Belangrijkste leerpunten:
- Selectie van celchemie: Heeft invloed op de prestaties, veiligheid, levensduur en kosten; Op lithium gebaseerde chemicaliën bieden een hoge energiedichtheid en een lange levensduur, maar vereisen mogelijk complexe BMS.
- Fysieke eigenschappen: Gewicht, grootte en aantal cellen zijn van invloed op draagbaarheid, ontwerp en kosten; hogere spanningsvereisten kunnen de verpakkingsgrootte vergroten.
- Behuizingsontwerp: Moet geschikt zijn voor celtype, interne componenten en veiligheidscircuits; materiaalkeuze balanceert kosten, sterkte en milieubestendigheid.
- Oppottechnologie: Verbetert het aanpassingsvermogen en de prestaties aan het milieu, maar verhoogt de kosten; rechtvaardigt de kosten door verbeterde duurzaamheid en betrouwbaarheid.
- Slimme batterijpakketten: Bied realtime statusmonitoring en geavanceerde functies zoals ingebouwde laders en monitoring op afstand, maar kan de complexiteit en de kosten verhogen.
- Batterijcertificering: Zorgt voor veiligheid en naleving van de regelgeving, maar brengt extra tests en kosten met zich mee; strategieën omvatten behoefteanalyse en alternatieve oplossingen.
Bij het ontwikkelen van een op maat gemaakt accupakket, de voornaamste zorg zijn vaak de kosten vooraf, aangezien deze uiteindelijk de prijsstelling en de levensvatbaarheid van de markt van het eindproduct beïnvloeden.
Als de kosten van het batterijpakket hoger zijn dan wat de markt bereid is te betalen, zal dit tot lage verkopen leiden. Bovendien, als de initiële investering er niet in slaagt een haalbare ROI aan te tonen, kan de haalbaarheid van het hele project in twijfel worden getrokken.
Daarom is het essentieel om de kostenfactoren van een accupakket te begrijpen. Het kan u helpen de juiste componenten en celchemie te kiezen zonder het budget te overschrijden.
De belangrijkste kostendrijvers zijn onder meer:
- Selectie van celchemie
- Gewicht, grootte en aantal cellen
- Behuizingsontwerp en plaatsing van de batterij
- Slimme batterijpakketfuncties
- Certificeringsvereisten voor batterijen
Het selecteren van de juiste celchemie
De eerste stap bij het maken van een op maat gemaakt accupakket is het kiezen van de geschikte accuchemie. Het heeft rechtstreeks invloed op het vermogen van een batterij om veilig en efficiënt stroom te leveren, wat een impact heeft op de levensduur en de totale kosten.
Overzicht van celchemie
Momenteel zijn de belangrijkste chemische eigenschappen van batterijen nikkel-cadmium (NiCd), nikkel-metaalhydride (NiMH) en op lithiumbasis chemicaliën, zoals lithium-ion (Li-ion) en lithium-polymeer (Li-Po). Elke chemie heeft unieke kenmerken en toepassing.
NiCd-cel
- Spanning: 1,2 V/cel
- Energiedichtheid: laag
- Weerstand tegen overbelasting en overontlading: sterk
- Kosten: laag
- Milieu-impact: bevat cadmium, wat schadelijk is voor het milieu
- Typische toepassing: elektrisch gereedschap, draagbare apparaten, zoals handstofzuigers
NiMH-cel
- Spanning: 1,2 V/cel
- Energiedichtheid: hoger dan NiCd
- Geheugeneffect: geen; geen volledige ontlading nodig
- Kosten: matig
- Typische toepassing: hulpbatterijen voor hybride voertuigen, draagbare elektronische apparaten, bepaald elektrisch speelgoed en modelvliegtuigen
Lithium-ion (Li-ion) cel
- Spanning: 3,6 V/cel of 3,7 V/cel
- Energiedichtheid: zeer hoog
- Levensduur: lang
- Zelfontladingssnelheid: laag
- Typische toepassing: moderne smartphones en tablets, laptops en draagbare werkstations, elektrische voertuigen en hybride auto's, krachtige drones
Lithium-polymeer (Li-Po) cel
- Spanning: 3,7 V/cel
- Energiedichtheid: zeer hoog, doorgaans hoger dan Li-ion
- Aanpasbare vorm: kan worden aangepast aan specifieke behoeften op het gebied van vorm en grootte
- Lichtgewicht: lichter dan li-ion
- Typische toepassingen: op afstand bestuurbare vliegtuigen, elektrische raceauto's en krachtige modelauto's, draagbare apparaten en flexibele elektronische producten
Chemische stabiliteit en duurzaamheid
Houd bij het kiezen van een chemische samenstelling rekening met de chemische stabiliteit en duurzaamheid van de batterij, naast de kosten en het voltage.
Op lithium gebaseerde cellen bieden over het algemeen betere chemicaliën stabiliteit en langere levensduur maar vereisen mogelijk complexere batterijbeheersystemen (GBS) om de veiligheid te garanderen en de prestaties te optimaliseren.
Ter vergelijking: batterijen op nikkelbasis zijn weliswaar chemisch stabiel, maar presteren mogelijk niet zo goed als batterijen op lithiumbasis onder omstandigheden met hoge belasting of hoge temperaturen.
Gewicht, grootte en aantal vereiste cellen
Fysieke kenmerken zoals gewicht en grootte hebben een aanzienlijke invloed op de de totale kosten van het batterijpakket. Het totale gewicht en de grootte van de accu houden niet alleen verband met de draagbaarheid en het ontwerp van het product, maar zijn ook van invloed op het transport productie kosten.
Spanning matching
Verschillende celchemie wordt geleverd met vooraf gedefinieerde spanningen.
Op nikkel gebaseerde cellen bieden bijvoorbeeld doorgaans elk 1,2 V, terwijl lithium-ioncellen ongeveer 3,6 V leveren. Als een toepassing een hogere spanning vereist, kan dit worden bereikt door het aantal batterijen te vergroten in plaats van één enkele hoogspanningsbatterij te selecteren. Deze aanpak kan de kosten enigszins verlagen, maar zal ook het gewicht en de omvang van het batterijpakket vergroten.
Balans tussen ruimte en gewicht
Bij het ontwerpen van een batterijpakket moet u rekening houden met de eventuele ruimtelijke beperkingen.
Als de ruimte beperkt is, kan het nodig zijn om cellen te kiezen met een kleiner volume en een hogere energiedichtheid, wat meestal hogere kosten met zich meebrengt.
Aan de andere kant kan het, als er gewichtsbeperkingen zijn, nodig zijn om lichtere cellen te kiezen, zelfs als dit betekent dat er enige energiedichtheid moet worden opgeofferd.
Behuizingsontwerp en oppottechnologie
Het ontwerp van de behuizing van het batterijpakket en de inkapselingstechnologie zijn een belangrijk aspect bij het garanderen van de veiligheid en stabiele werking van de batterij.
Ze beschermen niet alleen het batterijpakket, maar spelen ook een rol bij het kostenbeheer en de algehele productprestaties. Een goed ontworpen behuizing en pottingschema kan de duurzaamheid en betrouwbaarheid van het batterijpakket verbeteren en zich tegelijkertijd aanpassen aan verschillende toepassingsomgevingen.
Sleutelfactoren bij het ontwerp van behuizingen
Bij het ontwerp van de behuizing van de batterij moet rekening worden gehouden met de volgende belangrijke aspecten:
- Toepassingsruimte: De beschikbare ruimte heeft rechtstreeks invloed op het ontwerp en de grootte van de behuizing.
- Celtype: de keuze tussen cilindrische of prismatische cellen zal de interne structuur en montagemethode van de behuizing beïnvloeden.
- Interne componenten: Naast de batterijen moet de behuizing ook plaats bieden aan beveiligingscircuits, temperatuursensoren, spannings-/stroommonitors en andere interne componenten.
- Veiligheidscircuits: Vooral voor op lithium gebaseerde batterijen zijn veiligheidscircuits nodig om overladen, overmatig ontladen en kortsluiting te voorkomen.
- Materiaalkeuze: Bij de materiaalkeuze voor de behuizing moet een evenwicht worden gevonden tussen de kosten, sterkte, temperatuurbestendigheid en aanpassingsvermogen aan de omgeving.
Materiaalkeuze en kosteneffectiviteit
Metaal versus plastic
Metalen behuizingen bieden een grotere slagvastheid en temperatuurtolerantie, maar zijn duurder. Kunststof behuizingen zijn goedkoper, maar kunnen bij extreme temperaturen verslechteren.
Kunststof materiaalkeuzes
ABS-kunststof is een kosteneffectieve optie, maar kan bij lage temperaturen broos worden. Kunststof behuizingen worden gewoonlijk vervaardigd met behulp van spuitgieten, wat een kostenefficiënte methode is voor massaproductie.
Economische behuizingstechnieken
PVC-krimpverpakking of vacuümgevormd plastic kunnen dienen als budgetvriendelijkere oplossingen, vooral geschikt voor ontwerpen waarbij het batterijpakket in het product is ingebed.
Toepassing van oppottechnologie
Oppottechnologie is een belangrijk middel om het aanpassingsvermogen aan het milieu en de prestaties van het batterijpakket te verbeteren:
- Waterdicht en corrosiebestendig: Voor producten die kunnen worden blootgesteld aan water, oplosmiddelen of corrosieve omgevingen, kan oppotten de nodige bescherming bieden.
- Slag- en trillingsbestendigheid: het batterijpakket, beschermd door inkapselingsmaterialen, is beter bestand tegen externe schokken en trillingen.
- Prestatieoptimalisatie: Oppotten kan het thermische beheer van de batterij verbeteren, waardoor de impact van de temperatuur op de prestaties wordt verminderd.
Kostenoverwegingen voor oppotten
Hoewel de oppottechnologie de prestaties en betrouwbaarheid van accupakketten verbetert, verhoogt dit ook de totale kosten.
Tijdens de ontwerpfase moet worden beoordeeld of de voordelen van oppotten op de lange termijn de kosten op de korte termijn rechtvaardigen.
Overwegingen bij slimme batterijpakketten
Slimme batterijpakketten, geïntegreerd met geavanceerde elektronische apparaten, bieden uitgebreide inzichten en nauwkeurig beheer van de batterijstatus. Deze slimme functies verbeteren niet alleen de prestaties van de batterij, maar verbeteren ook de veiligheid, betrouwbaarheid en gebruikerservaring van het product.
Kernfuncties van slimme batterijpakketten
De kernfuncties van slimme batterijpakketten liggen in hun vermogen om realtime gegevens over de status van de batterij te verstrekken, inclusief maar niet beperkt tot:
- State of Charge (SoC): Geeft het huidige laadniveau van de batterij aan om overladen en ontladen te voorkomen.
- Foutrapportage: Biedt tijdige kennisgeving aan de gebruiker over mogelijke problemen met de batterij, zoals onregelmatigheden in de spanning of hoge temperaturen.
- Bedrijfstemperatuur: bewaakt de temperatuur van de batterij om prestatieverlies of veiligheidsrisico's door oververhitting te voorkomen.
- Runtime: Registreert de gebruikstijd van de batterij, wat helpt bij het voorspellen van vervangingscycli en onderhoudsschema's.
- Stroom- en spanningsstatus: bewaakt de stroom- en spanningsuitgang van de batterij om een stabiele werking van het apparaat te garanderen.
Integratie van functies met toegevoegde waarde
Naast de kernfunctionaliteiten kunnen slimme batterijpakketten functies met toegevoegde waarde integreren om hun toepassingsbereik uit te breiden en de gebruikerservaring te verbeteren. Deze kunnen het volgende omvatten:
- Ingebouwde opladers: maken het direct opladen van de accu mogelijk zonder externe opladers, wat het gebruikersgemak vergroot.
- GPIO-opties (General Purpose Input Output): Bieden interfaces voor communicatie met externe apparaten, waardoor de veelzijdigheid van het batterijpakket wordt vergroot.
- Bewaking op afstand: Hiermee kunnen gebruikers op afstand toegang krijgen tot de batterijstatus en deze beheren via draadloze of bekabelde verbindingen.
- Draadloos opladen: elimineert de noodzaak van bedrading en biedt een flexibelere gebruikerservaring.
- Celbalancering: Zorgt ervoor dat elke cel in de batterij in hetzelfde tempo oplaadt en ontlaadt, waardoor de levensduur van de batterij wordt verlengd.
- Communicatieprotocollen: Zorg ervoor dat de accu gegevens kan uitwisselen met andere systemen of apparaten, waardoor een geavanceerder energiebeheer mogelijk wordt.
Balanceren tussen ontwerp en kosten
Hoewel het integreren van intelligentere functies de prestaties en de gebruikerstevredenheid kan verbeteren, kan het ook leiden tot een grotere ontwerpcomplexiteit en kosten. Bij het ontwerpen van een slim batterijpakket is het vinden van een balans tussen de rijkdom aan functies en kostenefficiëntie cruciaal.
Geavanceerde functies vereisen vaak complexere circuitontwerpen en extra componenten, wat tot hogere kosten kan leiden.
Voordat u functionaliteit toevoegt, voert u een kosten-batenanalyse uit om ervoor te zorgen dat de extra kosten kunnen worden gerechtvaardigd door de verbeterde prestaties of gebruikerservaring.
Certificeringsvereisten voor batterijen
Batterijcertificering, met name voor op lithium gebaseerde batterijen, is een belangrijke stap in de productconformiteit, waardoor de veiligheid van de batterij onder verschillende gebruiks- en transportomstandigheden wordt gegarandeerd.
Overzicht van het certificeringsproces
- Regelgevende vereisten: Internationale regelgevende instanties zoals de Verenigde Naties/Department of Transportation (UN/DOT) schrijven veiligheidscertificering voor lithiumbatterijen voor.
- Testen en kosten: Het certificeringsproces omvat het sturen van batterijmonsters naar testbureaus voor een reeks tests, waaronder tests voor overbelasting, overontlading, kortsluiting en extreme temperaturen, die allemaal extra kosten met zich meebrengen.
Strategieën voor certificeringskostenbeheersing
- Beoordeling van certificeringsbehoeften: Beoordeel in de beginfase van het productontwerp de noodzaak van certificering om onnodige certificeringskosten te voorkomen.
- Onderzoek naar alternatieve oplossingen: Overweeg het gebruik van batterijchemie waarvoor geen certificering vereist is, zoals alkalisch, nikkel-cadmium of nikkel-metaalhydride, om de certificeringskosten te verminderen of te elimineren.
Industriespecifieke overwegingen
Industrieën zoals de medische sector, de luchtvaart en het leger kunnen aanvullende test- en documentatievereisten hebben, zelfs voor niet-lithiumbatterijen, wat tot extra kosten kan leiden.
Conclusie
Bij het ontwikkelen van een op maat gemaakt batterijpakket moet u rekening houden met de chemische samenstelling, fysische eigenschappen, veiligheid en kosteneffectiviteit.
Nauwe samenwerking met ervaren aangepaste batterijfabrikanten kan zorgen voor verstandige beslissingen tijdens het ontwerp- en productieproces, waarbij de optimale balans tussen prestaties en kosten wordt bereikt. Deze strategie verbetert niet alleen de concurrentiepositie van het product op de markt, maar zorgt ook voor productkwaliteit en betrouwbaarheid, waardoor echte waarde wordt geleverd aan de eindgebruiker.
Gerelateerde artikelen:
