Lithium-Ion Battery Pack Design: Boltahe, Kapasidad, BMS at Runtime

Ang isang lithium-ion na baterya pack ay hindi tinutukoy ng kapasidad lamang. Ang angkop na pack ay dapat maghatid ng kinakailangang boltahe, magbigay ng sapat na magagamit na enerhiya, suportahan ang kasalukuyang pangangailangan ng device, magkasya sa magagamit na espasyo at isama ang mga tamang function ng proteksyon.

Para sa isang proyekto ng OEM, ang disenyo ng battery pack ay nagsasangkot din ng mga desisyon tungkol sa:

• Pagpili ng cell

• Serye at parallel na pagsasaayos

• Nominal na boltahe

• Kapasidad

• Peak at tuloy-tuloy na kasalukuyang

• BMS o PCM

• Paraan ng pagsingil

• Konektor at cable

• Pagsasama-sama ng mekanikal

• Temperatura ng pagpapatakbo

• Inaasahang runtime

• Mga kinakailangan sa pagsubok at produksyon

Maaaring may tamang kapasidad ang isang battery pack ngunit maling boltahe. Maaari itong magbigay ng sapat na enerhiya ngunit mabibigo sa panahon ng peak current demand. Maaaring magkasya ito sa enclosure ngunit kulang sa proteksyon o mga function ng komunikasyon na kinakailangan ng host device.

Ipinapaliwanag ng gabay na ito ang mga pangunahing prinsipyo ng disenyo ng lithium-ion battery pack at ipinapakita kung paano maaaring kumonekta ang mga OEM team sa mga kinakailangan sa elektrikal, mekanikal at system bago lumipat sa detalyadong pag-develop.

Para sa mga komersyal na solusyon sa battery pack, tingnan ang ZERNE's mga pakete ng baterya ng lithium . Ang page ng produkto ay inilaan para sa mga katanungan sa produkto at solusyon, habang ang artikulong ito ay nakatuon sa mga desisyon sa engineering sa likod ng disenyo ng battery pack.

Mabilis na Sagot: Ano ang Dapat Isaalang-alang sa Lithium-Ion Battery Pack Design?

Ang isang lithium-ion battery pack ay dapat na idisenyo sa pamamagitan ng pagtutugma ng mga sumusunod na salik:

1. Kinakailangang operating boltahe

2. Target na kapasidad at magagamit na enerhiya

3. Tuloy-tuloy at peak current

4. Serye at parallel na pagsasaayos ng cell

5. Mga function ng proteksyon ng BMS o PCM

6. Nagcha-charge ng boltahe at nagcha-charge ng kasalukuyang

7. Magagamit na kompartimento ng baterya

8. Mga kinakailangan sa connector at cable

9. Temperatura ng pagpapatakbo at imbakan

10. Kinakailangang runtime

11. Mga pangangailangan sa pagsubok at pagsunod

12. Inaasahang dami ng produksyon

Ang tamang disenyo ay ang nakakatugon sa mga kinakailangan sa elektrikal at mekanikal ng host device habang pinapanatili ang ligtas at nauulit na produksyon.

1. Magsimula Sa Mga Kinakailangan sa Host Device

Ang disenyo ng battery pack ay dapat magsimula sa device, hindi sa modelo ng baterya.

Bago pumili ng mga cell, dapat tukuyin ng OEM team ang:

• Boltahe ng pagpapatakbo ng device

• Pinakamataas na boltahe ng input

• Minimum na operating boltahe

• Patuloy na pangangailangan ng kuryente

• Startup o peak power demand

• Inaasahang oras ng pagpapatakbo

• Paraan ng pagsingil

• Magagamit na espasyo ng baterya

• Konektor at posisyon ng cable

• Temperatura ng pagpapatakbo

• Ikot ng buhay ng produkto

• Inaasahang dami ng produksyon

Dapat suriin ang baterya bilang bahagi ng kumpletong sistema ng kuryente. Ang charger, power-management circuit, motor, controller, display, communication module at iba pang load ay maaaring makaapekto sa detalye ng baterya.

Halimbawa, ang isang aparato ay maaaring kumonsumo lamang ng isang maliit na average na kasalukuyang ngunit nangangailangan ng isang mataas na kasalukuyang pulso kapag ang isang motor ay nagsimula o isang wireless module na nagpapadala. Kung ang average na kapangyarihan lamang ang isinasaalang-alang, ang baterya ay maaaring mukhang angkop ngunit nabigo sa aktwal na operasyon.

Para sa mga kinakailangan ng OEM gaya ng laki, kapasidad, boltahe, BMS at connector, ZERNE's Ang mga custom na solusyon sa baterya ay nagbibigay ng isang nauugnay na komersyal na entry point.

2. Piliin ang Kinakailangang Boltahe ng Baterya

Tinutukoy ng boltahe kung ang baterya ay maaaring gumana sa electrical system ng device.

Para sa maraming karaniwang lithium-ion at lithium-polymer na mga cell, ang karaniwang nominal na boltahe ay humigit-kumulang 3.6 V o 3.7 V, habang ang full-charge na boltahe ay karaniwang nasa paligid ng 4.2 V. Ang eksaktong mga halaga ay nakasalalay sa kimika at detalye ng cell.

Kapag ang mga cell ay konektado sa serye, ang boltahe ay tumataas.

Ang mga halagang ito ay karaniwang mga reference point para sa karaniwang Li-ion o LiPo na mga configuration. Dapat sundin ng aktwal na disenyo ng baterya ang napiling datasheet ng cell at ang mga kinakailangan ng system sa pag-charge.

Ang saklaw ng input ng boltahe ng aparato ay dapat na maingat na suriin. Ang bateryang may label na 7.4 V ay hindi nananatili sa eksaktong 7.4 V sa buong operasyon. Nagbabago ang boltahe nito habang nagcha-charge at naglalabas.

Nominal Voltage at Operating Voltage

Ang mga inhinyero ng OEM ay dapat na makilala sa pagitan ng:

• Nominal na boltahe

• Buong singil na boltahe

• Karaniwang operating boltahe

• Cutoff na boltahe

• Minimum na input ng boltahe ng device

• Pinakamataas na boltahe ng input ng device

Ang isang aparato na tumatanggap lamang ng isang makitid na hanay ng boltahe ay maaaring mangailangan ng isang DC-DC converter, regulator ng boltahe o partikular na diskarte sa pamamahala ng baterya.

Praktikal na Halimbawa: Pagpili ng Baterya para sa 7.4 V na Device

Kung ang isang OEM device ay nangangailangan ng nominal na boltahe ng baterya na humigit-kumulang 7.4 V, ang karaniwang solusyon ay maaaring gumamit ng dalawang 3.7 V na cell sa serye, na kilala bilang isang 2S configuration.

Gayunpaman, dapat pa ring suriin ng koponan ng disenyo ang:

• Kung tinatanggap ng device ang full-charge na boltahe

• Kung sinusuportahan ng charger ang 2S pack

• Kung kailangan ng cell balancing

• Kung sinusuportahan ng BMS ang dalawang serye ng mga cell

• Kung ang aparato ay maaaring gumana sa pinakamababang boltahe ng pack

Para sa isang mas nakatuong paghahambing ng mga serye at parallel na pagsasaayos, tingnan Serye vs. Parallel Battery Pack.

3. Tukuyin ang Kinakailangang Kapasidad

Ang kapasidad ay naglalarawan kung gaano karaming elektrikal na singil ang maiimbak ng baterya at karaniwang ipinahayag sa milliamp-hours o amp-hours.

Gayunpaman, ang kapasidad lamang ay hindi ganap na naglalarawan ng magagamit na enerhiya. Ang enerhiya ay nakasalalay sa parehong boltahe at kapasidad.

Ang pangunahing relasyon ay:

Enerhiya sa watt-hours = Boltahe sa volts × Kapasidad sa amp-hours

Halimbawa:

• 3.7 V × 1 Ah = 3.7 Wh

• 7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

• 14.8 V × 3 Ah = 44.4 Wh

Kapag naghahambing ng iba't ibang configuration ng baterya, ang watt-hour ay kadalasang mas kapaki-pakinabang kaysa milliamp-hours dahil maaaring iba ang boltahe.

Halimbawa Sa 3.7 V, 1000 mAh Cells

Ipagpalagay na ang bawat cell ay mayroong:

• Nominal na boltahe: 3.7 V

• Kapasidad: 1000 mAh o 1 Ah

Ang iba't ibang mga pagsasaayos ay gumagawa ng iba't ibang mga resulta:

Ang mga koneksyon sa serye ay nagpapataas ng boltahe. Ang mga parallel na koneksyon ay nagdaragdag ng kapasidad. Ang isang serye-parallel na pagsasaayos ay maaaring tumaas pareho.

Ang detalyadong pagkalkula ng bilang ng cell, koneksyon ng serye at parallel na koneksyon ay dapat pangasiwaan Paano Kalkulahin ang Kapasidad ng Pack ng Baterya ng Lithium-Ion.

4. Tugma ang Continuous at Peak Current

Ang isang baterya pack ay dapat magbigay ng sapat na kasalukuyang para sa parehong normal na operasyon at pansamantalang peak demand.

Dapat tukuyin ng mga mamimili ng OEM ang:

• Average na kasalukuyang operating

• Patuloy na kasalukuyang

• Pinakamataas na kasalukuyang

• Ang tagal ng peak

• Kasalukuyang startup

• Duty cycle

• Pinakamababang boltahe ng baterya sa panahon ng peak load

Ang cell ng baterya, BMS, mga wire, welding point at connector ay dapat lahat ay sumusuporta sa kinakailangang kasalukuyang. Maaaring naglalaman ang isang pack ng sapat na nakaimbak na enerhiya ngunit mabibigo pa rin kung hindi masuportahan ng daanan ng paglabas nito ang kasalukuyang pangangailangan ng device.

Patuloy na Kasalukuyan

Ang patuloy na kasalukuyang ay ang kasalukuyang dapat ihatid ng baterya sa panahon ng normal na operasyon. Nakakaapekto ito sa pagpili ng cell, laki ng konduktor, rating ng BMS at disenyo ng thermal.

Peak Current

Ang peak current ay maaaring mangyari sa panahon ng:

• Startup ng motor

• Wireless transmission

• Pag-init

• Pagpapatakbo ng bomba

• Pag-activate ng ilaw

• Mabilis na aktibidad ng processor

• Pansamantalang high-power na output

Ang tagal ng peak ay mahalaga. Ang isang baterya na sumusuporta sa isang maikling pulso ay maaaring hindi sumusuporta sa parehong kasalukuyang patuloy.

Kasalukuyan at Kapangyarihang Relasyon

Kapag nalaman ang kapangyarihan ng device, maaaring matantya ang kasalukuyang gamit ang:

Kasalukuyan = Power ÷ Boltahe

Halimbawa, ang 20 W load na ibinibigay ng 7.4 V na baterya ay mangangailangan ng humigit-kumulang:

20 W ÷ 7.4 V ≈ 2.7 A

Dapat ding isaalang-alang ng aktwal na disenyo ang mga pagkalugi ng conversion, pagkakaiba-iba ng boltahe, peak demand at temperatura.

5. Piliin ang Series at Parallel Configuration

Tinutukoy ng series-parallel configuration ang electrical structure ng battery pack.

Koneksyon ng Serye

Ang mga cell na konektado sa serye ay nagdaragdag ng boltahe habang ang kapasidad ng amp-hour ay nananatiling humigit-kumulang katumbas ng sa isang cell.

Ang isang 2S1P pack na ginawa mula sa 3.7 V, 1000 mAh na mga cell ay nagbibigay ng humigit-kumulang:

• 7.4 V nominal na boltahe

• 1000 mAh na kapasidad

Parallel na Koneksyon

Ang mga cell na konektado sa magkatulad na pagtaas ng kapasidad at kasalukuyang kakayahan habang ang boltahe ay nananatiling humigit-kumulang katumbas ng boltahe ng isang cell.

Ang isang 1S2P pack na ginawa mula sa parehong mga cell ay nagbibigay ng humigit-kumulang:

• 3.7 V nominal na boltahe

• 2000 mAh na kapasidad

Serye-Parallel na Koneksyon

Ang isang 2S2P pack ay nagbibigay ng humigit-kumulang:

• 7.4 V nominal na boltahe

• 2000 mAh na kapasidad

Ang disenyo ay dapat ding isaalang-alang:

• Pagtutugma ng cell

• Pagbabalanse

• Proteksyon

• Welding o paraan ng koneksyon

• Mga sukat ng pack

• Pagbuo ng init

• Arkitektura ng BMS

Ang prinsipyo ay simple, ngunit ang huling disenyo ay dapat suriin laban sa aktwal na aparato at proseso ng produksyon. Ang artikulo Nagbibigay ang Series vs. Parallel Battery Packs ng mas makitid na paghahambing.

6. Piliin ang Tamang Format ng Cell at Marka ng Pagganap

Ang pisikal at elektrikal na katangian ng cell ay nakakaapekto sa kumpletong disenyo ng pack.

Kasama sa mahahalagang parameter ng cell ang:

• Format ng cell

• Mga sukat

• Nominal na kapasidad

• Rate ng paglabas

• Panloob na pagtutol

• Pagganap ng ikot

• Temperatura ng pagpapatakbo

• Mga kundisyon sa pag-charge

• Timbang

• Availability

• Pagkakapare-pareho ng produksyon

Maaaring suportahan ng mga pouch cell ang mga manipis o hugis na disenyo. Ang mga cylindrical na cell ay maaaring mag-alok ng mga standardized na sukat at mekanikal na pagkakapare-pareho. Ang pinakamahusay na format ay nakasalalay sa host device at kinakailangang pagganap.

Ang pagpili ng cell ay hindi dapat nakabatay sa kapasidad lamang. Ang isang cell na may mas mataas na kapasidad ay maaaring hindi angkop kung hindi ito makapagbigay ng kinakailangang kasalukuyang o magkasya sa magagamit na espasyo.

Para sa isang tiyak na paghahambing ng mga cylindrical na format ng cell, tingnan ang 26650 vs. 18650 Baterya: Sukat, Boltahe at Kapasidad.

Pagtutugma ng Cell

Para sa mga multi-cell pack, dapat itugma ang mga cell ayon sa mga nauugnay na parameter gaya ng:

• Kapasidad

• Boltahe

• Panloob na pagtutol

• Batch ng produksyon

• Kalagayan ng pagtanda

Ang hindi pagkakapare-pareho ng cell ay maaaring makaapekto sa pagbabalanse, magagamit na kapasidad, temperatura at buhay ng serbisyo. Ang isang detalyadong pagtalakay sa isyung ito ay makukuha sa Bakit Nagiging Pabagu-bago ang Mga Lithium-Ion Battery Pack at Ano ang Dapat Gawin.

7. Magpasya Kung Kailangan ng Pack ng PCM o BMS

Ang mga electronic na proteksyon ay isang mahalagang bahagi ng karamihan sa mga rechargeable na lithium battery pack.

PCM

Ang isang module ng circuit ng proteksyon ay maaaring angkop para sa isang mas simpleng pagsasaayos ng baterya. Maaari itong magbigay ng mga pangunahing pag-andar tulad ng:

• Proteksyon sa sobrang bayad

• Proteksyon sa sobrang paglabas

• Proteksyon ng overcurrent

• Proteksyon ng short-circuit

BMS

Maaaring kailanganin ang isang mas advanced na sistema ng pamamahala ng baterya kapag ang pack ay may kasamang maraming cell o nangangailangan ng karagdagang kontrol at mga function ng komunikasyon.

Maaaring suportahan ng isang BMS ang:

• Pagsubaybay sa boltahe ng cell

• Pagbalanse ng cell

• Kasalukuyang pagsubaybay

• Pagsubaybay sa temperatura

• State-of-charge na pagtatantya

• Pagtuklas ng pagkakamali

• Komunikasyon sa host device

• Kontrol sa pag-charge at pagdiskarga

• Pag-record ng kaganapan o pagkakamali

Kailan Mas Angkop ang BMS?

Ang isang BMS ay karaniwang mas may kaugnayan kapag:

• Ang baterya ay naglalaman ng maraming mga cell sa serye

• Kinakailangan ang pagbabalanse ng cell

• Ang aparato ay nangangailangan ng impormasyon ng katayuan ng baterya

• Gumagana ang baterya sa ilalim ng mataas na kasalukuyang

• Ang application ay nangangailangan ng detalyadong pagsubaybay sa kasalanan

• Nakikipag-ugnayan ang host device sa baterya

• Ang proyekto ay nangangailangan ng isang matalinong pag-andar ng baterya

Dapat tukuyin ng disenyo ang mga kinakailangan ng BMS bago gawin ang prototype. Ang pagbabago mula sa isang pangunahing board ng proteksyon sa isang matalinong BMS sa ibang pagkakataon ay maaaring makaapekto sa mga sukat ng baterya, connector, firmware, pagsubok at gastos.

Para sa karagdagang background kung paano naaapektuhan ng pamamahala ng baterya ang status ng pag-charge at gawi ng baterya, tingnan ang Bakit Ang Huling 1 Porsiyento ng Iyong Lithium-Ion na Baterya ay Mas Mananatili kaysa Inaakala Mo.

8. Tantyahin ang Runtime ng Baterya

Ang oras ng pagpapatakbo ay nakasalalay sa magagamit na enerhiya ng baterya at ang aktwal na pangangailangan ng kuryente ng device.

Ang pangunahing pagtatantya ay:

Tinantyang runtime = Enerhiya ng baterya × kahusayang magagamit ÷ kapangyarihan ng device

Para sa bateryang tinukoy sa boltahe at kapasidad:

Enerhiya ng baterya = Nominal na boltahe × Kapasidad sa amp-hours

Halimbawa ng Runtime

Ipagpalagay na:

• Pack ng baterya: 7.4 V, 2000 mAh

• Nominal na enerhiya: 7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

• Tinantyang magagamit na kahusayan ng system: 85%

• Power ng device: 5 W

Nagagamit na enerhiya:

14.8 Wh × 0.85 = 12.58 Wh

Tinantyang runtime:

12.58 Wh ÷ 5 W ≈ 2.5 oras

Ito ay isang pagtatantya ng engineering, hindi isang garantisadong oras ng pagpapatakbo.

Ang aktwal na runtime ay maaaring maapektuhan ng:

• Variable na pag-load ng device

• Ang kahusayan ng conversion ng boltahe

• Mga setting ng cutoff ng baterya

• Temperatura

• Edad ng baterya

• Rate ng paglabas

• Paglaban ng cell

• Mga limitasyon sa proteksyon ng BMS

• Naka-standby na pagkonsumo ng device

Para sa kumpletong paraan ng pagkalkula ng runtime, tingnan Paano Kalkulahin ang Runtime para sa Lithium Battery Pack.

9. Suriin ang Mechanical Integration

Ang pagganap ng elektrikal ay isang bahagi lamang ng disenyo ng pack ng baterya. Dapat ding ligtas na magkasya ang baterya sa produkto ng host.

Ang disenyo ay dapat tukuyin:

• Pinakamataas na haba

• Pinakamataas na lapad

• Pinakamataas na kapal

• Direksyon ng pag-install

• Paraan ng pag-mount

• Access sa connector

• Paglabas ng cable

• Mga limitasyon sa compression

• Pagkalantad sa vibration

• Mga pinagmumulan ng init

• Mga kinakailangan sa serbisyo at pagpapalit

Ang isang pouch na baterya ay hindi dapat i-compress sa pamamagitan ng matutulis na mga gilid o puro pressure. Ang isang cylindrical pack ay maaaring mangailangan ng mga may hawak, spacer o proteksyon sa istruktura. Dapat isaalang-alang ng kompartimento ng baterya ang mga pagpapaubaya sa pagmamanupaktura at ang inaasahang kapaligiran sa pagpapatakbo.

Ang detalyadong disenyo ng kompartimento, clearance, init at mga allowance sa pamamaga ay hiwalay na sakop LiPo Battery Compartment Design: Clearance at Pamamaga.

Sa artikulong ito, ang pangunahing prinsipyo ng disenyo ay:

Ang kompartimento ng baterya ay dapat na idinisenyo kasama ang pack ng baterya, hindi pagkatapos na mapili ang baterya.

10. Tukuyin ang Mga Kinakailangan sa Connector at Cable

Ang connector at cable ay bahagi ng interface ng baterya.

Dapat tukuyin ng mga koponan ng OEM ang:

• Uri ng connector

• Bilang ng mga pin

• Kasalukuyang rating

• Rating ng boltahe

• Polarity

• Paraan ng pag-lock

• Haba ng cable

• Wire gauge

• Posisyon ng wire-exit

• Pagpapaginhawa ng pilay

• Space para sa pag-install

• Mga kinakailangang linya ng signal o komunikasyon

Maaaring iba ang power connector sa communication connector. Ang isang matalinong BMS ay maaaring mangailangan ng mga karagdagang signal pin para sa komunikasyon ng data, temperatura sensing o pagkakakilanlan.

Ang pagpili ng connector ay dapat ding isaalang-alang ang pagpupulong, mga ikot ng pagsasama, panginginig ng boses at pagpapanatili ng field.

Ang detalyadong pagpili ng connector ay nasa labas ng saklaw ng pangkalahatang-ideya ng disenyo na ito at ito ay tinutugunan Paano Pumili ng Konektor para sa Custom na Lithium Battery Pack.

11. Isaalang-alang ang Mga Kinakailangan sa Pagsingil

Ang battery pack ay dapat na tugma sa charger at charging system.

Dapat tukuyin ng mga mamimili ng OEM ang:

• Nagcha-charge ng boltahe

• Kasalukuyang nagcha-charge

• Oras ng pag-charge

• Paraan ng pagsingil

• Pagpapahintulot sa output ng charger

• Mga limitasyon sa temperatura

• Paraan ng pagwawakas ng singil

• Mga kinakailangan sa pagbabalanse

• Naka-charge man ang baterya sa loob o labas ng device

Ang isang 2S battery pack ay hindi maaaring singilin gamit ang isang charger na idinisenyo para sa isang cell. Ang sistema ng pagsingil ay dapat tumugma sa pagsasaayos ng pack at sa mga elektronikong proteksyon.

Ang BMS o PCM ay dapat ding tugma sa mga kondisyon ng pagpapatakbo ng charger. Ang gawi sa pag-charge ay maaaring makaapekto sa buhay ng baterya, temperatura at kaligtasan, kaya dapat itong masuri gamit ang aktwal na device at charger.

12. Bumuo ng Kumpletong Desenyo ng Baterya

Bago humiling ng prototype, dapat pagsamahin ng OEM team ang mga kinakailangan sa elektrikal, mekanikal at interface sa isang kinokontrol na detalye.

Ang isang kapaki-pakinabang na detalye ay dapat kasama ang:

Binabawasan ng isang detalyadong pakete ng kinakailangan ang mga muling pagdidisenyo at ginagawang mas madaling ihambing ang mga quote ng supplier.

13. Nagtrabahong OEM Halimbawa: Pagdidisenyo ng 7.4 V Battery Pack

Ipagpalagay na ang isang OEM device ay nangangailangan ng:

• Nominal na boltahe: humigit-kumulang 7.4 V

• Target na kapasidad: 2000 mAh

• Average na kapangyarihan: 5 W

• Peak current: mas mataas kaysa sa normal na operating kasalukuyang

• Compact na hugis-parihaba na espasyo sa pag-install

• Rechargeable na operasyon

• Pagsubaybay sa katayuan ng baterya

Ang isang posibleng paunang direksyon ng disenyo ay maaaring:

• Dalawang cell sa serye para sa isang 2S configuration

• Dalawang parallel cell path para sa kinakailangang kapasidad

• Isang BMS na may cell balancing

• Pagsubaybay sa temperatura

• Isang custom na connector

• Isang pack na idinisenyo sa paligid ng enclosure ng host-device

• Runtime na pag-verify sa ilalim ng aktwal na 5 W load

Ang paggamit ng dalawang 1000 mAh na cell na magkaparehas para sa bawat pangkat ng serye ay gumagawa ng tinatayang 7.4 V, 2000 mAh na pack.

Ang nominal na enerhiya ay:

7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Gamit ang tinatayang 85% na kahusayan ng system, ang inaasahang magagamit na enerhiya ay humigit-kumulang:

14.8 Wh × 0.85 = 12.58 Wh

Sa tuloy-tuloy na 5 W load, ang paunang pagtatantya ng runtime ay tinatayang:

12.58 Wh ÷ 5 W = 2.5 oras

Bago ang pag-apruba, dapat pa ring i-verify ng design team:

• Aktwal na kasalukuyang demand

• Pinakamataas na kasalukuyang tugon

• Pagkatugma ng charger

• Mga setting ng BMS

• Thermal na pag-uugali

• Mechanical fit

• Pagiging maaasahan ng connector

• Runtime sa ilalim ng mga tunay na kondisyon ng device

Ang halimbawang ito ay naglalarawan ng lohika ng disenyo. Hindi nito dapat palitan ang isang pagsusuri sa engineering ng baterya na partikular sa application.

Mga Karaniwang Mali sa Disenyo ng Lithium-Ion Battery Pack

Pagpili ng Kapasidad Bago Suriin ang Boltahe

Ang baterya na may sapat na mAh ay maaaring hindi pa rin tugma sa device kung mali ang saklaw ng boltahe nito.

Gamit ang Average Current Lamang

Ang peak demand ay maaaring magdulot ng pagbaba ng boltahe, BMS cutoff o pag-init ng connector kahit na ang average na pagkonsumo ay mukhang katanggap-tanggap.

Tinatrato ang Nominal Voltage bilang Constant

Ang boltahe ng baterya ay nagbabago habang nagcha-charge at naglalabas. Dapat tiisin ng device ang kumpletong hanay ng pagpapatakbo.

Masyadong Huli ang Pagpili ng BMS

Ang mga sukat ng BMS, mga kable, komunikasyon at pagsubok ay maaaring makaapekto sa buong disenyo ng pack.

Hindi pinapansin ang Mechanical Constraints

Ang isang baterya na gumagana nang de-koryente ay maaaring hindi magkasya sa enclosure o maaaring makaranas ng nakakapinsalang compression.

Ipagpalagay na ang Runtime ay Katumbas ng Rated Capacity

Ang na-rate na kapasidad ay hindi katumbas ng magagamit na enerhiya sa ilalim ng bawat kondisyon ng pagkarga at temperatura.

Paghahambing ng mga Pack ayon lamang sa Kapasidad

Maaaring magkaiba ang dalawang pack na may parehong kapasidad sa kalidad ng cell, kakayahan sa paglabas, mga function ng BMS, dimensyon at pagsubok.

Checklist ng Disenyo ng Lithium-Ion Battery Pack

Bago aprubahan ang isang disenyo, kumpirmahin:

• Tinukoy ang saklaw ng boltahe ng device

• Natukoy ang nominal, minimum at maximum na boltahe ng baterya

• Natutukoy ang kapasidad at magagamit na enerhiya

• Ang patuloy at peak current ay kilala

• Pinili ang serye at parallel na configuration

• Natukoy ang modelo ng cell at grado ng pagganap

• Tinukoy ang mga kinakailangan sa pagtutugma ng cell

• Tinukoy ang mga function ng PCM o BMS

• Nakumpirma ang mga kundisyon sa pag-charge

• Ang mga sukat ng baterya ay kinokontrol

• Nakadokumento ang mga kinakailangan sa connector at cable

• Ang temperatura ng pagpapatakbo ay tinukoy

• Nakasaad ang target ng runtime

• Ang pagsubok sa pagsasama ng host-device ay pinlano

• Ang pamantayan sa pag-apruba ng prototype ay tinukoy

• Nauunawaan ang mga kinakailangan sa produksyon at pagkontrol sa pagbabago

Para sa mas malawak na pamantayan sa pagbili ng OEM, tingnan Paano Pumili ng Rechargeable Lithium-Ion Battery Pack para sa isang OEM Device.

FAQ

Ano ang pinakamahalagang salik sa disenyo ng pack ng baterya ng lithium-ion?

Ang pinakamahalagang salik ay ang pagtutugma ng baterya sa kumpletong mga kinakailangan sa elektrikal at mekanikal ng host device. Ang boltahe, kapasidad, kasalukuyang, BMS, mga dimensyon at pagsingil ay dapat na masuri nang magkasama.

Paano ko kalkulahin ang enerhiya ng isang lithium-ion battery pack?

I-multiply ang nominal na boltahe sa kapasidad sa amp-hours. Halimbawa, ang isang 7.4 V, 2 Ah na battery pack ay may humigit-kumulang 14.8 Wh ng nominal na enerhiya.

Ang pagkonekta ng mga cell sa serye ay nagdaragdag ng kapasidad?

Hindi. Pangunahing pinapataas ng mga koneksyon sa serye ang boltahe. Ang mga parallel na koneksyon ay nagpapataas ng kapasidad at kasalukuyang kakayahan. Ang isang serye-parallel na pagsasaayos ay maaaring tumaas ang parehong boltahe at kapasidad.

Kailangan ba ng bawat lithium battery pack ng BMS?

Ang kinakailangang sistema ng proteksyon ay nakasalalay sa pagsasaayos at aplikasyon ng pack. Ang isang simpleng single-cell pack ay maaaring gumamit ng PCM, habang ang isang multi-cell pack ay maaaring mangailangan ng BMS na may mga function ng pagbabalanse at pagsubaybay.

Gaano katagal tatakbo ang isang lithium battery pack sa isang device?

Ang oras ng pagpapatakbo ay nakasalalay sa enerhiya ng baterya, kapangyarihan ng device, kahusayan ng conversion, mga setting ng cutoff, temperatura at pagkakaiba-iba ng pagkarga. Ang pangunahing pagtatantya ay ang mga watt-hour ng baterya na hinati sa power ng device, na isinaayos para sa kahusayang magagamit.

Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng isang custom na battery pack at isang karaniwang baterya?

Ang isang custom na battery pack ay idinisenyo sa paligid ng boltahe, kapasidad, kasalukuyang, dimensyon, connector, BMS at mga kinakailangan sa application ng produkto ng OEM. Ang karaniwang pack ay karaniwang gumagamit ng isang paunang natukoy na configuration.

Dapat bang piliin muna ang boltahe o kapasidad?

Ang hanay ng boltahe ng aparato ay dapat na karaniwang itatag muna. Ang kapasidad ay maaaring mapili ayon sa runtime, magagamit na espasyo, kasalukuyang pangangailangan at mga limitasyon sa timbang.

Konklusyon

Ang disenyo ng pack ng baterya ng Lithium-ion ay isang proseso sa antas ng system. Ang isang maaasahang disenyo ay dapat kumonekta:

• Boltahe

• Kapasidad

• Enerhiya

• Kasalukuyang demand

• Serye at parallel na pagsasaayos

• Pagpili ng cell

• PCM o BMS

• Nagcha-charge

• Runtime

• Pagsasama-sama ng mekanikal

• Mga kinakailangan sa connector

• Mga pangangailangan sa pagsubok at produksyon

Ang isang 3.7 V cell ay maaaring i-configure sa iba't ibang mga pack ng baterya depende sa kinakailangang boltahe at kapasidad. Gayunpaman, ang pagsasaayos ng elektrikal ay isang bahagi lamang ng disenyo. Dapat ding gumana nang tama ang baterya kasama ang charger, host device, system ng proteksyon at mekanikal na enclosure.

Kung gumagawa ka ng custom na lithium-ion na battery pack, ibahagi ang application, target na boltahe, kapasidad, kasalukuyang demand, mga dimensyon, kinakailangan sa connector, target ng runtime at inaasahang dami ng produksyon sa teknikal na team ng ZERNE. Sinusuportahan ng ZERNE ang custom na pagbuo ng lithium battery pack para sa mga proyekto ng OEM at ODM, mula sa paunang pagsusuri ng kinakailangan sa pamamagitan ng sample development at pagpaplano ng produksyon.