วิธีการออกแบบชุดแบตเตอรี่ลิเธียม (คำแนะนำทีละขั้นตอน-)

A แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นมากกว่าแค่เซลล์ที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน เป็นระบบพลังงานที่สมบูรณ์ที่ผสมผสานเคมีไฟฟ้า วิศวกรรมเครื่องกล การควบคุมความร้อน สถาปัตยกรรมไฟฟ้า และการจัดการความปลอดภัย การทำความเข้าใจวิธีการออกแบบชุดแบตเตอรี่ลิเธียมจะช่วยให้คุณเข้าใจมาตรฐานที่ควบคุมการผลิตชุดแบตเตอรี่ได้ดีขึ้น คู่มือนี้จะอธิบายกระบวนการจริงที่เราปฏิบัติตามเมื่อลูกค้านำเสนอโปรเจ็กต์ใหม่ให้เรา

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดข้อกำหนดและข้อจำกัดของแอปพลิเคชัน

ทุกก้อนแบตเตอรี่ที่ประสบความสำเร็จเริ่มต้นด้วยข้อกำหนดที่ชัดเจน. ข้ามขั้นตอนนี้แล้วคุณจะต้องชำระเงินในภายหลังสำหรับการออกแบบใหม่หรือความล้มเหลวในฟิลด์

คุณต้องล็อคสี่พื้นที่หลัก:

• ความต้องการด้านประสิทธิภาพ: แรงดันไฟฟ้า, ความจุ, กระแสต่อเนื่องและกระแสสูงสุด,เป้าหมายความหนาแน่นของพลังงาน
• สภาพแวดล้อมการทำงาน: ช่วงอุณหภูมิ, ระดับการสั่นสะเทือน, ความชื้น,ระดับ IP
• อายุการใช้งานที่คาดหวัง:นับรอบเฉพาะเจาะจงความลึกของการปล่อย
• ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ: การรับรองใดที่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะต้องผ่าน

ตัวอย่างเช่น เครื่องมือไฟฟ้าอาจต้องการการระเบิดที่ 10-15C ในช่วงเวลาสั้นๆ ในขณะที่ระบบจัดเก็บพลังงานในบ้านจัดลำดับความสำคัญ 3000+ รอบที่ DOD 80% และต้นทุนต่ำ มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าต้องการความต้านทานแรงสั่นสะเทือนและการกันน้ำที่แข็งแกร่งซึ่ง UPS แบบอยู่กับที่ไม่ต้องการ

เรามักจะสร้างเมทริกซ์การตรวจสอบย้อนกลับที่ GEB โดยเชื่อมโยงทุกข้อกำหนดเข้ากับการตัดสินใจออกแบบและวิธีการทดสอบที่เฉพาะเจาะจง เอกสารนี้จะมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อหน่วยรับรองเริ่มถามคำถาม

การได้รับข้อกำหนดที่ถูกต้องตั้งแต่เริ่มต้นช่วยประหยัดเวลาและเงินได้มากที่สุด

ขั้นตอนที่ 2: เลือกเคมีและรูปแบบของเซลล์ที่เหมาะสมที่สุด

เมื่อข้อกำหนดชัดเจนแล้วการเลือกเซลล์ตัดสินใจเกือบทุกอย่างที่ตามมา

นี่คือการเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติที่เราใช้ทุกวัน:

หลังจากเลือกเคมีแล้ว ให้ตัดสินใจเลือกฟอร์มแฟคเตอร์:

• เซลล์ทรงกระบอก(18650, 21700, 4680) ให้การผลิตที่ครบกำหนด ความสม่ำเสมอที่ดี และโครงสร้างทางกลที่แข็งแกร่ง แต่มีความหนาแน่นของการบรรจุต่ำกว่า
• เซลล์ปริซึมให้การใช้พื้นที่ที่ดีขึ้นและการประกอบโมดูลที่ง่ายขึ้น แม้ว่าโมดูลจะขยายได้และต้องการปลอกที่แข็งแรงกว่าก็ตาม
• กระเป๋าเซลล์ส่งมอบสูงสุดความหนาแน่นของพลังงานและน้ำหนักต่ำสุด แต่ต้องการความช่วยเหลือจากภายนอกและการจัดการอาการบวมอย่างระมัดระวังที่สุด

เราใช้เท่านั้นเซลล์เกรดเอจากผู้ผลิตที่จัดตั้งขึ้น ความสม่ำเสมอในความสามารถและการต้านทานภายในมีความสำคัญมากกว่าที่คนส่วนใหญ่ตระหนัก แม้แต่ความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ ก็ทำให้เกิดความไม่สมดุลซึ่งทำให้อายุการใช้งานของบรรจุภัณฑ์สั้นลง และสร้างความเสี่ยงด้านความปลอดภัย

การเลือกเซลล์ไม่ใช่การเลือกเซลล์ที่ "ดีที่สุด" เป็นเรื่องเกี่ยวกับการเลือกเซลล์ที่เหมาะสมสำหรับรอบการทำงานและเป้าหมายต้นทุนเฉพาะของคุณ

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบระบบไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่

เมื่อเลือกเซลล์แล้ว คุณจะต้องเปลี่ยนเซลล์เหล่านั้นให้เป็นแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าและความจุที่ใช้งานได้

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มแรงดันไฟฟ้า:

V_total=V_cell × จำนวนเซลล์อนุกรม

การเชื่อมต่อแบบขนานเพิ่มความจุและการจัดการกระแสไฟ:

Ah_total=Ah_cell × จำนวนสตริงคู่ขนาน

ชุดเก็บพลังงาน 48V ทั่วไปมักใช้การกำหนดค่า 13S หรือ 16S ขึ้นอยู่กับหน้าต่างแรงดันไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ แอปพลิเคชันพลังงานสูง-อาจต้องใช้ 4P หรือ 6P เพื่อรักษากระแสต่อเซลล์ให้อยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัย

วิธีการเชื่อมต่อมีความสำคัญต่อความน่าเชื่อถือ เราหลีกเลี่ยงการบัดกรีเซลล์โดยตรง - ความร้อนสามารถทำลายโครงสร้างภายในและเพิ่มความต้านทานภายในเมื่อเวลาผ่านไปการเชื่อมจุดแถบนิกเกิลหรือการเชื่อมด้วยเลเซอร์บนแท็บให้ผลลัพธ์ระยะยาว-ที่ดีกว่ามาก สำหรับเส้นทางปัจจุบัน-ที่สูง เราย้ายไปที่บัสบาร์ทองแดงมีจุดเชื่อมต่อหลายจุดเพื่อหลีกเลี่ยงฮอตสปอต

ฉนวนที่เหมาะสมระหว่างสาย-ไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ-ช่วยลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและป้องกันปัญหาการคืบคลาน

สถาปัตยกรรมทางไฟฟ้าจะต้องจ่ายพลังงานตามที่ต้องการ ในขณะเดียวกันก็รักษาความต้านทานหน้าสัมผัสให้ต่ำและการแบ่งปันกระแสไฟให้สมดุล

ขั้นตอนที่ 4: รวมระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

BMS คือสมองและผู้พิทักษ์ฝูง

โดยจะต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ และกระแสไฟฟ้าของเซลล์แบบเรียลไทม์ โดยจะคำนวณ SOC และ SOH ดำเนินการปรับสมดุล และเปิดใช้งานการป้องกันเมื่อเกินขีดจำกัด

การตัดสินใจที่สำคัญ ได้แก่ :

• การปรับสมดุลแบบพาสซีฟ(ถูกกว่า) เมื่อเทียบกับการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่(มีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับแพ็คขนาดใหญ่)
• โปรโตคอลการสื่อสาร - CAN บัสสำหรับยานยนต์ RS485 หรือ Bluetooth สำหรับระบบที่อยู่กับที่
• รองรับการให้คะแนนปัจจุบันและจำนวนเซลล์ซีรีส์

จากประสบการณ์ของเรา BMS ที่ดีจะป้องกันปัญหาภาคสนามที่อาจเกิดขึ้นได้ 80% เลือกอันที่มีวงจรป้องกันสำรองและการตอบสนองการลัดวงจร-อย่างรวดเร็ว สำหรับระบบไฟฟ้าแรงสูง-การตรวจสอบการแยกเป็นสิ่งจำเป็น

อย่าปฏิบัติต่อ BMS เป็นเพียงความคิดในภายหลัง จะต้องได้รับการออกแบบตั้งแต่เริ่มต้น

ขั้นตอนที่ 5: ออกแบบระบบการจัดการระบายความร้อน

การควบคุมอุณหภูมิมักจะตัดสินว่าบรรจุภัณฑ์จะมีอายุการใช้งาน 5 ปีหรือ 15 ปี

เซลล์ลิเธียมทำงานได้ดีที่สุดระหว่าง 25 องศาถึง 40 องศา ความแตกต่างระหว่างเซลล์ที่มากกว่า 5 องศาจะเร่งการแก่ชรา ในระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็วหรือการคายประจุที่สูง การสร้างความร้อนอาจสูงถึงหลายวัตต์ต่อเซลล์

แนวทางทั่วไป:

• อากาศเย็น:เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ แต่มีความจุจำกัด
• การระบายความร้อนด้วยของเหลว:ถ่ายเทความร้อนได้ดีเยี่ยม ใช้กันอย่างแพร่หลายใน EV
• วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM):แบบพาสซีฟและดีสำหรับการปรับอุณหภูมิให้เรียบ
• ระบบไฮบริด:รวมวิธีการสำหรับสภาวะที่รุนแรง

ในสภาพอากาศหนาวเย็น เราเพิ่มเครื่องทำความร้อน PTC หรือฟิล์มทำความร้อนเพื่อทำให้เซลล์มีอุณหภูมิในการทำงานก่อนการชาร์จ

เราทำการจำลองความร้อนตั้งแต่เนิ่นๆ ของโครงการ ช่วยให้เราตัดสินใจได้ว่าการระบายความร้อนแบบพาสซีฟเพียงพอหรือเปิดใช้งานอยู่ระบายความร้อนด้วยของเหลวเป็นสิ่งจำเป็น การออกแบบการระบายความร้อนที่ดีช่วยป้องกันการไหลเวียนของความร้อนและรักษาประสิทธิภาพให้สม่ำเสมอตลอดทั้งฤดูกาล

ขั้นตอนที่ 6: การออกแบบเครื่องกลและโครงสร้าง

ตอนนี้ฝูงต้องอยู่รอด-ในสภาวะโลกจริง

ตัดสินใจตั้งแต่เนิ่นๆ ว่าจะใช้กการออกแบบโมดูลาร์หรือกแพ็คสไตล์อิฐ-. การออกแบบแบบโมดูลาร์นั้นง่ายต่อการผลิต ทดสอบ และซ่อมแซม Brick Pack สามารถบรรลุผลที่สูงขึ้นความหนาแน่นของพลังงานแต่ทำให้การดูแลรักษาทำได้ยาก

การตรึงเซลล์เป็นสิ่งสำคัญ เราใช้ที่ยึดเซลล์พลาสติกในการวางตำแหน่งและระยะห่าง รวมกับกาวร้อน-ที่ละลายหรือซิลิโคนที่เป็นกลางอย่างระมัดระวังเพื่อดูดซับแรงสั่นสะเทือนโดยไม่ปิดกั้นการกระจายความร้อน

วัสดุตัวเครื่องมักจะเลือกใช้อะลูมิเนียมเพื่อความแข็งแรง-ต่อ-อัตราส่วนน้ำหนัก หรือเลือกใช้เหล็กกล้าเพื่อลดต้นทุนในการใช้งานแบบอยู่กับที่การปิดผนึก IP67ช่องระบายอากาศระบายแรงดัน และโซนกดทับเป็นมาตรฐานในบรรจุภัณฑ์เกรดยานยนต์-

การออกแบบทางกลต้องปกป้องเซลล์จากการสั่นสะเทือน การกระแทก และน้ำ ขณะเดียวกันก็ให้บริการได้เมื่อจำเป็น

ขั้นตอนที่ 7: การสร้างต้นแบบ การทดสอบ และการตรวจสอบความถูกต้อง

ไม่มีการออกแบบใดเสร็จสมบูรณ์จนกว่าจะได้รับการทดสอบ

เราสร้างขั้นตอนต้นแบบสามขั้นตอน:

• EVT:การตรวจสอบฟังก์ชันพื้นฐาน
• ดีวีที:ประสิทธิภาพเต็มรูปแบบและการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม
• พีวีที:หน่วยความตั้งใจในการผลิต-จากเครื่องมือขั้นสุดท้าย

การทดสอบที่สำคัญประกอบด้วยความจุและประสิทธิภาพที่อัตรา C- ที่แตกต่างกัน การถ่ายภาพความร้อนภายใต้ภาระงานเพื่อค้นหาฮอตสปอตการทดสอบวงจรชีวิตการสั่นสะเทือนและการกระแทก และการทดสอบความปลอดภัยในทางที่ผิด (การชาร์จไฟเกิน การลัดวงจร การเจาะตะปู)

เราถือว่าแพ็คไปถึงแล้วจุดจบของชีวิตเมื่อความจุลดลงเหลือ 80% ของค่าเริ่มต้นภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

การตรวจสอบอย่างละเอียดจะตรวจจับปัญหาก่อนที่จะถึงมือลูกค้า

ขั้นตอนที่ 8: การรับรองและการเปิดตัวการผลิต

สุดท้าย บรรจุภัณฑ์จะต้องผ่านการรับรองสำหรับตลาดเป้าหมาย

ข้อกำหนดทั่วไปได้แก่UN38.3สำหรับการจัดส่งมาตรฐาน UL2580หรือไออีซี 62619เพื่อความปลอดภัยและมาตรฐานระดับภูมิภาค เช่น GB 38031 ในประเทศจีน หรือ UN ECE R100 ในยุโรป

ในด้านการผลิต เราใช้การเรียงลำดับเซลล์ การเชื่อมอัตโนมัติเมื่อเป็นไปได้ และการทดสอบปลาย-ของ-สายการผลิต การตรวจสอบย้อนกลับตั้งแต่เซลล์ขาเข้าไปจนถึงแพ็คสำเร็จรูปเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับยานยนต์และการใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูง-

บทสรุป

การออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมต้องมีความสมดุลประสิทธิภาพ ความปลอดภัย ต้นทุน และความสามารถในการผลิต. คำสั่งซื้อมีความสำคัญ:ข้อกำหนดที่ชัดเจนอันดับแรกแล้วการเลือกเซลล์สถาปัตยกรรมไฟฟ้า ระบบความร้อนและเครื่องกล ตามมาด้วยการตรวจสอบอย่างเข้มงวด

ที่ GEB เราได้ปรับปรุงกระบวนการนี้เป็นเวลาหลายปีและหลายร้อยโครงการ ไม่ว่าคุณจะต้องการแพ็คแบบกำหนดเองขนาดเล็กสำหรับต้นแบบหรือหลายพันหน่วยสำหรับการผลิตเป็นชุด พื้นฐานก็ยังคงเหมือนเดิม

หากคุณกำลังทำงานในโครงการแบตเตอรี่ลิเธียมและต้องการการสนับสนุนที่มีประสบการณ์ตั้งแต่การกำหนดข้อกำหนดไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก โปรดติดต่อทีมวิศวกรของเรา เรายินดีที่จะตรวจสอบข้อกำหนดของคุณและแบ่งปันสิ่งที่ทำงานได้ดีในการใช้งานที่คล้ายคลึงกัน