Како дизајнирати литијумску батерију (водич-по{1}}корак по корак)

A литијум батеријаје много више од ћелија повезаних заједно. То је комплетан енергетски систем који комбинује електрохемију, машинство, термичку контролу, електричну архитектуру и управљање безбедношћу. Разумевање како је литијум батерија дизајнирана пружиће вам боље разумевање стандарда који регулишу производњу пакета батерија. Овај водич пролази кроз стварни процес који пратимо када нам клијент донесе нови пројекат.

Корак 1: Дефинишите захтеве и ограничења апликације

Свака успешна батерија почиње сајасни захтеви. Прескочите овај корак и платићете га касније у редизајнирању или кваровима на терену.

Морате да закључате четири главне области:

• Потребе за перформансама: напон, капацитет, стална и вршна струја,циљне густине енергије
• Радно окружење: температурни опсег, нивои вибрација, влажност,ИП рејтинг
• Очекивани животни век:број циклусана специфичнимдубина пражњења
• Регулаторни захтеви: које сертификате мора да прође финални производ

На пример, електрични алат може да захтева рафале од 10-15Ц за кратке периоде, док кућни систем за складиштење енергије даје приоритет циклусима 3000+ са 80% ДОД-а и ниском ценом. Електричном мотоциклу је потребна јака отпорност на вибрације и хидроизолација коју стационарни УПС не захтева.

Увек градимо аматрица следљивостиу ГЕБ. Он повезује сваки захтев са специфичном одлуком о дизајну и методом испитивања. Овај документ постаје изузетно користан када сертификациона тела почну да постављају питања.

Испуњавање захтева на самом почетку штеди највише времена и новца.

Корак 2: Изаберите оптималну ћелијску хемију и формат

Када су услови јасни,избор ћелијаодлучује скоро све што следи.

Ево практичног поређења које свакодневно користимо:

Након што одаберете хемију, одлучите о фактору форме:

• Цилиндричне ћелије(18650, 21700, 4680) нуде зрелу производњу, добру конзистенцију и јаку механичку структуру, али нижу густину паковања.
• Призматичне ћелиједају бољу искоришћеност простора и једноставнију монтажу модула, иако могу набубрити и треба им јача кућишта.
• Поуцх ћелиједостави највишегустина енергијеи најмању тежину, али захтевају најпажљивију спољну подршку и контролу отока.

Користимо самоЋелије разреда Аод етаблираних произвођача. Доследност у капацитету и унутрашњи отпор су важнији него што већина људи схвата. Чак и мале разлике стварају неравнотежу која скраћује век паковања и ствара безбедносне ризике.

Избор ћелијене ради се о одабиру "најбоље" ћелије. Ради се о одабиру праве ћелије за ваш специфични радни циклус и циљне трошкове.

Корак 3: Електрични дизајн батерије

Са изабраним ћелијама, потребно је да их претворите у употребљиву платформу напона и капацитета.

Серијска везаповећава напон:

В_укупно=В_ћелија × број ћелија серије

Паралелна везаповећава капацитет и руковање струјом:

Ах_укупно=Ах_ћелија × број паралелних низова

Уобичајени пакет за складиштење енергије од 48 В често користи 13С или 16С конфигурацију у зависности од прозора напона инвертера. Апликацијама велике{4}}е снаге ће можда требати 4П или 6П да би струја по ћелији била у сигурним границама.

Начин повезивања је важан за поузданост. Избегавамо директно лемљење ћелија - јер топлота може да оштети унутрашње структуре и повећа унутрашњи отпор током времена.Тачкасто заваривање траке никлаили ласерско заваривање на језичцима даје далеко боље{0}} дугорочне резултате. За јаке-путеве, прелазимо набакарне сабирницеса више тачака повезивања како би се избегле жаришне тачке.

Одговарајућа изолација између водова високог{0}}и ниског{1}}напона смањује електромагнетне сметње и спречава проблеме пузања.

Електрична архитектура мора да испоручи потребну снагу уз одржавање ниске отпорности контакта и уравнотежене поделе струје.

Корак 4: Интегришите систем управљања батеријом (БМС)

БМС је мозак и чувар чопора.

Мора да прати напон ћелија, температуру и струју у реалном времену. Он израчунава СОЦ и СОХ, врши балансирање и активира заштиту када су границе прекорачене.

Кључне одлуке укључују:

• Пасивно балансирање(јефтиније) наспрамактивно балансирање(ефикасније за велика паковања)
• Комуникациони протокол - ЦАН магистрала за аутомобиле, РС485 или Блуетоотх за стационарне системе
• Тренутна оцена и број подржаних ћелија серије

Према нашем искуству, добар БМС спречава 80% потенцијалних проблема на терену. Изаберите једно са редундантним заштитним колима и брзим кратким{2}}одзивом на струју. За системе високог{4}}напона,праћење изолацијеје суштински.

Никада не третирајте БМС као накнадну мисао. Мора бити дизајниран од почетка.

Корак 5: Дизајнирајте систем управљања топлотом

Контрола температуре често одлучује да ли паковање траје 5 година или 15 година.

Литијумске ћелије најбоље раде између 25 степени и 40 степени. Разлике веће од 5 степени између ћелија убрзавају старење. Током брзог пуњења или великог пражњења, стварање топлоте може достићи неколико вати по ћелији.

Уобичајени приступи:

• Ваздушно хлађење:једноставан и јефтин, али ограничен капацитет
• Течно хлађење:одличан пренос топлоте, који се широко користи у електричним возилима
• Материјали за промену фазе (ПЦМ):пасиван и добар за изглађивање температурних скокова
• Хибридни системи:комбинују методе за екстремне услове

У хладним климатским условима додајемо ПТЦ грејаче или грејне филмове да бисмо ћелије довели до радне температуре пре пуњења.

Термичку симулацију покрећемо на почетку пројекта. Помаже нам да одлучимо да ли је пасивно хлађење довољно или је активнотечно хлађењеје неопходно. Добар термички дизајн спречава губитак топлоте и одржава перформансе доследним током годишњих доба.

Корак 6: Механички и конструкцијски дизајн

Сада чопор треба да преживи стварне-светске услове.

Одлучите рано да ли ћете користити амодуларни дизајнили абрицк{0}}пакет у стилу. Модуларни дизајн је лакши за производњу, тестирање и поправку. Пакети цигле могу постићи вишегустина енергијеали отежавају одржавање.

Фиксација ћелије је критична. Користимо пластичне држаче ћелија за позиционирање и размак, у комбинацији са пажљиво нанешеним лепком за топљење{1}} или неутралним силиконом да апсорбује вибрације без блокирања одвођења топлоте.

Материјали за кућиште се обично своде на алуминијум због односа чврстоће-према-тежини или челик због ниже цене у стационарним применама.ИП67 заптивање, отвори за растерећење притиска и зоне пригњечења су стандардни у аутомобилским{0}}паковањима.

Механички дизајн мора да штити ћелије од вибрација, удара и воде, истовремено омогућавајући употребљивост када је то потребно.

Корак 7: Израда прототипа, тестирање и валидација

Ниједан дизајн није готов док се не тестира.

Градимо три фазе прототипа:

• ЕВТ:основна провера функције
• ДВТ:пуне перформансе и испитивање животне средине
• ПВТ:производне{0}}јединице са намером из финалног алата

Кључни тестови обухватају капацитет и ефикасност при различитим Ц-стопама, термално снимање под оптерећењем за проналажење врућих тачака,испитивање животног циклуса, вибрације и удари, и тестови злоупотребе безбедности (препуњење, кратки спој, продирање ексера).

Сматрамо да је чопор стигаокрај животакада капацитет падне на 80% почетне вредности под дефинисаним условима.

Темељна валидација открива проблеме пре него што стигну до купаца.

Корак 8: Сертификација и покретање производње

Коначно, пакет мора проћи сертификацију за своја циљна тржишта.

Уобичајени захтеви укључујуУН38.3за отпрему,УЛ 2580илиИЕЦ 62619за безбедност и регионалне стандарде као што су ГБ 38031 у Кини или УН ЕЦЕ Р100 у Европи.

На страни производње примењујемо сортирање ћелија, аутоматизовано заваривање где је то могуће и тестирање на крају{0}}-лине. Следљивост од долазних ћелија до готових паковања је обавезна за аутомобилске и{3}}прилике високе поузданости.

Закључак

Дизајнирање алитијум батеријазахтева балансирањеперформансе, безбедност, цена и могућност производње. Редослед је важан:јасни захтевипрво ондаизбор ћелија, електрична архитектура, термички и механички системи, након чега следи ригорозна валидација.

У ГЕБ-у смо усавршавали овај процес током много година и стотина пројеката. Било да вам треба мали прилагођени пакет за прототип или хиљаде јединица за серијску производњу, основе остају исте.

Ако радите на пројекту литијумске батерије и желите искусну подршку од дефинисања захтева до масовне производње, слободно контактирајте наш инжењерски тим. Драго нам је да прегледамо ваше спецификације и поделимо оно што је добро функционисало у сличним апликацијама.