Elektrikli Scooter Pil Değiştirme Kılavuzu: Hücreler Nasıl Seçilir ve Güvenli Bir Paket Nasıl Tasarlanır

Eskiyen bir scooter aküsünün değiştirilmesi menzili eski haline getirebilir, voltaj dengesini iyileştirebilir ve diğer açılardan sağlam bir aracı yolda tutabilir. İşin zor kısmı, etikette yazılı olan aynı voltaja sahip hücreleri bulmaktır. Yeni hücrelerin, akü paketinin, BMS'nin, şarj cihazının ve araç kontrol ünitesinin tek bir sistem olarak çalışmasını sağlıyor.

Yakın zamanda yapılan bir proje bunu odak noktasına getirdi. Araç bir Vectrix VX-1 maxi-scooter'dı ve önerilen yedek hücre, GBT 3,2V 70Ah LFP kese hücresiydi. VX-1 kullanışlı bir durumdur çünkü tipik bir banliyö scooterından çok daha yüksek bir voltajda çalışır, ancak aynı mühendislik soruları 48V dağıtım scooterları, 60V şehir modelleri, 72V performans scooterları ve diğer hafif elektrikli araçlar için de geçerlidir.

Bu kılavuz, yedek hücrenin nasıl taranacağını, paket konfigürasyonunun nasıl hesaplanacağını ve herhangi bir donanım oluşturulmadan önce kontrol edilmesi gereken ayrıntıların nasıl belirleneceğini açıklamaktadır.

Yedek pil bir hücre kutusu değil, bir sistemdir

Bir scooter, orijinal aküsü artık servise tabi olmasa bile iyi bir motora, şasiye ve kontrol cihazına sahip olabilir. Bu, özellikle üretimden kaldırılmış araçlar veya hizmette kalması gereken ticari scooterlar için hücre değişimini cazip hale getiriyor.

Ancak başarılı bir dönüşümün aynı anda altı koşulu karşılaması gerekir:

• Çalışma voltajı kontrolörün güvenli aralığında kalmalıdır.

• Hücreler, aşırı voltaj düşüşü olmadan sürekli güç ve kısa hızlanma tepe noktaları sağlamalıdır.

• Hücreler ve paket donanımı fiziksel olarak pil bölmesine sığmalıdır.

• BMS her seri grubunu korumalı ve hem sürücü akımını hem de rejeneratif şarjı yönetmelidir.

• Şarj cihazının yeni kimya ve seri sayısı için doğru voltaj profilini kullanması gerekir.

• Bitmiş paket titreşime, ısıya, neme, darbeye ve tekrarlanan servis döngülerine dayanıklı olmalıdır.

Bu koşullardan birinin atlanması durumunda kağıt üzerinde doğru görünen bir paket zayıf menzil sunabilir, denetleyici arızalarını tetikleyebilir veya önlenebilir bir güvenlik riski oluşturabilir.

Yedek hücreyle değil araçla başlayın

Bir hücreyi seçmeden önce orijinal araç verilerini toplayın. Üreticiler genellikle üretim yılları ve bölgesel versiyonlar arasında farklı piller, şarj cihazları veya donanım yazılımı kullandıklarından model adı tek başına yeterli değildir.

Seri ve paralel konfigürasyon paketi nasıl değiştirir?

Seri bağlanan hücreler voltajı artırır. Paralel bağlanan hücreler kapasiteyi ve akım kapasitesini arttırır. Temel hesaplamalar basittir:

'72V' kelimesi tek bir evrensel pili tanımlamaz. 72V sınıfı bir NMC paketi genellikle 20S olarak üretilir ve tam şarjda yaklaşık 74V nominal ve 84V verir. 24S LFP paketi, hücre başına 3,65V'a şarj edildiğinde 76,8V nominal ve 87,6V'a kadar verir. Her ikisi de 72V pil olarak satılabilir ancak kontrol cihazı ve şarj cihazı limitleri onaylanmadan birbirlerinin yerine kullanılamazlar.

Bunlar hesaplama örnekleridir, evrensel değiştirmeler değildir. Nihai seri sayısı, aracın gerçek minimum ve maksimum DC veri yolu limitlerinden seçilmelidir.

LFP veya NMC: Scooter dönüşümüne hangi kimya uygundur?

LFP, iyi termal kararlılık ve uzun çevrim ömrü sunduğu için genellikle değiştirme projeleri için seçilir. NMC, pil bölmesi sıkı olduğunda ve kilogram başına menzil öncelikli olduğunda değerli kalır. Her iki kimya da her scooter için otomatik olarak daha iyi değildir.

Hücre formatı da önemlidir. Silindirik hücreler modülerdir ve geniş çapta desteklenir, prizmatik hücreler mekanik olarak sağlamdır ve montajı kolaydır; kese hücreleri ise uzun veya sığ bir muhafazadan daha iyi yararlanabilir. Kese hücrelerinin kontrollü sıkıştırmaya ve keskin kenarlardan ve yerel basınca karşı korunmasına ihtiyacı vardır. Tırnakları ayrıca uygun şekilde tasarlanmış baralara veya kaynaklı bağlantılara ihtiyaç duyar; kullanılmayan alana kolayca sığdırılabilen esnek tabakalar gibi ele alınmamalıdırlar.

Örnek olay: Vectrix VX-1 için 40S 70Ah LFP paketinin taranması

Orijinal Vectrix VX-1, yüksek voltajlı bir batarya sistemi etrafında inşa edildi. Yayınlanan teknik materyal, ilk aküyü yaklaşık 125V, 30Ah ve 3,7kWh olarak tanımlıyor. Daha sonraki fabrika Li/Li+ versiyonları seri olarak 40 LFP hücresi kullandı ve 128V'luk nominal bara voltajı üretti. Bu geçmiş, 40S LFP mimarisini VX-1 dönüşümü için mantıklı bir başlangıç ​​noktası haline getiriyor ancak her model yılı veya cihaz yazılımı sürümü için otomatik onay anlamına gelmiyor.

Önerilen proje için GBT kese hücresi için ilk tarama verileri 3,2V, 70Ah ve yaklaşık 14,5 × 102 × 376 mm'dir. Proje verileri aynı zamanda 2C sürekli deşarjı ve 5C darbeli deşarjı da göstermektedir. Bu derecelendirmelerin, paket üretim için piyasaya sürülmeden önce tam hücre modeli ve mevcut imzalı veri sayfasıyla karşılaştırılarak onaylanması gerekir.

Mevcut talep düşük şarj durumunda kontrol edilmelidir

10kW'lık bir yük, 128V'ta yaklaşık 78A çeker. 15kW'lık bir yük yaklaşık 117A çeker. Paket voltajı düştükçe akım yükselir ve kablo, konnektör ve kontrolör kayıpları akü talebini artırır. Bu nedenle akım kapasitesi, yalnızca bir laboratuvar tezgahındaki nominal voltajda değil, daha düşük çalışma voltajına yakın bir yerde ve beklenen en yüksek ortam sıcaklığında kontrol edilmelidir.

Bitmiş paket sığmazken ham hücreler sığabilir

Eğer 40 hücre 20'lik iki yığına bölünürse, teorik olarak yalnızca hücreden oluşan zarf kabaca 376 × 290 × 204 mm olur. Yaklaşık 610 × 330 × 222 mm'lik rapor edilen VX-1 pil yuvası zarfıyla karşılaştırıldığında bu umut verici görünüyor. Ancak sıkıştırma plakaları, elektrik yalıtımı, sekme destekleri, baralar, algılama kabloları ve muhafaza toleransları eklenmeden önce kalan yükseklik yalnızca 18 mm civarındadır. Sekme yönü ve hizmet erişimi, bölmenin başka bir yerinde kullanılmayan birimden daha önemli olabilir.

Bu nedenle bir sonraki adım, ölçülen araç geometrisine dayalı bir 3 boyutlu paket düzeni olmalıdır. Hacim hesaplaması, paketin gerçekten monte edilip edilemeyeceğini, kurulabileceğini ve güvenli bir şekilde bakımının yapılıp yapılamayacağını gösteremez.

Menzil kullanılabilir enerjiye göre tahmin edilmelidir

Nominal enerji 8,96kWh'dir, ancak pratik bir tasarım normalde enerjiyi voltaj penceresinin hem üstünde hem de altında saklar. Eğer %85'i kullanılabilir olarak kabul edilirse paket yaklaşık 7,6kWh sağlar. Ortalama 80 Wh/km tüketimde, basit tahmin yaklaşık 95 km'dir; 100Wh/km'de yaklaşık 76km'dir. Hız, sürücü kütlesi, yokuşlar, sıcaklık, lastik basıncı ve rüzgar gerçek sonucu önemli ölçüde etkileyebilir.

BMS seçimi: seri sayısını eşleştirmekten daha fazlası

'40S LFP' işaretli bir BMS, 40S scooter paketi için otomatik olarak uygun değildir. Gerilim değeri, akım sensörleri, kontaktör çıkışları, ön şarj mantığı, dengeleme stratejisi ve iletişim protokolünün tamamının araçla eşleşmesi gerekir.

Traksiyon paketi için BMS aşağıdakiler açısından incelenmelidir:

• Hücre başına aşırı gerilim ve düşük gerilim koruması

• Sürekli deşarj akımı ve zaman sınırlı tepe akımı

• Rejeneratif frenleme dahil şarj akımı

• Temsili sıcak ve soğuk noktalardaki sıcaklık sensörleri

• Kontaktör kontrolü, ön şarj ve arıza kapatma davranışı

• Pasif veya aktif dengeleme akımı

• Şarj cihazı, gösterge paneli veya motor kontrol cihazı ile CAN iletişimi

• Depolama ve düşük sıcaklıkta şarjın kilitlenmesi sırasında uyku akımı

Rejeneratif frenleme özel ilgiyi hak ediyor. Akü dolu veya soğuk olduğunda normal rejenerasyon akımını kabul edemeyebilir. BMS ve kontrol cihazı, BMS yük altında ana kontaktörü açmaya zorlanmadan önce rejenerasyonu azaltmak veya devre dışı bırakmak için koordineli bir yönteme ihtiyaç duyar.

Orijinal scooter şarj cihazı saklanabilir mi?

Bazen, ancak yalnızca davranışı doğrulandıktan sonra. NiMH için tasarlanmış bir şarj cihazının LFP ile çalışacağı varsayılmamalıdır. Benzer nominal gerilimlere sahip iki lityum paketi bile farklı maksimum gerilimler, akım azalması ve sıcaklık kuralları gerektirebilir.

Üç ortak rota vardır:

1. orijinal şarj cihazını yeniden programlayın . Desteklenen ürün yazılımı ve iletişim belgeleri mevcut olduğunda

2. Şarj cihazını yeni kimya, seri sayımı ve BMS iletişimi için tasarlanmış bir üniteyle değiştirin.

3. bağımsız bir şarj cihazı-BMS sistemi kullanın . Aracın gerekli kilitlerini ve ekran işlevlerini korurken

Şarj hedefinin her zaman hücre tarafından izin verilen mutlak maksimuma eşit olması gerekmez. Biraz daha düşük bir üst voltaj faydalı çalışma marjı sağlayabilir ve daha uzun servis ömrünü destekleyebilir ancak seçilen değerin yine de dengeleme ve aracın şarj durumu hesaplamasıyla çalışması gerekir.

Güvenilirliğe karar veren mekanik ve elektriksel ayrıntılar

Pek çok dönüşüm problemi hücrenin dışında başlar. Güvenilir bir scooter paketi, sağlam bir muhafazaya, öngörülebilir hücre sıkıştırmasına, iletken parçalar arasında yalıtıma, her kablo çıkışında gerilim azaltıcıya ve yüksek voltaj ile düşük voltaj kabloları arasında yeterli ayırmaya ihtiyaç duyar.

Tasarım ayrıca şunları içermelidir:

• Paket çıkışına yakın yerleştirilmiş, doğru derecelendirilmiş bir ana sigorta

• Servis bağlantısını kesme veya güvenli bakım prosedürü

• Kontrolör-kapasitör ani akımını sınırlamak için ön şarj direnci

• Yeterli DC gerilimi ve arıza akımı değerlerine sahip kontaktörler

• Akıma, sıcaklık artışına ve titreşime göre tasarlanmış baralar

• Suya, iletken toza ve yol kalıntılarına karşı koruma

• Yalıtılmış sıcak hücreler oluşturmayan termal yollar

• Net polarite, yüksek voltaj ve servis etiketleri

Kese hücreli paket için sıkıştırma, doğaçlama yerine tekdüze ve spesifik olmalıdır. Çok az kısıtlama şişmeye ve sekme yorgunluğuna neden olabilir; çok fazla yerel basınç laminata veya iç katmanlara zarar verebilir.

Scooter pilinin değiştirilmesi için pratik bir iş akışı

Scooter yola dönmeden önce ne test edilmelidir?

En azından prototipin hücre tutarlılığı, kullanılabilir kapasitesi, yüksek akım voltaj düşüşü, bara sıcaklık artışı, izolasyon direnci, BMS eşikleri, kontaktör çalışması ve şarj cihazının kesilmesi açısından kontrol edilmesi gerekir. Araç testleri kontrollü güçte başlamalı ve yavaş yavaş hızlanma, yokuş tırmanma ve rejeneratif frenlemeyi içerecek şekilde genişletilmelidir.

Yararlı bir doğrulama planı aynı zamanda tam şarjda bekletme, düşük şarj durumunda çalışma, pazara uygun sıcak ve soğuk koşullar, anahtarsız depolama akımı ve arıza simülasyonunu da içerir. Amaç sadece scooterı hareket ettirmek değildir. Öngörülebilir hataların kontrollü, kurtarılabilir bir tepkiye yol açmasını sağlamaktır.

GBT 70Ah LFP kese hücresinin sığabileceği yer

70Ah'lik yüksek güçlü bir LFP kese hücresi, muhafazanın uzun, ince hücreleri tercih ettiği büyük scooterlar, elektrikli motosikletler ve hafif EV dönüşümleri için ilginç bir seçenek olabilir. 40S1P'de paralel hücre grupları olmadan yaklaşık 9kWh nominal enerji sunar. Daha düşük sistem voltajlarında aynı kapasite, teslimat scooterlarını, ticari araçları ve günlük döngüye ve sabit güce öncelik veren diğer uygulamaları destekleyebilir.

Doğru seçim hâlâ doğrulanmış hücre özelliklerine ve aracın görev döngüsüne bağlıdır. Mütevazı bir güçle yolculuk yapan bir şehir scooterının, her iki paketi de 70Ah olarak etiketlenmiş olsa bile, uzun yokuşlara tırmanan ağır bir maxi-scooter'dan farklı ihtiyaçları vardır.

Güncel hücre bilgisi için Misen'e bakınız. GBT 3,2V 70Ah LFP kese hücresi ve daha geniş LiFePO4 kese hücre aralığı . Kesin üretim partisi ve paket tasarımı için nihai derecelendirmeler her zaman onaylanmalıdır.

Sık sorulan sorular

Bir scooterın kurşun-asit veya NiMH aküsünü LFP ile değiştirebilir miyim?

Çoğu zaman evet, ancak bu, doğrudan hücre değişiminden ziyade bir sistem dönüşümüdür. Yeni paketin kontrol ünitesinin voltaj penceresine uyması gerekir ve normalde kimyaya özgü bir BMS ve şarj cihazı stratejisine ihtiyaç duyar.

Serideki LFP hücrelerinin sayısını nasıl seçerim?

Kontrolörün izin verdiği minimum ve maksimum akü voltajından geriye doğru çalışın. Hem nominal voltajı hem de tam şarj voltajını kontrol edin; Seri sayısını yalnızca scooter'ın pazarlama voltajından seçmeyin.

Daha yüksek Ah'ye sahip bir akü her zaman daha mı iyidir?

Hayır. Daha fazla kapasite menzili artırabilir ancak aynı zamanda paket boyutunu, ağırlığını, şarj süresini ve arıza enerjisini de değiştirir. Paketin hâlâ mevcut, termal, mekanik ve araç entegrasyonu gereksinimlerini karşılaması gerekiyor.

BMS tek başına motor kontrol cihazını koruyabilir mi?

Hayır. BMS aküyü korurken kontrol cihazı, sigorta, kontaktörler ve ön şarj devresinin her birinin ayrı görevleri vardır. Sınırları ve kapatma davranışları koordine edilmelidir.

Özel bir scooter aküsü teklifi için hangi bilgilere ihtiyaç vardır?

Scooter modelini ve yılını, orijinal akü etiketini, denetleyici ve şarj cihazı etiketlerini, ölçülen akü bölmesi boyutlarını, istenen menzili, araç gücünü, maksimum hızı, sürücü/yük ağırlığını, konektör fotoğraflarını ve beklenen çalışma sıcaklığını sağlayın. CAN veya kablolama dokümantasyonu özellikle yüksek voltajlı scooterlar için kullanışlıdır.

Son düşünceler

En iyi yedek hücre, yalnızca en büyük kapasiteye veya en yüksek C oranına sahip olan hücre değildir. Doğru voltaj penceresi, yeterli akım marjı, gerçekçi mekanik düzen ve koordineli koruma ile eksiksiz bir pakete entegre edilebilen hücredir.

Vectrix VX-1 bu sürecin neden önemli olduğunu gösteriyor. 40S 70Ah LFP paketi elektriksel olarak çekicidir ve nominal enerjide büyük bir artış sunar; ancak şarj cihazı arayüzü, rejeneratif frenleme, paket yüksekliği ve kese hücre sıkıştırması tasarımın pratik olup olmadığına karar verebilir. Aynı disiplinli yaklaşım daha küçük 48V ve 72V scooterlar için de geçerlidir.