Пакет проти призматичних чи циліндричних елементів для акумуляторних батарей для електричних мотоциклів: як вибрати

Вибір правильного акумулятора є одним із перших і найважливіших рішень у проекті акумулятора для електричного мотоцикла.

Покупець може почати з простої специфікації, як-от «72 В 40 А·год» або «74 В 45 А·год», але самі по собі напруга та ємність не вказують виробнику акумулятора, який елемент слід використовувати. Потужність двигуна, струм контролера, доступний простір для встановлення, цільова вага, робоча температура та очікуваний термін служби – усе це впливає на остаточний вибір.

Для акумуляторних батарей для електричних мотоциклів зазвичай розглядаються три формати літій-іонних елементів:

• Великоформатні кишені

• Призматичні комірки з жорсткими металевими корпусами

• Циліндричні комірки, такі як 18650, 21700 і 4680

Кожен формат має перевірене застосування. Правильний вибір залежить не від того, який елемент виглядає більш досконалим, а більше від того, наскільки добре він підходить до мотоцикла та його електричного навантаження.

У цьому посібнику пояснюються основні відмінності та використовується акумуляторна батарея NMC 74 В 45 Аг як практичний приклад вибору.

Чому формат клітинки важливий для електричного мотоцикла

Електромотоцикли висувають інші вимоги до акумуляторів, ніж легкові автомобілі чи стаціонарні системи зберігання енергії.

Місце для встановлення обмежено. Вага безпосередньо впливає на керованість і радіус дії. Для прискорення може знадобитися великий викид струму, тоді як підйом або їзда на високій швидкості може тримати акумулятор під великим навантаженням протягом кількох хвилин. Також необхідно враховувати вібрацію на дорозі, вплив води та повторювані зміни температури.

Формат комірки впливає на:

• Вага упаковки та корисна енергія

• Використання простору всередині акумуляторного корпусу

• Можливість безперервного та максимального розряду

• Кількість комірок і електричних з'єднань

• Охолодження і стабільність температури

• Стійкість до вібрації і механічних впливів

• Виробниче обладнання та вартість монтажу

• Стратегія технічного обслуговування та заміни

Таким чином, акумуляторну батарею слід розробляти навколо транспортного засобу, а не просто навколо доступного елемента.

Швидке порівняння трьох форматів комірок

Коефіцієнт вибору	Пакет комірки	Призматична комірка	Циліндрична комірка
Гравіметрична щільність енергії	Зазвичай дуже конкурентоспроможні	Від середнього до високого	Сильно залежить від моделі клітини
Використання простору	Чудово	Добре в звичайному вольєрі	Нижче через проміжки між клітинами
Ємність клітини	Зазвичай від десятків до понад 100 Ач	Зазвичай від десятків до сотень Ач	Зазвичай кілька Ач на комірку
Кількість клітин в пачці	Низький	Низький	Високий
Механічний захист	Має надаватися в упаковці	Жорсткий корпус клітини	Міцний індивідуальний металевий корпус
Висока доступність потужності	Добре підходить для окремих моделей NMC	Залежить від конкретної моделі	Багато перевірених високошвидкісних варіантів
Гнучкість форми упаковки	Високий	Помірний	Високе наскрізне розташування клітин
Робота стільникового зв'язку	Менше, більше з’єднань	Менше, більше з’єднань	Багато дрібних зв'язків
Лікування набряку	Вимагає контрольованого стиснення	Все ще потребує механічного розгляду	Управляється в основному клітинним корпусом
Типова міцність	Мала вага та ефективна упаковка	Жорсткість конструкції і прості модулі	Стандартизація та зрілість виробництва

Таблиця містить лише загальне порівняння. Дві камери однакового формату можуть мати абсолютно різну потужність, цикл і теплові характеристики.

Великоформатні мішечки

У мішечці використовується легка ламінована алюмінієво-пластикова плівка замість товстого сталевого або алюмінієвого корпусу. Це зменшує неактивний пакувальний матеріал і дозволяє використовувати більшу частину ваги упаковки для зберігання енергії.

Для електричного мотоцикла з обмеженим простором акумулятора це може бути великою перевагою.

Чому мішечні клітини добре працюють в електричних мотоциклах

Великі комірки NMC можуть поєднувати велику місткість, малу вагу та потужну вихідну потужність у плоскій прямокутній структурі. Вони особливо привабливі для мотоциклів, де акумулятор повинен поміститися у вузьку раму або компактний корпус під сидінням.

Батарея 45Ah, наприклад, може дозволити зібрати батарею 74V 45Ah у простій конфігурації 20S1P. Потрібно лише 20 клітинок.

Це забезпечує кілька практичних переваг:

• Менше клітинок для перевірки та зіставлення

• Менше послідовних і паралельних з'єднань

• Менше проводів і менше точок зварювання

• Немає необхідності керувати декількома паралельними елементами в кожній групі напруги

• Ефективне використання обмеженого об’єму корпусу

• Великі плоскі поверхні, які можуть контактувати з теплообмінними матеріалами

• Менша вага упаковки порівняно з багатьма альтернативами з жорстким корпусом

Для високопродуктивних мотоциклів зменшення ваги означає не лише збільшення запасу ходу. Більш легкий акумулятор також може покращити баланс автомобіля, прискорення та керованість.

Комірки мішків потребують належної механічної конструкції

Відсутність жорсткої металевої оболонки означає, що структура упаковки повинна захищати клітини.

Добре сконструйована мішечна батарея повинна містити:

• Контрольоване та рівномірно розподілене стиснення клітин

• Допуск на нормальну зміну товщини під час експлуатації

• Ізоляція між вкладками, шинами та корпусом

• Захист від гострих країв і проколів

• Надійне положення від вібрації на дорозі

• Теплові бар'єри або відстань, де це необхідно

• Надійне зварювання лапок

• Міцний зовнішній корпус

Елементи не можна стискати якомога міцніше, а також залишати їх незакріпленими всередині батарейного блоку. Надмірний тиск може пошкодити клітину, тоді як недостатня підтримка може призвести до руху, набряку та напруги на вкладках.

Таким чином, мішечні елементи є сильним вибором, якщо виробник акумуляторів має досвід роботи з компресійними рамами, з’єднаннями та дизайном корпусу.

Призматичні клітини

Призматичні комірки мають жорсткий прямокутний металевий корпус. Як і пакетні елементи, вони доступні у відносно великій ємності, тому акумуляторну батарею можна створити з невеликої кількості елементів.

Для акумулятора 74 В 45 А год відповідний призматичний елемент NMC на 45 А год або 50 А год також може підтримувати конфігурацію 20S1P.

Переваги призматичних клітин

Жорсткий корпус забезпечує механічну підтримку та полегшує розміщення комірок у звичайному прямокутному корпусі. Залежно від конструкції терміналу встановлення шини та збірка модуля також можуть бути простими.

Призматичні клітини можуть бути практичним вибором, коли:

• Батарейний відсік має правильну коробчату форму

• Механічна міцність має пріоритет над мінімальною вагою

• Автомобіль використовується на нерівних дорогах

• Акумулятор встановлюється в вантажний мотоцикл або електротрицикл

• Доступний перевірений елемент із правильною ємністю та швидкістю розряду

• Виробник упаковки вже має сумісний дизайн модуля

Проте металевий корпус додає ваги та займає місце. Розміри призматичного елемента також є менш гнучкими, тому технічно відповідний елемент може не підійти до наявного батарейного відсіку.

Іншою поширеною помилкою є припущення, що кожен автомобільний призматичний елемент підходить для електричного мотоцикла. Деякі великі призматичні комірки NMC призначені в основному для отримання енергії, а не для сильного струму. Їх ємність може виглядати привабливо, але їх допустимий безперервний розряд, продуктивність при низьких температурах або теплові характеристики можуть не відповідати контролеру мотоцикла.

Перед вибором необхідно перевірити таблицю даних і, бажано, незалежне тестування клітин.

Циліндричні клітини

Циліндричні комірки широко використовуються в електричних скутерах, електровелосипедах і мотоциклах. Загальні формати включають 18650 і 21700, тоді як більші циліндричні комірки, такі як 4680, входять у більш мобільні додатки.

Їхній металевий корпус забезпечує хороший індивідуальний механічний захист, а для сортування, розміщення та зварювання клітин доступне сучасне автоматизоване обладнання.

Чому виробники вибирають циліндричні клітини

Циліндричні комірки мають ряд переваг:

• Стандартизовані розміри

• Широка доступність постачальників

• Зріле виробництво великих обсягів

• Хороша механічна міцність

• Багато високошвидкісних варіантів клітин

• Гнучка форма упаковки завдяки різному розміщенню комірок

• Менший вміст енергії в клітині

Менший розмір комірки також може полегшити розподіл струму та тепла між великою кількістю комірок. Якщо правильно спроектувати, циліндричний пакет може забезпечити відмінну потужність.

Компромісом є складність.

Велика батарея електричного мотоцикла може містити сотні циліндричних елементів. Кожна комірка вимагає перевірки, групування та електричного підключення. Тримачі комірок і зазори для охолодження займають простір, а велика кількість зварних швів підвищує важливість узгодженості виробництва.

Наприклад, якщо в акумуляторі 74 В 45 А·год використовуються циліндричні елементи 5 А·год, приблизна конфігурація буде такою:

• 20 комірок в серії

• 9 клітинок паралельно

• 20S9P

• Всього 180 комірок

Якщо вибрано елементи ємністю 4,5 А·год, пакету може знадобитися конфігурація 20S10P із 200 елементами.

Для порівняння, мішок ємністю 45 Ач або призматичний розчин може потребувати лише 20 великоформатних комірок.

Циліндричні комірки добре підходять для високостандартизованих продуктів великого обсягу. Однак для нестандартної батареї малого обсягу інструменти, зварювальні та монтажні роботи можуть зробити дизайн менш привабливим.

Який формат клітинок підходить для різних проектів електричних мотоциклів?

Міські електричні скутери

Циліндричні комірки часто є практичним вибором для стандартизованих міських скутерів, особливо коли обсяг виробництва великий, а вимоги до потужності помірні.

Великі мішечні комірки також можуть бути привабливими, коли виробник бажає більшої місткості в компактному корпусі або меншої кількості паралельних груп.

Високопродуктивні електричні мотоцикли

Великі комірки NMC часто є сильними кандидатами на високопродуктивні мотоцикли, оскільки вони можуть забезпечити корисний баланс щільності енергії, потужності розряду та ефективності упаковки.

Остаточне рішення все ще залежить від фактичного показника розряду елемента. Елемент високої ємності не слід розглядати як елемент високої потужності, якщо його специфікації та дані випробувань не підтверджують необхідний струм.

Вантажні мотоцикли та електричні трицикли

Призматичні клітини можуть бути переважними, якщо простір корпусу регулярний і важлива механічна міцність. Призматичні комірки LFP також зазвичай розглядаються, коли життєвий цикл і термічна стабільність важливіші за мінімальну вагу.

Якщо потрібна хімія NMC, призматичні та мішечні варіанти слід порівняти за продуктивністю розряду, розмірами та вагою упаковки.

Системи змінних батарей

Змінні батареї мають збалансувати енергію, вагу, керованість і механічну міцність.

Циліндричні комірки мають значний рекорд у стандартизованих системах обміну. Пакети можуть покращити використання простору, але корпус батареї та внутрішня опорна конструкція повинні бути розроблені для частого знімання та поводження.

Прототипи та невеликі користувацькі проекти

Пакети великого формату або призматичні комірки можуть зменшити загальну кількість комірок і спростити електричну архітектуру. Це робить їх привабливими для прототипів мотоциклів і нестандартних проектів акумуляторів за умови наявності необхідних з’єднань і механічних процесів.

Приклад: Вибір елементів для акумуляторної батареї електричного мотоцикла 74 В 45 Аг

Припустімо, що клієнт запитує «акумулятор 7445». Перед початком розробки виробник має підтвердити, що це означає 74 В і 45 А·год.

Використовуючи елементи NMC 3,7 В, базова конфігурація буде такою:

• Конфігурація: 20S

• Номінальна напруга: 20 × 3,7 В = 74 В

• Напруга повного заряду: 20 × 4,2 В = 84 В

• Номінальна ємність: 45Ah

• Номінальна енергія: 74V × 45Ah = 3,33kWh

На перший погляд, пакет 20S1P, в якому використовуються акумуляторні батареї ємністю 45 Аг, виглядає просто. Але струм двигуна та контролера визначить, чи підходить вибраний елемент.

Потужність двигуна та струм батареї

Теоретичний струм при номінальній напрузі можна оцінити як:

[
I = rac{P}{V}
]

Це дає такі приблизні значення:

Пікова потужність двигуна	Струм при 74 В
3кВт	41А
5кВт	68A
8кВт	108A
10 кВт	135А

Це спрощені розрахунки номінальної напруги. Фактичний струм батареї може бути вищим, оскільки напруга акумулятора падає на низькому рівні заряду, а контролер, двигун і електропроводка не є ефективними на 100%.

Максимальний струм батареї контролера зазвичай є більш корисним, ніж табличка двигуна при виборі елемента.

Якщо контролер допускає струм батареї 120 А, елемент ємністю 45 Аг повинен підтримувати:

[
120A div 45Ah = 2,67C
]

Елемент, розрахований на безперервний розряд лише 1C, не буде безпечним вибором для цих робочих умов. Потрібна комірка з відповідними показниками постійного струму, імпульсного струму, підвищення температури та падіння напруги.

Варіант 1: 20S1P 45Ah NMC Bauch Elements

Зазвичай це перший варіант для оцінки, коли проект визначає пріоритети:

• Мала вага акумулятора

• Компактні розміри

• Ефективне використання місця установки

• Проста електрична структура 1P

• Висока щільність енергії

• Сильні характеристики прискорення

Елемент все ще має пройти оцінку розряду, температури та циклу життя відповідно до очікуваного робочого профілю.

Варіант 2: призматичні елементи NMC 20S1P 45Ah або 50Ah

Це може бути придатним, коли:

• Корпус великий прямокутної форми

• Додаткова маса клітини прийнятна

• Жорсткість конструкції є пріоритетом

• Обраний призматичний елемент має достатню потужність

• Розміри елемента відповідають батарейному відсіку

Виробник не повинен вибирати призматичний елемент тільки тому, що його металевий корпус виглядає більш безпечним. Хімічний склад клітини, внутрішній дизайн, постійна якість, стратегія BMS, захист від плавлення та поширення тепла важливіші, ніж лише зовнішня форма.

Варіант 3: циліндрична упаковка 20S9P або 20S10P

Це може добре працювати, коли:

• Доступна перевірена високопродуктивна циліндрична комірка

• Виробник має автоматизоване сортувальне та зварювальне обладнання

• Очікується, що конструкція батареї почне стабільне масове виробництво

• Корпус може вмістити більшу кількість комірок і тримачів

• Поточний обмін на рівні клітинки перевірено

Для невеликого індивідуального замовлення велика кількість комірок і складність складання можуть зробити циліндричний варіант менш ефективним.

Інформація, необхідна перед вибором комірки

Перш ніж рекомендувати елемент, відповідальний постачальник акумулятора повинен запитати більше, ніж напруга та ємність.

Особливо важливою є така інформація:

1. Номінальна потужність двигуна та пікова потужність

2. Максимальний струм батареї контролера

3. Необхідний безперервний і піковий струм розряду

4. Тривалість пікового струму

5. Довжина, ширина і висота батарейного відсіку

6. Максимально допустима вага акумулятора

7. Цільова дальність їзди та робоча швидкість

8. Напруга заряду, струм і необхідний час зарядки

9. Регенеративно-гальмівний струм

10. Діапазон робочих температур

11. Дорожні, вібро- та гідроізоляційні умови

12. Вимоги до зв’язку, наприклад CAN або UART

13. Необхідний життєвий цикл

14. Цільовий ринок і вимоги до сертифікації

15. Прототип і обсяги виробництва

Без цієї інформації рекомендація елемента батареї є здебільшого припущенням.

Мішечок, призматичний чи циліндричний: який найкращий?

Універсального переможця немає.

Циліндричні комірки привабливі для стандартизованих акумуляторних блоків великого обсягу та додатків, які отримують переваги від зрілих виробничих процесів. Призматичні комірки мають жорстку структуру та можуть спростити монтаж у звичайному корпусі. Великі пакети особливо цінні, коли важливі мала вага, ефективне пакування, велика місткість і низька кількість клітин.

Для багатьох проектів високопродуктивних електричних мотоциклів на 72 В і 74 В першочергово варто оцінити великі комірки NMC. Конфігурація 20S1P із використанням елементів 40Ah, 45Ah, 50Ah або більших може забезпечити чисту електричну структуру та чудове використання доступного простору.

Рішення все одно має базуватися на вимірюванні продуктивності, а не лише на форматі. Необхідно перевірити ємність, внутрішній опір постійному струму, безперервний струм, імпульсний струм, падіння напруги, підвищення температури, життєвий цикл і механічну інтеграцію.

Рішення для батарей для електричних мотоциклів від Misen

Misen постачає широкоформатні NMC, LFP, напівтверді та інші пакетні елементи для електричних мотоциклів, електричних скутерів, легких електричних транспортних засобів і спеціальних акумуляторних систем. Вибрані варіанти циліндричних і призматичних комірок також доступні для проектів, де ці формати забезпечують кращу технічну відповідність.

Наша команда може допомогти оцінити:

• Хімічний склад і формат клітини

• Послідовна та паралельна конфігурація

• Вимоги до постійного та пікового струму

• Розміри елемента та сумісність із батарейним відсіком

• Узгодження ємності, напруги та внутрішнього опору

• Тестування зразків і валідація проекту

• Вимоги до спеціального акумуляторного модуля та комплекту

Щоб оцінити проект електричного мотоцикла, надішліть нам необхідну напругу, ємність, потужність двигуна, струм контролера та доступні розміри акумуляторного відсіку.

Специфікація на зразок '74V 45Ah' є хорошою відправною точкою. Правильний вибір камери залежить від розуміння того, що повинен робити мотоцикл.