลตฟอร์ม BMS ที่มีอยู่สามารถปรับเปลี่ยนได้ผ่านการตั้งค่าซอฟต์แวร์ ในกรณีอื่นๆ ส่วนหน้าแบบอะนาล็อก วงจรสุ่มตัวอย่าง หรือส่วนประกอบการป้องกันอาจไม่รองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ

ควรตรวจสอบ BMS สำหรับ:

• ช่วงการวัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์

• การตั้งค่าการป้องกันการชาร์จไฟเกิน

• การตั้งค่าป้องกันการคายประจุเกิน

• เกณฑ์การกู้คืนแรงดันไฟฟ้า

• อัลกอริทึม SOC

• ป้องกันอุณหภูมิ

• การลดกระแสการชาร์จ

• กลยุทธ์การสร้างสมดุล

• กระแสไฟแพ็คสูงสุด

• ป้องกันการลัดวงจร

• โปรโตคอลการสื่อสาร

หากเซลล์โซเดียมไอออนมีแรงดันไฟฟ้าตัดจำหน่ายต่ำกว่า LiFePO4 ส่วนหน้าแบบอะนาล็อก BMS จะต้องยังคงวัดได้อย่างแม่นยำที่แรงดันไฟฟ้าต่ำนั้น

เครื่องชาร์จและตัวควบคุมโหลดจะต้องเข้ากันได้กับหน้าต่างแรงดันไฟฟ้าของแพ็คที่เป็นผล

เซลล์โซเดียม-ไอออนสามารถเก็บไว้ที่ 0V ได้หรือไม่

การออกแบบเซลล์และเคมีโซเดียมไอออนบางชนิดอาจรองรับการจัดเก็บและการขนส่งแรงดันต่ำหรือแรงดันศูนย์มาก

สิ่งนี้อาจปรับปรุงความปลอดภัยและลดความซับซ้อนของกระบวนการโลจิสติกส์บางอย่างได้

อย่างไรก็ตาม การจัดเก็บแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ไม่ใช่คุณลักษณะสากลของเซลล์โซเดียมไอออนทั้งหมด จะต้องได้รับการยืนยันอย่างชัดเจนจากผู้ผลิตเซลล์และสนับสนุนโดยข้อมูลการตรวจสอบ

ก้อนแบตเตอรี่ไม่ควรปล่อยประจุไปที่ 0V เพียงเพราะใช้เคมีของโซเดียมไอออน

11. ปรับเทียบอัลกอริทึม SOC ใหม่

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและสถานะประจุจะแตกต่างกันสำหรับเคมีโซเดียมไอออนทุกชนิด

เมื่อเปรียบเทียบกับ LiFePO4 เซลล์โซเดียมไอออนบางเซลล์จะมีกราฟแรงดันไฟฟ้าที่ลาดเอียงมากกว่า ซึ่งอาจให้ข้อมูล SOC ตามแรงดันไฟฟ้าที่มีประโยชน์มากกว่า ถึงกระนั้นก็ตาม แรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวมักจะไม่เพียงพอสำหรับการประมาณค่า SOC ที่แม่นยำภายใต้สภาวะโหลดและอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง

BMS โซเดียมไอออนที่เชื่อถือได้อาจรวม:

• การนับคูลอมบ์

• การแก้ไขโอซีวี

• การชดเชยอุณหภูมิ

• ค่าชดเชยในปัจจุบัน

• การแก้ไขความชราของเซลล์

• แบบจำลอง SOC เฉพาะด้านเคมี

ควรสร้างตาราง OCV-SOC ที่ถูกต้องจากเซลล์โซเดียมไอออนที่เลือก แทนที่จะคัดลอกจากรุ่นอื่น

ควรประเมินพฤติกรรมการปลดปล่อยตัวเองด้วย หากเซลล์ประสบกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เห็นได้ชัดเจนในระหว่างการเก็บรักษาเป็นเวลานาน BMS อาจต้องมีการสอบเทียบใหม่เป็นระยะหลังจากมีเวลาพักเพียงพอ

12. เลือกกลยุทธ์การปรับสมดุลที่เหมาะสม

ความสม่ำเสมอของเซลล์ยังคงมีความสำคัญในชุดแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับซีรีย์ทุกชุด

ความแตกต่างของความจุ, SOC, ความต้านทานภายใน และการคายประจุเองสามารถค่อยๆ เพิ่มช่องว่างแรงดันไฟฟ้าระหว่างเซลล์ได้

สำหรับแพ็คโซเดียมไอออนที่มีขนาดเล็ก การปรับสมดุลแบบพาสซีฟอาจเพียงพอ กระแสไฟสมดุลที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความจุของแพ็ค ความสม่ำเสมอของเซลล์ และเวลาการปรับสมดุลที่มีอยู่

สำหรับระบบกักเก็บพลังงานที่มีความจุขนาดใหญ่ กระแสไฟสมดุลต่ำอาจใช้เวลานานเกินไปในการแก้ไขความแตกต่าง SOC ที่มีความหมาย จากนั้นอาจพิจารณาการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่

ก่อนที่จะอาศัย BMS ซัพพลายเออร์เซลล์ควรดำเนินการคัดเกรดเซลล์และจับคู่อย่างเหมาะสมโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น:

• ความจุ

• แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

• ความต้านทานภายใน AC

• ความต้านทานภายใน DC

• อัตราการปลดปล่อยตัวเอง

• การกู้คืนแรงดันไฟฟ้า

• ชุดการผลิต

การปรับสมดุลควรแก้ไขความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างการทำงาน ไม่ควรใช้เพื่อชดเชยเซลล์ที่จับคู่ได้ไม่ดี

13. สร้างแผนการตรวจสอบเฉพาะโครงการ

เอกสารข้อมูลเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของโครงการชุดแบตเตอรี่

ก่อนการผลิตเป็นจำนวนมาก ควรทดสอบบรรจุภัณฑ์ต้นแบบภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกับการใช้งานจริง

แผนการตรวจสอบอาจรวมถึง:

• การทดสอบความจุ

• การคายประจุกระแสไฟต่อเนื่อง

• การทดสอบกระแสสูงสุด

• การทดสอบการชาร์จอย่างรวดเร็ว

• การทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

• การปล่อยอุณหภูมิต่ำ

• การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ

• การทดสอบวงจรชีวิต

• การทดสอบการสั่นสะเทือน

• แรงกระแทกทางกล

• การทดสอบแรงอัด

• การป้องกันการชาร์จไฟเกิน

• การป้องกันการคายประจุมากเกินไป

• ป้องกันการลัดวงจร

• การประเมินการแพร่กระจายความร้อน

• การจัดเก็บข้อมูลระยะยาว

การรับรองที่จำเป็นขึ้นอยู่กับการใช้งานและตลาด

IEC 62619 อาจเกี่ยวข้องกับการใช้งานแบตเตอรี่สำรองทางอุตสาหกรรม GB 38031 ใช้กับแบตเตอรี่ฉุดที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้าในประเทศจีน เอกสารการขนส่งอาจรวมถึง UN38.3, MSDS และการประเมินการขนส่งสินค้าอันตรายที่เหมาะสม

มาตรฐานที่ใช้บังคับควรได้รับการยืนยันโดยพิจารณาจากชุดแบตเตอรี่ ตลาด และการใช้งานขั้นสุดท้าย แทนที่จะเลือกตามประเภทเซลล์เท่านั้น

รายการตรวจสอบโครงการเซลล์ถุงโซเดียม-ไอออน

ก่อนที่จะยืนยันเซลล์ถุงโซเดียมไอออน ให้ทบทวนคำถามต่อไปนี้:

ข้อกำหนดด้านไฟฟ้า

• แรงดันไฟฟ้าของระบบระบุ สูงสุด และต่ำสุดคือเท่าใด

• กระแสไฟทำงานต่อเนื่องคืออะไร?

• กระแสสูงสุดสูงแค่ไหน และอยู่ได้นานแค่ไหน?

• ต้องใช้เวลาชาร์จเท่าไร?

• การชาร์จแบบรีเจนเนอเรชั่นเกี่ยวข้องหรือไม่?

ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

• อุณหภูมิปล่อยต่ำสุดคือเท่าไร?

• อุณหภูมิการชาร์จต่ำสุดคือเท่าไร?

• บรรจุภัณฑ์จะโดนแรงสั่นสะเทือน ความชื้น หรือสเปรย์เกลือหรือไม่?

• จำเป็นต้องมีการทำความร้อนหรือความเย็นแบบแอคทีฟหรือไม่?

ข้อกำหนดของเซลล์

• เคมีโซเดียมไอออนใดที่ใช้?

• ความหนาแน่นของพลังงานที่แท้จริงคือเท่าไร?

• ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าการชาร์จและคายประจุคืออะไร?

• พิกัดกระแสต่อเนื่องและพัลส์คืออะไร?

• มีเส้นโค้งอุณหภูมิต่ำหรือไม่?

• แนะนำให้ใช้เงื่อนไขการบีบอัดแบบใด?

ข้อกำหนดทางกล

• มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงความหนาหรือไม่?

• พื้นผิวกระเป๋าได้รับการปกป้องหรือไม่?

• แท็บได้รับการรองรับทางกลไกหรือไม่

• กรอบโมดูลมีความแข็งเพียงพอหรือไม่

• ความร้อนสามารถถ่ายเทจากทุกเซลล์ได้อย่างเท่าเทียมกันหรือไม่?

ข้อกำหนด BMS

• AFE รองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าเต็มหรือไม่

• เกณฑ์การป้องกันสามารถปรับได้หรือไม่?

• แบบจำลอง SOC พัฒนาขึ้นสำหรับเซลล์โซเดียมไอออนที่เลือกหรือไม่

• รวมการลดพิกัดการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำด้วยหรือไม่

• กระแสไฟสมดุลเหมาะสมกับความจุของแพ็คหรือไม่

เซลล์ถุงโซเดียม-ไอออนเหมาะสำหรับทุกโครงการหรือไม่

ไม่จำเป็น.

เซลล์ถุงโซเดียมไอออนสามารถแข่งขันได้สูง โดยที่ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ ความสามารถในการใช้พลังงาน ความปลอดภัย ความพร้อมใช้งานของวัสดุ หรือขนาดเซลล์ที่ยืดหยุ่นเป็นสิ่งสำคัญ

LiFePO4 อาจยังเหมาะสมกว่าเมื่อโครงการต้องการห่วงโซ่อุปทานที่ครบวงจร ระบบการชาร์จที่มีอยู่อย่างกว้างขวาง ข้อมูลภาคสนามระยะยาวที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว และการสนับสนุนการรับรองที่จัดตั้งขึ้น

ลิเธียมไอออนของ NMC อาจยังคงเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า เมื่อน้ำหนักขั้นต่ำและความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดคือลำดับความสำคัญสูงสุด

การตัดสินใจควรขึ้นอยู่กับระบบแบตเตอรี่ที่สมบูรณ์ ไม่ใช่การตลาดด้านเคมีเพียงอย่างเดียว

เซลล์ที่เหมาะสมทางเทคนิคจะต้องทำงานร่วมกับตู้ ระบบทำความเย็น BMS ที่ชาร์จ ตัวควบคุม แผนการรับรอง และต้นทุนเป้าหมาย

Misen สนับสนุนโครงการแบตเตอรี่กระเป๋าโซเดียม-ไอออนอย่างไร

Misen ทำงานร่วมกับลูกค้าในด้านการจัดหาเซลล์มากกว่าแต่ละเซลล์

สำหรับโครงการแบตเตอรี่แบบซองโซเดียมไอออน การสนับสนุนของเราอาจรวมถึง:

• การเลือกเซลล์ตามข้อกำหนดด้านแรงดัน ความจุ และกระแส

• การเปรียบเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่ลิเธียม

• การเลือกขนาดเซลล์ของกระเป๋า

• การจับคู่ความจุและความต้านทานภายใน

• การออกแบบการกำหนดค่าแบบอนุกรมและแบบขนาน

• คำแนะนำการบีบอัดทางกล

• การออกแบบการเชื่อมต่อแท็บและบัสบาร์

• การวางแผนการจัดการความร้อน

• การประสานงานพารามิเตอร์โซเดียมไอออน BMS

• การพัฒนาแบตเตอรี่ต้นแบบ

• รองรับการทดสอบเซลล์และแพ็ค

• โซลูชันแบตเตอรี่ OEM และ ODM

สำหรับโครงการโซเดียมไอออนใหม่ เราขอแนะนำให้เริ่มต้นด้วยข้อมูลการใช้งานจริง แทนที่จะเลือกเซลล์จากความจุเพียงอย่างเดียว

แบ่งปันแรงดันไฟฟ้า ความจุ กระแสต่อเนื่อง กระแสสูงสุด อุณหภูมิในการทำงาน ขนาดที่มีอยู่ และปริมาณการสั่งซื้อที่คาดหวัง ทีมวิศวกรของเราสามารถช่วยประเมินว่าเซลล์กระเป๋าโซเดียมไอออนนั้นเหมาะสมกับแบตเตอรี่ของคุณในทางเทคนิคและเชิงพาณิชย์หรือไม่

กำลังมองหาเซลล์กระเป๋าโซเดียมไอออนหรือโซลูชันชุดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนแบบกำหนดเองอยู่ใช่ไหม? ติดต่อ Misen เพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดโครงการของคุณ