نحوه طراحی بسته باتری لیتیومی (راهنمای گام به گام-{1}})

A بسته باتری لیتیومیبسیار بیشتر از سلول هایی است که به هم متصل شده اند. این یک سیستم انرژی کامل است که ترکیبی از الکتروشیمی، مهندسی مکانیک، کنترل حرارتی، معماری الکتریکی و مدیریت ایمنی است. درک نحوه طراحی بسته باتری لیتیومی به شما درک بهتری از استانداردهای حاکم بر تولید بسته باتری می دهد. این راهنما فرآیند واقعی را که وقتی مشتری پروژه جدیدی را برای ما به ارمغان می آورد دنبال می کند.

مرحله 1: الزامات و محدودیت های برنامه را تعریف کنید

هر بسته باتری موفق با شروع می شودالزامات روشن. از این مرحله بگذرید و بعداً هزینه آن را در طراحی مجدد یا خرابی های میدانی پرداخت خواهید کرد.

شما باید چهار قسمت اصلی را قفل کنید:

• نیازهای عملکرد: ولتاژ، ظرفیت، جریان پیوسته و پیک،اهداف چگالی انرژی
• محیط عملیاتی: محدوده دما، سطوح ارتعاش، رطوبت،رتبه بندی IP
• طول عمر مورد انتظار:شمارش چرخهدر خاصعمق تخلیه
• الزامات نظارتی: محصول نهایی باید کدام گواهینامه ها را پاس کند

برای مثال، یک ابزار برقی ممکن است برای دوره‌های کوتاه 10 تا 15 درجه سانتیگراد انفجار داشته باشد، در حالی که یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی خانه چرخه‌های 3000+ را با 80% DOD و هزینه کم اولویت‌بندی می‌کند. یک موتورسیکلت الکتریکی نیاز به مقاومت در برابر لرزش و ضد آب قوی دارد که یک یو پی اس ثابت نیازی به مقاومت ندارد.

ما همیشه یک می سازیمماتریس ردیابیدر GEB هر الزامی را به یک تصمیم طراحی خاص و روش آزمایش مرتبط می کند. این سند زمانی بسیار مفید می شود که نهادهای صدور گواهی شروع به پرسیدن سؤال کنند.

دریافت درست الزامات در ابتدا بیشترین صرفه جویی در زمان و هزینه را دارد.

مرحله 2: شیمی سلولی و فرمت بهینه را انتخاب کنید

پس از مشخص شدن الزامات،انتخاب سلولتقریباً در مورد هر چیزی که در ادامه می آید تصمیم می گیرد.

در اینجا مقایسه عملی است که ما روزانه استفاده می کنیم:

پس از انتخاب رشته شیمی، فاکتور فرم را تعیین کنید:

• سلول های استوانه ای(18650، 21700، 4680) تولید بالغ، قوام خوب و ساختار مکانیکی قوی، اما چگالی بسته بندی کمتر را ارائه می دهد.
• سلول های منشوریاستفاده بهتر از فضا و مونتاژ ساده‌تر ماژول را فراهم می‌کنند، اگرچه می‌توانند متورم شوند و به پوشش‌های محکم‌تری نیاز دارند.
• سلول های کیسه ایبالاترین را ارائه دهدچگالی انرژیو کمترین وزن را دارند، اما نیاز به مراقبت خارجی و مدیریت تورم دارند.

ما فقط استفاده می کنیمسلول های درجه Aاز تولید کنندگان معتبر ثبات در ظرفیت و مقاومت داخلی بیش از آن چیزی است که اکثر مردم متوجه می شوند. حتی تفاوت های کوچک باعث ایجاد عدم تعادل می شود که عمر بسته را کوتاه می کند و خطرات ایمنی ایجاد می کند.

انتخاب سلولدر مورد انتخاب "بهترین" سلول نیست. این در مورد انتخاب سلول مناسب برای چرخه وظیفه خاص و هدف هزینه است.

مرحله 3: طراحی الکتریکی بسته باتری

با انتخاب سلول ها، باید آنها را به یک پلت فرم ولتاژ و ظرفیت قابل استفاده تبدیل کنید.

اتصال سریافزایش ولتاژ:

V_total=V_cell × تعداد سلولهای سری

اتصال موازیظرفیت و جابجایی جریان را افزایش می دهد:

Ah_total=Ah_cell × تعداد رشته های موازی

بسته ذخیره‌سازی انرژی 48 ولتی معمولاً بسته به پنجره ولتاژ اینورتر از پیکربندی 13S یا 16S استفاده می‌کند. برنامه های کاربردی با قدرت{4}بالا ممکن است به 4P یا 6P نیاز داشته باشند تا جریان هر سلول را در محدوده ایمن نگه دارند.

روش اتصال برای قابلیت اطمینان اهمیت دارد. ما از لحیم کاری مستقیم سلول ها اجتناب می کنیم - گرما می تواند به ساختارهای داخلی آسیب برساند و مقاومت داخلی را در طول زمان افزایش دهد.جوش نقطه ای نوار نیکلیا جوشکاری لیزری روی زبانه ها نتایج طولانی مدت-به مراتب بهتری می دهد. برای مسیرهای فعلی-بالا، به سمتشینه های مسیبا چندین نقطه اتصال برای جلوگیری از هات اسپات.

عایق بندی مناسب بین خطوط-ولتاژ بالا و ولتاژ پایین{1}} تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می دهد و از مشکلات خزش جلوگیری می کند.

معماری الکتریکی باید توان مورد نیاز را ارائه دهد و در عین حال مقاومت تماس را کم و اشتراک جریان را متعادل نگه دارد.

مرحله 4: یکپارچه سازی سیستم مدیریت باتری (BMS)

BMS مغز و نگهبان بسته است.

باید ولتاژ، دما و جریان سلول را در زمان واقعی نظارت کند. SOC و SOH را محاسبه می کند، تعادل را انجام می دهد، و حفاظت را در صورت تجاوز از محدودیت ها فعال می کند.

تصمیمات کلیدی عبارتند از:

• تعادل غیرفعال(ارزان تر) در مقابلمتعادل سازی فعال(برای بسته های بزرگ کارآمدتر است)
• پروتکل ارتباطی - CAN bus برای خودرو، RS485 یا بلوتوث برای سیستم های ثابت
• رتبه بندی فعلی و تعداد سلول های سری پشتیبانی می شود

در تجربه ما، یک BMS خوب از 80 درصد مشکلات احتمالی میدانی جلوگیری می کند. یکی را با مدارهای حفاظتی اضافی و پاسخ سریع مدار کوتاه- انتخاب کنید. برای سیستم‌های ولتاژ بالا-نظارت بر جداسازیضروری است.

هرگز BMS را به عنوان یک فکر بعدی تلقی نکنید. باید از ابتدا طراحی شود.

مرحله 5: طراحی سیستم مدیریت حرارتی

کنترل دما اغلب تعیین می کند که یک بسته 5 سال یا 15 سال دوام بیاورد.

سلول های لیتیومی بین 25 تا 40 درجه بهترین عملکرد را دارند. تفاوت بیش از 5 درجه بین سلول ها پیری را تسریع می کند. در طول شارژ سریع یا دشارژ زیاد، تولید گرما می تواند به چندین وات در هر سلول برسد.

رویکردهای رایج:

• خنک کننده هوا:ساده و کم هزینه، اما ظرفیت محدود
• خنک کننده مایع:انتقال حرارت عالی، به طور گسترده در خودروهای الکتریکی استفاده می شود
• مواد تغییر فاز (PCM):منفعل و برای صاف کردن نوک دما خوب است
• سیستم های هیبریدی:ترکیب روش ها برای شرایط شدید

در آب و هوای سرد، بخاری‌های PTC یا فیلم‌های گرمایشی را اضافه می‌کنیم تا سلول‌ها را قبل از شارژ به دمای عملیاتی برسانیم.

ما شبیه سازی حرارتی را در اوایل پروژه اجرا می کنیم. این به ما کمک می کند تصمیم بگیریم که خنک کننده غیرفعال کافی است یا فعال استخنک کننده مایعضروری است. طراحی حرارتی خوب از فرار حرارتی جلوگیری می کند و عملکرد را در طول فصول ثابت نگه می دارد.

مرحله 6: طراحی مکانیکی و سازه ای

اکنون بسته باید در شرایط واقعی-جهان زنده بماند.

زود تصمیم بگیرید که از a استفاده کنید یا خیرطراحی مدولاریا الفبسته سبک آجری-. ساخت، آزمایش و تعمیر طرح های مدولار آسان تر است. بسته های آجری می توانند به بالاتری دست پیدا کنندچگالی انرژیاما تعمیر و نگهداری را دشوار می کند.

تثبیت سلولی حیاتی است. ما از نگهدارنده‌های سلول پلاستیکی برای موقعیت‌یابی و فاصله‌گذاری استفاده می‌کنیم که با چسب ذوب شده با دقت اعمال شده-یا سیلیکون خنثی ترکیب می‌شوند تا لرزش را بدون جلوگیری از اتلاف گرما جذب کنند.

مواد محفظه معمولاً به دلیل نسبت استحکام به وزن-به{1}}آلومینیوم یا برای هزینه کمتر در کاربردهای ثابت به فولاد می رسد.آب بندی IP67، دریچه های کاهش فشار و مناطق خرد کردن در بسته های{0}خودرویی استاندارد هستند.

طراحی مکانیکی باید سلول‌ها را از ارتعاش، ضربه و آب محافظت کند و در عین حال امکان سرویس‌دهی را در صورت نیاز فراهم کند.

مرحله 7: نمونه سازی، آزمایش و اعتبارسنجی

هیچ طرحی تا زمانی که آزمایش نشود کامل نیست.

ما سه مرحله نمونه اولیه را می سازیم:

• EVT:بررسی عملکرد پایه
• DVT:عملکرد کامل و تست محیطی
• PVT:تولید{0}}واحدهای هدف از ابزار نهایی

تست‌های کلیدی شامل ظرفیت و کارایی در نرخ‌های مختلف C، تصویربرداری حرارتی تحت بار برای یافتن نقاط داغ،تست چرخه عمرتست های ارتعاش و شوک و سوء استفاده از ایمنی (شارژ بیش از حد، اتصال کوتاه، نفوذ میخ).

ما یک بسته را رسیده در نظر می گیریمپایان زندگیزمانی که ظرفیت در شرایط تعریف شده به 80 درصد مقدار اولیه کاهش می یابد.

اعتبارسنجی کامل مشکلات را قبل از رسیدن به مشتریان تشخیص می دهد.

مرحله 8: صدور گواهینامه و راه اندازی تولید

در نهایت، بسته باید گواهینامه بازارهای هدف خود را دریافت کند.

الزامات رایج شاملUN38.3برای حمل و نقل،UL 2580یاIEC 62619برای ایمنی و استانداردهای منطقه ای مانند GB 38031 در چین یا UN ECE R100 در اروپا.

در سمت تولید، مرتب‌سازی سلولی، جوشکاری خودکار در صورت امکان، و آزمایش پایان خط را اجرا می‌کنیم. قابلیت ردیابی از سلول‌های ورودی تا بسته‌های نهایی برای خودروها و برنامه‌های{3}}با قابلیت اطمینان بالا الزامی است.

نتیجه گیری

طراحی الفبسته باتری لیتیومینیاز به تعادل داردعملکرد، ایمنی، هزینه و قابلیت ساخت. سفارش مهم است:الزامات روشناول، سپسانتخاب سلول، معماری الکتریکی، سیستم های حرارتی و مکانیکی، به دنبال اعتبارسنجی دقیق.

در GEB ما این فرآیند را طی سال ها و صدها پروژه اصلاح کرده ایم. چه به یک بسته سفارشی کوچک برای یک نمونه اولیه یا هزاران واحد برای تولید سری نیاز داشته باشید، اصول اولیه یکسان می‌مانند.

اگر روی یک پروژه باتری لیتیومی کار می کنید و می خواهید پشتیبانی با تجربه از تعریف نیازمندی ها تا تولید انبوه را داشته باشید، با تیم مهندسی ما تماس بگیرید. ما خوشحالیم که مشخصات شما را بررسی کرده و آنچه را که در برنامه های مشابه به خوبی کار کرده است به اشتراک بگذاریم.