Litium-akkupaketin suunnittelu (vaiheittainen--vaiheopas)

A litiumakkupakettion paljon enemmän kuin vain yhteen kytkettyjä soluja. Se on täydellinen energiajärjestelmä, jossa yhdistyvät sähkökemia, koneenrakennus, lämmönsäätö, sähköarkkitehtuuri ja turvallisuusjohtaminen. Litiumakun suunnittelun ymmärtäminen antaa sinulle paremman käsityksen akun valmistusta koskevista standardeista. Tämä opas käy läpi todellisen prosessin, jota seuraamme, kun asiakas tuo meille uuden projektin.

Vaihe 1: Määritä sovelluksen vaatimukset ja rajoitukset

Jokainen onnistunut akkupaketti alkaaselkeät vaatimukset. Ohita tämä vaihe ja maksat siitä myöhemmin uudelleensuunnittelun tai kenttävikojen yhteydessä.

Sinun on lukittava neljä pääaluetta:

• Suorituskykyvaatimukset: jännite, kapasiteetti, jatkuva ja huippuvirta,energiatiheystavoitteet
• Käyttöympäristö: lämpötila-alue, tärinätasot, kosteus,IP-luokitus
• Odotettu käyttöikä:syklien määrätietyssäpurkaussyvyys
• Sääntelyvaatimukset: mitkä sertifikaatit lopputuotteen on läpäistävä

Esimerkiksi sähkötyökalu voi vaatia 10–15 asteen purskeita lyhyitä aikoja, kun taas kodin energian varastointijärjestelmä priorisoi 3000+ sykliä 80 %:n DOD:lla ja alhaisilla kustannuksilla. Sähkömoottoripyörä tarvitsee vahvan tärinänkestävyyden ja vedenpitävyyden, jota paikallaan oleva UPS ei vaadi.

Rakennamme aina ajäljitettävyysmatriisiGEB:ssä. Se yhdistää kaikki vaatimukset tiettyyn suunnittelupäätökseen ja testausmenetelmään. Tästä asiakirjasta tulee erittäin hyödyllinen, kun sertifiointielimet alkavat esittää kysymyksiä.

Vaatimusten täyttäminen heti alussa säästää eniten aikaa ja rahaa.

Vaihe 2: Valitse Optimaalinen solukemia ja -muoto

Kun vaatimukset ovat selvät,solujen valintapäättää melkein kaikesta seuraavasta.

Tässä on käytännön vertailu, jota käytämme päivittäin:

Kun olet valinnut kemian, päätä muotokerroin:

• Sylinterimäiset kennot(18650, 21700, 4680) tarjoavat kypsän tuotannon, hyvän koostumuksen ja vahvan mekaanisen rakenteen, mutta pienemmän pakkaustiheyden.
• Prismaattiset solutmahdollistavat paremman tilankäytön ja yksinkertaisemman moduulikokoonpanon, vaikka ne voivat turvota ja tarvitsevat vahvemmat kotelot.
• Pussisoluttoimittaa korkeimmanenergiatiheysja pienin paino, mutta ne vaativat huolellisinta ulkoista tukea ja turvotuksen hallintaa.

Käytämme vainA-luokan solutvakiintuneilta valmistajilta. Kapasiteetin johdonmukaisuus ja sisäinen vastus ovat tärkeämpiä kuin useimmat ihmiset ymmärtävät. Pienetkin erot aiheuttavat epätasapainoa, joka lyhentää pakkauksen käyttöikää ja luo turvallisuusriskejä.

Solun valintaei ole "parhaan" solun valitsemista. Kyse on oikean kennon valitsemisesta käyttöjaksollesi ja kustannustavoitteellesi.

Vaihe 3: Akun sähkösuunnittelu

Kun solut on valittu, sinun on muutettava niistä käyttökelpoinen jännite ja kapasiteetti alusta.

Sarjaliitäntälisää jännitettä:

V_yhteensä=V_solu × sarjasolujen määrä

Rinnakkaisliitäntälisää kapasiteettia ja virranhallintaa:

Ah_yhteensä=Ah_solu × rinnakkaisten merkkijonojen määrä

Tavallinen 48 V:n energiavarasto käyttää usein 13S- tai 16S-konfiguraatiota invertterin jänniteikkunasta riippuen. Tehokkaat-sovellukset saattavat tarvita 4P:n tai 6P:n pitääkseen virran solua kohti turvallisissa rajoissa.

Yhteysmenetelmällä on merkitystä luotettavuuden kannalta. Vältämme juottamasta kennoja suoraan - lämpö voi vahingoittaa sisäisiä rakenteita ja nostaa sisäistä vastusta ajan myötä.Nikkelinauhan pistehitsaustai kielekkeiden laserhitsaus antaa paljon parempia-pitkän aikavälin tuloksia. Korkeiden-virtapolkujen osalta siirrymme kohteeseenkupariset virtakiskotuseilla yhteyspisteillä hotspottien välttämiseksi.

Kunnollinen eristys korkea-{0}}- ja matalajännitelinjojen- välillä vähentää sähkömagneettisia häiriöitä ja estää ryömintäongelmia.

Sähköarkkitehtuurin on toimitettava tarvittava teho pitäen samalla kosketusresistanssi alhaisena ja virranjako tasapainossa.

Vaihe 4: Integroi akunhallintajärjestelmä (BMS)

BMS on lauman aivot ja vartija.

Sen on seurattava kennojen jännitteitä, lämpötiloja ja virtaa reaaliajassa. Se laskee SOC:n ja SOH:n, suorittaa tasapainotuksen ja aktivoi suojauksen, kun rajat ylittyvät.

Keskeisiä päätöksiä ovat mm.

• Passiivinen tasapainotus(halvempi) vsaktiivinen tasapainotus(tehokkaampi suurille pakkauksille)
• Tiedonsiirtoprotokolla - CAN-väylä autoille, RS485 tai Bluetooth kiinteisiin järjestelmiin
• Nykyinen luokitus ja tuettujen sarjasolujen määrä

Kokemuksemme mukaan hyvä BMS estää 80 % mahdollisista kenttäongelmista. Valitse yksi, jossa on redundanttiset suojapiirit ja nopea oikosulku{2}}vaste. Korkeajännitteisille-järjestelmilleeristyksen valvontaon välttämätöntä.

Älä koskaan pidä BMS:ää jälkiajatuksena. Se on suunniteltava alusta alkaen.

Vaihe 5: Suunnittele lämmönhallintajärjestelmä

Lämpötilansäätö päättää usein, kestääkö pakkaus 5 vai 15 vuotta.

Litiumkennot toimivat parhaiten 25-40 asteen välillä. Yli 5 asteen erot solujen välillä nopeuttavat ikääntymistä. Pikalatauksen tai suuren purkauksen aikana lämmöntuotanto voi nousta useisiin watteihin kennoa kohden.

Yleisiä lähestymistapoja:

• Ilmajäähdytys:yksinkertainen ja edullinen, mutta rajallinen kapasiteetti
• Nestejäähdytys:erinomainen lämmönsiirto, laajalti käytetty sähköautoissa
• Vaiheenmuutosmateriaalit (PCM):passiivinen ja hyvä tasoittaa lämpötilapiikkejä
• Hybridijärjestelmät:yhdistää menetelmiä äärimmäisiin olosuhteisiin

Kylmissä ilmastoissa lisäämme PTC-lämmittimiä tai lämmityskalvoja kennojen saattamiseksi käyttölämpötilaan ennen lataamista.

Suoritamme lämpösimuloinnin projektin alkuvaiheessa. Se auttaa päättämään, riittääkö passiivinen jäähdytys vai onko aktiivinennestejäähdytyson tarpeen. Hyvä lämpörakenne estää lämmön karkaamisen ja pitää suorituskyvyn yhtenäisenä eri vuodenaikoina.

Vaihe 6: Mekaaninen ja rakennesuunnittelu

Nyt lauman täytyy selviytyä todellisista-olosuhteista.

Päätä ajoissa, käytätkö amodulaarinen muotoilutai abrick{0}}tyylipaketti. Modulaarisia malleja on helpompi valmistaa, testata ja korjata. Tiilipakkaukset voivat saavuttaa korkeammanenergiatiheysmutta vaikeuttaa ylläpitoa.

Solujen kiinnittäminen on kriittistä. Käytämme asennossa ja etäisyyksissä muovisia kennopitimiä yhdistettynä huolellisesti levitettyyn kuuma-sulateliimaan tai neutraaliin silikoniin, joka vaimentaa tärinää ilman, että se estää lämmön haihtumista.

Kotelomateriaalit ovat yleensä alumiinia sen lujuus{0}}/-painosuhteen vuoksi tai teräs alhaisempien kustannusten vuoksi kiinteissä sovelluksissa.IP67 tiiviste, paineenalennusaukot ja puristusvyöhykkeet ovat vakiovarusteita{0}}autojen pakkauksissa.

Mekaanisen rakenteen on suojattava soluja tärinältä, iskuilta ja vedeltä samalla kun se mahdollistaa huollettavuuden tarvittaessa.

Vaihe 7: Prototyyppi, testaus ja validointi

Mikään suunnittelu ei ole valmis ennen kuin se on testattu.

Rakennamme kolme prototyyppivaihetta:

• EVT:perustoimintojen tarkistus
• DVT:täydellinen suorituskyky ja ympäristötestaus
• PVT:tuotanto-tarkoitusyksiköt lopullisesta työkalusta

Keskeisiä testejä ovat kapasiteetti ja tehokkuus eri C{0}}-nopeuksilla, lämpökuvaus kuormitettuna hotspottien löytämiseksi,syklin käyttöiän testaus, tärinä ja iskut sekä turvallisuuden väärinkäyttötestit (ylilataus, oikosulku, naulan läpäisy).

Katsomme paketin saapuneenelämän loppukun kapasiteetti laskee 80 prosenttiin alkuperäisestä arvosta määritellyissä olosuhteissa.

Perusteellinen validointi havaitsee ongelmat ennen kuin ne saavuttavat asiakkaat.

Vaihe 8: Sertifiointi ja tuotannon käynnistäminen

Lopuksi pakkauksen on läpäistävä kohdemarkkinoidensa sertifiointi.

Yleisiä vaatimuksia ovat mmUN38.3lähetystä varten,UL 2580taiIEC 62619turvallisuus ja alueelliset standardit, kuten GB 38031 Kiinassa tai UN ECE R100 Euroopassa.

Tuotantopuolella toteutamme kennojen lajittelun, mahdollisuuksien mukaan automaattisen hitsauksen ja linjan-päätetestauksen-. Jäljitettävyys saapuvista soluista valmiisiin pakkauksiin on pakollista autoteollisuudessa ja erittäin luotettavissa{3}}sovelluksissa.

Johtopäätös

Suunnittelu alitiumakkupakettivaatii tasapainottamistasuorituskyky, turvallisuus, kustannukset ja valmistettavuus. Järjestyksellä on väliä:selkeät vaatimuksetensin, sittensolujen valinta, sähköarkkitehtuuri, lämpö- ja mekaaniset järjestelmät, jota seuraa tiukka validointi.

Olemme GEB:llä hioneet tätä prosessia monien vuosien ja satojen projektien aikana. Tarvitsetpa sitten pienen mukautetun pakkauksen prototyyppiin tai tuhansia yksiköitä sarjatuotantoon, perusasiat pysyvät samoina.

Jos työskentelet litiumakkuprojektissa ja haluat kokenutta tukea vaatimusten määrittelystä massatuotantoon, ota rohkeasti yhteyttä suunnittelutiimiimme. Tarkistamme mielellämme tekniset tiedot ja kerromme, mikä on toiminut hyvin vastaavissa sovelluksissa.