إنشاء أ حزمة بطارية مخصصة يتضمن إيجاد التوازن الصحيح بين الأداء والسلامة والالتزام بمعايير الصناعة. فيما يلي تفاصيل الاعتبارات الأساسية، إلى جانب النصائح الداخلية لمساعدة المهندسين ومطوري المنتجات.
تحديد متطلبات الطاقة
عندما يتعلق الأمر باحتياجات الطاقة، فإنها تحدد بشكل أساسي أ جهد البطارية، القدرة، و كثافة الطاقة. إليك ما تحتاج إلى أخذه في الاعتبار:
الأحمال الخاصة بالتطبيقات
التطبيقات المختلفة لها احتياجات مختلفة. على سبيل المثال، تتطلب السيارات الكهربائية كثافة طاقة عالية (فكر في معدلات تفريغ تصل إلى 50 درجة مئوية)، في حين تركز الأجهزة الطبية على الحفاظ على جهد ثابت.
مطابقة الجهد
غالبًا ما تجمع حزم البطاريات المخصصة بين الخلايا في سلسلة أو موازاة الاجهزة. لذلك، قد يستخدم نظام 48 فولت حوالي 13-14 خلية LiFePO4 عند 3.2 فولت لكل منها أو 14 خلية NMC عند 3.7 فولت لكل منها.
تحسين كثافة الطاقة
إذا كنت تهدف إلى تقليل حجم العبوة باستخدام خلايا عالية السعة (تصل إلى 40 أمبير لكل خلية)، فتذكر أنك ستحتاج إلى تقنيات متقدمة الإدارة الحرارية.
الذروة مقابل القوة المستمرة
عالي قفص تعتبر الخلايا (مثل تلك الموجودة عند 50 درجة مئوية) مثالية للطائرات بدون طيار التي تحتاج إلى دفعات سريعة من الطاقة، في حين تعطي أنظمة تخزين الطاقة الأولوية للطاقة الدائمة على دفعات قصيرة.
حساب متطلبات الرسوم
تؤثر معلمات الشحن بشكل كبير على كفاءة الشحن وسلامته. وهنا السبق الصحفي:
بروتوكولات الشحن
بالنسبة لأنظمة الشحن السريع مثل إعدادات 800 فولت، يمكنك نظام إدارة البطارية (BMS) يجب أن يتعامل مع بروتوكولات الاتصال مثل CAN أو SMBus.
معدل الشحن
من المهم ألا تتجاوز ما يمكن لخلاياك التعامل معه، مثل الالتزام بـ 1C لخلايا LiFePO4 أو الاحتفاظ بها عند 0.5C لبعض خلايا NMC.
القيود الحرارية
يولد الشحن السريع المزيد من الحرارة، لذلك يعد استخدام مواد التبريد السائلة أو مواد تغيير الطور أمرًا ضروريًا للحفاظ على درجات حرارة أقل من 45 درجة مئوية.
توفير ميزات السلامة
السلامة أمر ضروري، مع عدم وجود تنازلات. فيما يلي ميزات السلامة الرئيسية التي يجب مراعاتها:
طبقات حماية BMS
- قطع الجهد الزائد/الجهد المنخفض (على سبيل المثال، بحد أقصى 3.65 فولت لـ LiFePO4).
- الكشف السريع عن ماس كهربائى (أقل من 1 مللي ثانية وقت الاستجابة).
- موازنة الخلايا، سواء كانت سلبية أو نشطة، للحفاظ على مستويات الجهد حتى.
الإدارة الحرارية
- التبريد السائل لحزم الطاقة العالية مثل بطاريات السيارات الكهربائية.
- تقنية التسخين الذاتي لضمان التشغيل السلس في البرد.
السلامة الميكانيكية
- حاويات بتصنيف IP67 للحماية من الغبار والماء.
- فتحات الانفجار والمواد المقاومة للهب، مثل المواد البلاستيكية ذات التصنيف UL94 V0.
تصميم المواد & متطلبات الضميمة
تؤثر المواد على متانة المنتجات ووزنها وكفاءتها الحرارية.
للضميمة
- توفر سبائك الألومنيوم القوة بينما تظل خفيفة الوزن.
- تعمل اللدائن الحرارية مثل PA66-GF30 على تعزيز مقاومة الاهتزاز وحجب التداخل الكهرومغناطيسي.
للإدارة الحرارية
تتفوق وسادات السيليكون أو راتنجات الإيبوكسي في تبديد الحرارة.
ولتقليل الوزن، يمكن لراتنجات نوريل التي تنتجها (سابك) أن تجعل العبوات أخف بنسبة 40% من الألومنيوم.
نصيحة احترافية: قبل الانتهاء من تصميمك، استخدم نماذج بالحجم الطبيعي مطبوعة ثلاثية الأبعاد لتقييم قيود المساحة وكفاءة التدفق الحراري.
متطلبات الشهادة
تعد مواكبة الامتثال أمرًا بالغ الأهمية لدخول الأسواق والحماية من الالتزامات. وهنا القائمة المنسدلة:
المعايير العالمية
- UN38.3: يضمن النقل الآمن.
- ISO 12405: يضمن أداء بطارية السيارة الكهربائية.
- UL 2580 (الولايات المتحدة) وCE (الاتحاد الأوروبي): التركيز على السلامة الكهربائية.
الامتثال الإقليمي
- في الهند، يفرض BIS حالات مقاومة للحريق ودرع EMI.
- يركز GB/T 31467 في الصين على الوقاية هارب حراري.
قائمة التدقيق
تأكد من تغطية الشهادات على مستوى الخلية مثل IEC 62133 واختبارات مستوى العبوة مثل فحوصات التكسير والاهتزاز.
خاتمة
تتطلب حزم البطاريات المخصصة نهجًا على مستوى الأنظمة.
- قم بإعطاء الأولوية للسلامة من خلال نظام إدارة المباني القوي والتصميمات الحرارية، وتحسين معلمات الطاقة/الشحن، واختيار المواد التي توازن بين الوزن والمتانة.
- استخدم التقنيات الناشئة مثل إلكتروليتات الحالة الصلبة والبنى المعيارية.
- قم بإشراك مختبرات الاختبار المعتمدة مبكرًا لضمان الامتثال وتجنب عمليات إعادة التصميم المكلفة.
تساعد معالجة هذه العوامل المهندسين على تقديم حزم عالية الأداء تلبي معايير الصناعة.
