Waarom is celmatching belangrijk in een 18650-batterijpakket?

Celmatching is het proces waarbij 18650-cellen met vergelijkbare elektrische en fysieke kenmerken worden geselecteerd voordat ze in een batterijpakket worden samengevoegd.

Het is belangrijk omdat cellen in hetzelfde pakket niet altijd in dezelfde snelheid verouderen, opladen of ontladen. Als een cel een lagere capaciteit of een hogere interne weerstand heeft dan de andere, kan deze zijn spanningslimiet eerder bereiken. Dit kan de bruikbare capaciteit van het hele pakket verminderen, de warmteontwikkeling verhogen, GBS-bescherming activeren en veiligheidsproblemen veroorzaken.

Het gebruik van cellen met hetzelfde 18650-formaat is niet voldoende. Een betrouwbaar batterijpakket moet cellen gebruiken met compatibele:

• Model en chemie

• Capaciteit

• Interne weerstand

• Open circuit spanning

• Leeftijd en cyclusgeschiedenis

• Productie batch

• Fysieke conditie

Een BMS kan het batterijpakket monitoren en beschermen, maar kan een slecht celmatchingproces niet corrigeren. Voordat de cellen worden geassembleerd, moet een goede matching zijn voltooid.

Snel antwoord: waarom is 18650-celmatching belangrijk?

Het matchen van cellen is vooral belangrijk bij seriebatterijen, toepassingen met hoge stroomsterkte en OEM-producten die een stabiele looptijd vereisen bij herhaalde laad- en ontlaadcycli.

Waarom je 18650-cellen niet terloops kunt mixen

Het label '18650' beschrijft alleen bij benadering het cilindrische celformaat. Het garandeert niet dat twee cellen dezelfde elektrische prestaties hebben.

Twee cellen kunnen beide het label 18650 hebben, maar hebben verschillende:

• Nominale capaciteit

• Continue ontlaadstroom

• Interne weerstand

• Scheikunde

• Laadlimieten

• Afsnijdspanning

• Cyclus leven

• Productie leeftijd

Een 18650-cel met hoge capaciteit kan bijvoorbeeld zijn ontworpen voor een langere looptijd, terwijl een cel met een hoog verbruik prioriteit kan geven aan de stroomuitvoer. Als u ze samen gebruikt, kan er een ongelijkmatige verdeling van de last ontstaan.

Cellen mogen niet worden gemengd simpelweg omdat:

• Ze zien er hetzelfde uit

• Ze hebben dezelfde nominale spanning

• Ze kwamen van hetzelfde apparaat

• Hun initiële spanningswaarden zijn vergelijkbaar

• Ze gebruiken dezelfde fysieke houder

Vóór de montage moeten de volledige celspecificatie en gemeten prestaties in overweging worden genomen.

Hoe capaciteitsverschillen een batterijpakket beïnvloeden

De zwakste seriegroep kan het peloton beperken

In een seriebatterijpakket stroomt dezelfde stroom door elke seriegroep. Als de ene groep een lagere capaciteit heeft dan de andere, kan deze de afvoergrens eerder bereiken.

Wanneer dat gebeurt, kan de BMS de hele roedel stoppen, ook al bevatten de andere groepen nog bruikbare energie.

Beschouw bijvoorbeeld drie seriegroepen met enigszins verschillende bruikbare capaciteiten:

Het pakket kan niet op betrouwbare wijze de volledige capaciteit van de twee sterkere groepen gebruiken, omdat Groep 3 mogelijk als eerste de laagspanningslimiet bereikt. Dat zwakste groepseffect verandert de bruikbare energie en looptijd van het pakket; Berekeningen van de capaciteit van het 18650-batterijpakket en de looptijd laten zien hoe u met deze limieten rekening moet houden.

De praktische capaciteit van een seriepakket wordt dus beïnvloed door de zwakste groep en door het verschil tussen de groepen.

Capaciteitsverschillen verminderen de runtime

Een accu met een ongeëvenaarde capaciteit kan in eerste instantie normaal lijken te werken, maar de gebruiksduur kan korter worden dan verwacht.

Een onevenwicht in de capaciteit kan resulteren in:

• Eerdere laagspanningsbeveiliging

• Verminderde bruikbare energie

• Ongelijkmatige oplaadtijd

• Frequentere uitschakeling van het gebouwbeheersysteem

• Grotere druk op de zwakkere groep

• Snellere prestatievermindering

Capaciteits- en weerstandsgegevens van een gestandaardiseerd 18650 batterijcapaciteit en gezondheidstest bieden een betrouwbaardere basis voor het groeperen van cellen dan alleen labelinformatie of nullastspanning.

Formule voor capaciteitsvariatie

Een eenvoudige manier om de spreiding tussen cellen te beschrijven is:

Capaciteitsvariatie (%) = (Maximale capaciteit − Minimale capaciteit) ÷ Gemiddelde capaciteit × 100%

Voor OEM-productie moet de aanvaardbare variatie worden gedefinieerd op basis van:

• Pakketconfiguratie

• Laadstroom

• Vereiste looptijd

• Celchemie

• Levensduur van het product

• Veiligheidseisen

Er is niet één capaciteitsmatchingspercentage dat voor elke toepassing geldt.

Hoe interne weerstandsverschillen de prestaties beïnvloeden

Wat is interne weerstand?

Interne weerstand beschrijft de weerstand tegen de stroom in een cel. Het beïnvloedt hoeveel de celspanning daalt wanneer er stroom wordt afgenomen.

De geschatte spanningsval kan worden uitgedrukt als:

Spanningsval = Stroom × Interne weerstand

Als een cel met een hogere weerstand wordt gebruikt in een toepassing met hoge stroomsterkte, kan de spanning ervan scherper dalen dan de spanning van de andere cellen.

Spanning zakt onder belasting

Stel dat twee cellen dezelfde stroom leveren:

• Interne weerstand cel A: 20 mΩ

• Interne weerstand cel B: 40 mΩ

• Belastingsstroom: 5A

De vereenvoudigde spanningsval zou zijn:

• Cel A: 5A × 0,020Ω = 0,10V

• Cel B: 5A × 0,040Ω = 0,20V

Cel B ondervindt tweemaal de spanningsval onder dezelfde stroom. Mogelijk wordt de laagspanningslimiet van het pakket eerder bereikt en wordt de beschikbare looptijd verkort.

Warmteopwekking

Interne weerstand heeft ook invloed op de warmteontwikkeling:

Warmteverlies = Stroom² × Weerstand

Bij dezelfde stroom genereert een cel met een hogere weerstand meer warmte.

Dit kan het volgende veroorzaken:

• Hogere celtemperatuur

• Groter spanningsverlies

• Verminderde efficiëntie

• Snellere veroudering

• Meer ongelijkmatige prestaties tussen cellen

Het verschil wordt groter bij toepassingen met hoge stroomsterkte. Een cel met een iets hogere weerstand kan nog steeds acceptabel zijn in een apparaat met laag vermogen, maar kan ongeschikt zijn voor een batterijpakket met een hoog verbruik. Wanneer het pakket aanzienlijke stroom moet leveren, Bij het kiezen van een 18650-batterij met een hoog verbruik moet het huidige vermogen, de spanningsdaling en het thermische gedrag worden vergeleken, en niet alleen de capaciteit.

Huidige onbalans in parallelle groepen

Parallelle cellen zijn bedoeld om de belasting te delen. Cellen met verschillende weerstanden delen de stroom echter niet altijd gelijkmatig.

Een cel met een lagere weerstand kan meer stroom voeren, terwijl een cel met een hogere weerstand sneller kan opwarmen. Dit kan leiden tot ongelijkmatige veroudering binnen dezelfde parallelle groep.

Om deze reden is weerstandsmatching belangrijk, zelfs als cellen parallel zijn aangesloten.

Hoe spanningsverschillen de batterijpakketten van de serie beïnvloeden

Er kunnen spanningsverschillen bestaan ​​vóór de montage, omdat cellen verschillende:

• Staten van lading

• Zelfontladingstarieven

• Interne weerstand

• Capaciteit

• Opslaggeschiedenis

Ongelijkmatig opladen

Tijdens het opladen kan het zijn dat één seriegroep eerder de bovenste spanningslimiet bereikt dan de andere.

Als het BMS detecteert dat één groep de overlaaddrempel heeft bereikt, kan het het laadproces stoppen, ook al zijn de andere groepen niet volledig opgeladen. De oplader moet nog steeds overeenkomen met het aantal series, de volledige oplaadspanning, de chemie en de laadstroomlimieten van het pakket; veilig 18650 acculaden omvat het laadproces en de controles die vermijdbare onbalans verminderen.

Dit kan leiden tot:

• Onvolledig opladen

• Verminderde pakcapaciteit

• Langere oplaadcycli

• Herhaalde BMS-bescherming

• Grotere onbalans in de loop van de tijd

Ongelijkmatig ontladen

Tijdens het ontladen kan de zwakste seriegroep de uitschakelspanning eerder bereiken dan de andere groepen.

Het hele accupakket kan dan stoppen met het leveren van stroom, ook al hebben sommige groepen nog resterende capaciteit.

Dit is één van de redenen waarom een ​​accu een redelijke totale spanning kan vertonen, maar toch een kortere looptijd kan bieden dan verwacht.

Soortgelijke startspanning is niet genoeg

Het meten van de nullastspanning vóór montage is nuttig, maar bewijst niet dat de cellen op elkaar zijn afgestemd.

Twee cellen kunnen in rust een vergelijkbare spanning hebben, terwijl ze aanzienlijk verschillen in:

• Capaciteit

• Interne weerstand

• Zelfontladingssnelheid

• Prestaties laden

Spanningsmatching moet daarom worden gecombineerd met capaciteits- en weerstandstesten. Voor seriepakketten hebben de nominale waarden, de volledige lading en de uitschakelwaarden ook invloed op hoe onbalans optreedt; de 18650 batterijspanningsgids beschrijft deze bedrijfslimieten.

Welke parameters moeten overeenkomen?

Celmodel en chemie

De cellen zouden normaal gesproken hetzelfde moeten hebben:

• Fabrikant

• Model

• Scheikunde

• Nominale spanning

• Laadlimieten

• Afvoerlimieten

Verschillende chemie- of celmodellen kunnen verschillende oplaad- en beveiligingsinstellingen vereisen.

Capaciteit

Cellen moeten onder dezelfde testomstandigheden een vergelijkbare gemeten capaciteit hebben.

Vergelijk geen capaciteitsresultaten verkregen met verschillende:

• Ontladingsstromen

• Afsnijdspanningen

• Temperaturen

• Rustperioden

• Testapparatuur

Interne weerstand

De weerstand moet met dezelfde methode en apparatuur worden gemeten.

De testomstandigheden moeten ook consistent zijn wat betreft:

• Staat van lading

• Temperatuur

• Rusttijd

• Sonde- of houdercontact

• Pulsduur

Een weerstandswaarde moet worden vergeleken met andere cellen van hetzelfde model in plaats van met een algemeen getal van een ander celtype.

Open circuit spanning

Vóór montage moeten de cellen een vergelijkbare lading hebben.

De spanning moet worden gemeten na een consistente rustperiode. Een meting die onmiddellijk na het opladen wordt uitgevoerd, kan oppervlakteladingseffecten vertonen en vertegenwoordigt mogelijk niet de stabiele celspanning.

Leeftijd en cyclusgeschiedenis

Cellen met een vergelijkbare leeftijd en gebruiksgeschiedenis zijn gemakkelijker te matchen.

De cyclusgeschiedenis kan invloed hebben op:

• Capaciteit

• Interne weerstand

• Zelfontlading

• Warmteopwekking

• Spanningsherstel

Een nieuwe cel en een cel die al vele oplaadcycli heeft voltooid, kunnen zich heel verschillend gedragen, ook al hebben beide dezelfde oorspronkelijke capaciteit. Het aantal cycli is slechts een deel van de levensduur; temperatuur, belasting, ontladingsdiepte en opslagomstandigheden zijn ook van invloed hoe lang 18650-batterijen meegaan.

Productiebatch

Cellen van hetzelfde model en dezelfde productiebatch kunnen meer consistente kenmerken hebben, hoewel de herkomst van de batch alleen elektrische tests niet vervangt.

Voor OEM-productie moeten de volgende gegevens worden vastgelegd:

• Celmodel

• Productiedatum

• Batchnummer

• Leveranciersinformatie

• Gemeten capaciteit

• Gemeten weerstand

• Inspectieresultaat

Waarom nieuwe en oude 18650-cellen niet mogen worden gemengd

Nieuwe en gebruikte cellen mogen in principe niet in hetzelfde accupakket worden gecombineerd.

Een oudere cel kan het volgende hebben:

• Lagere capaciteit

• Hogere interne weerstand

• Grotere zelfontlading

• Meer fietsslijtage

• Verschillende spanningsherstel

• Grotere warmteontwikkeling

Bij aansluiting op nieuwe cellen kan het zijn dat de oudere cel zijn laad- of ontlaadlimiet eerder bereikt. De nieuwe cellen kunnen de zwakkere cel niet compenseren omdat alle groepen elektrisch verbonden blijven.

Het mengen van nieuwe en oude cellen kan leiden tot:

• Verminderde bruikbare verpakkingscapaciteit

• Ongelijkmatige spanningsverdeling

• Kortere levensduur

• Frequentere GBS-bescherming

• Grotere thermische onbalans

• Moeilijke probleemoplossing

Als gebruikte cellen moeten worden geëvalueerd, mogen ze alleen worden getest, geclassificeerd en samengevoegd met andere cellen die vergelijkbare gemeten kenmerken hebben. Als onderdeel van die beoordeling moet de opslaggeschiedenis worden vastgelegd, omdat Door 18650-batterijen veilig op te slaan, kunt u onnodige zelfontlading, blootstelling aan vocht en onbedoelde kortsluiting beperken.

Een praktisch 18650-celmatchingproces

Stap 1: Bevestig de celbron

Begin met cellen die traceerbare informatie bevatten:

• Fabrikant

• Model

• Scheikunde

• Partij

• Nominale capaciteit

• Nominale stroom

Vermijd onbekende cellen met onvolledige labels of een onduidelijke opslaggeschiedenis.

Stap 2: Voer een visuele inspectie uit

Controleer op:

• Beschadigde omslagen

• Ontbrekende isolatieringen

• Deuken

• Corrosie

• Lekkage

• Zwelling

• Brandplekken

• Vervormde aansluitingen

Elke cel met ernstige fysieke schade moet uit het matchingproces worden verwijderd.

Stap 3: Prestaties meten en classificeren

Test de cellen met dezelfde methode voor:

• Capaciteit

• Interne weerstand

• Rustspanning

• Zelfontladingsgedrag

• Temperatuur onder belasting

De resulterende gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt om cellen met vergelijkbaar elektrisch gedrag te identificeren in plaats van ze alleen te groeperen op uiterlijk of op gedrukte classificatie.

Stap 4: Maak bijpassende groepen

Cellen kunnen in groepen worden geplaatst op basis van hun gemeten resultaten.

Bijvoorbeeld:

• Groep met hoge capaciteit

• Groep met gemiddelde capaciteit

• Groep met lagere capaciteit

• Groep met lage weerstand

• Groep met hogere weerstand

• Groep afwijzen

De exacte acceptatielimieten moeten worden bepaald door het ontwerp van het batterijpakket.

Stap 5: Verzamel compatibele groepen

Cellen die in dezelfde parallelle groep worden gebruikt, moeten een vergelijkbare capaciteit en weerstand hebben. Seriegroepen moeten ook tegen elkaar worden afgewogen. Een 3S2P-pakket combineert bijvoorbeeld drie seriegroepen met twee parallelle cellen in elke groep, zodat de serie- en parallelle opstelling van 18650-batterijen moeten worden gedefinieerd voordat matchinglimieten worden ingesteld.

Het montageteam moet registreren welke cellen in elke groep zijn geplaatst, zodat het pakket traceerbaar blijft.

Stap 6: Valideer het voltooide pakket

Test na montage het complete accupakket op:

• Spanning

• Capaciteit

• Looptijd

• Temperatuur

• Laad- en ontlaadgedrag

• GBS-bescherming

• Connector- en draadprestaties

Het voltooide pakket moet worden getest onder de werkelijke belasting van de apparatuur, in plaats van alleen op basis van individuele celgegevens te worden geëvalueerd.

Celmatching en GBS-bescherming

Een BMS kan celgroepen monitoren en bescherming bieden tegen omstandigheden zoals:

• Overladen

• Overmatige ontlading

• Overstroom

• Kortsluiting

• Overmatige temperatuur

• Onbalans in celspanning

Zelfs een goed ontworpen BMS voor een 18650-batterijpakket kan de capaciteit van een zwakke cel niet vergroten of de interne weerstand van een beschadigde cel verminderen.

Het BMS kan het pakket stoppen wanneer het een onbalans detecteert, maar kan niet:

• Vergroot de capaciteit van een zwakke cel

• Verminder de interne weerstand van een beschadigde cel

• Zorg ervoor dat nieuwe en oude cellen even goed presteren

• Corrigeer ongelijkmatige veroudering

• Garandeer een gelijke stroomverdeling

Het BMS zou daarom een ​​gecontroleerd celmatchingproces moeten ondersteunen in plaats van dit te vervangen.

Hoe OEM-fabrikanten normen voor celmatching vaststellen

Definieer de acceptatiecriteria

Vóór de productie moeten de OEM en de batterijfabrikant overeenstemming bereiken over:

• Minimale capaciteit

• Maximale capaciteitsvariatie

• Maximale weerstandsvariatie

• Toegestaan ​​spanningsverschil

• Testtemperatuur

• Laad- en ontlaadomstandigheden

• Leeftijdsgrens cel

• Batchvereisten

• Criteria afwijzen

De waarden moeten gebaseerd zijn op de stroomsterkte, de looptijd, de veiligheidseisen en de verwachte levensduur van de apparatuur. Deze criteria moeten worden vastgesteld naast de bedrijfsspanning, de beschikbare ruimte, de oplaadmethode, de thermische limieten en het validatieplan van het apparaat; Door een 18650-batterij voor een OEM-apparaat te kiezen, komen deze vereisten op productniveau samen.

Standaardiseer de testmethode

Elke batch moet worden getest met consistente:

• Apparatuur

• Huidig

• Spanningslimieten

• Temperatuur

• Rustperiode

• Gegevensregistratiemethode

Het veranderen van de testmethode kan ervoor zorgen dat de resultaten tussen productiebatches moeilijk te vergelijken zijn.

Gebruik traceerbare gegevens

Een productierecord kan het volgende omvatten:

Valideer nieuwe batches opnieuw

Een nieuwe productiebatch mag niet automatisch worden behandeld als identiek aan een eerdere batch.

Veranderingen in materialen, productieomstandigheden, opslagtijd of afspraken met leveranciers kunnen de prestaties beïnvloeden. Nieuwe batches moeten worden gescreend volgens het overeengekomen proces voordat ze worden vrijgegeven voor verpakkingsassemblage.

Veel voorkomende fouten bij het matchen van cellen in 18650

1. Cellen alleen matchen op basis van hun nominale spanning.

2. Het mengen van verschillende fabrikanten of celmodellen.

3. Het combineren van cellen met een hoge capaciteit en een hoog verbruik zonder testen.

4. Nieuwe cellen mengen met gebruikte cellen.

5. Het negeren van interne weerstand.

6. Gebruik maken van capaciteitsgegevens uit verschillende testomstandigheden.

7. Ervan uitgaande dat het BMS een slechte celselectie zal corrigeren.

8. Het verbinden van cellen met verschillende ladingstoestanden.

9. Het negeren van de productiebatch- en opslaggeschiedenis.

10. Het hanteren van één acceptatiestandaard voor iedere batterijtoepassing.

11. Individuele cellen testen, maar het voltooide pakket niet testen.

12. Het niet bijhouden van matching- en productiegegevens.

Veelgestelde vragen

Wat is celmatching in een 18650-batterijpakket?

Celmatching is het proces waarbij 18650 cellen met vergelijkbare capaciteit, interne weerstand, spanning, leeftijd, model en gebruiksgeschiedenis worden geselecteerd voordat ze in een batterijpakket worden samengevoegd.

Waarom is celmatching belangrijk voor seriebatterijpakketten?

In een seriepakket gaat door elke groep dezelfde stroom. Een zwakkere groep kan eerder dan de anderen de overbelastings- of ontladingslimiet bereiken, waardoor de bruikbare capaciteit van het hele peloton afneemt.

Kan ik verschillende merken 18650-batterijen combineren?

Het wordt over het algemeen niet aanbevolen. Verschillende merken en modellen kunnen verschillende capaciteits-, weerstands-, laad- en ontlaadeigenschappen hebben.

Kunnen nieuwe en gebruikte 18650-batterijen samen worden gebruikt?

Ze mogen over het algemeen niet gemengd worden. Gebruikte cellen kunnen een lagere capaciteit, een hogere weerstand en een ander zelfontladingsgedrag hebben dan nieuwe cellen.

Elimineert een BMS de noodzaak van celmatching?

Nee. Een GBS biedt monitoring en bescherming, maar kan geen verschillen in capaciteit, interne weerstand of veroudering tussen cellen corrigeren.

Welke parameters moeten eerst worden gematcht?

Zorg er op zijn minst voor dat het celmodel, de chemie, de capaciteit, de interne weerstand, de rustspanning, de leeftijd en de productiebatch overeenkomen. De prioriteit kan per toepassing verschillen.

Welke invloed heeft de interne weerstand op een 18650-batterijpakket?

Een hogere interne weerstand veroorzaakt een grotere spanningsdaling en warmteontwikkeling onder belasting. In een pakket kan dit een ongelijkmatige stroom- en temperatuurverdeling veroorzaken.

Kunnen cellen met dezelfde spanning nog steeds niet bij elkaar passen?

Ja. Een soortgelijke nullastspanning bewijst niet dat cellen dezelfde capaciteit, weerstand of zelfontlading hebben.

Hoe worden 18650-cellen gecombineerd voor OEM-productie?

OEM-matching omvat normaal gesproken broncontrole, visuele inspectie, capaciteitstesten, weerstandstesten, spanningsclassificatie, binning, traceerbare gegevens en uiteindelijke validatie van het batterijpakket.

Op cellen afgestemde 18650-batterijoplossingen

Betrouwbare celmatching maakt deel uit van het volledige ontwikkelingsproces van accu's.

ZERNE kan OEM-vereisten ondersteunen, waaronder:

• Cel selectie

• Screening van celprestaties

• Capaciteit en weerstand matching

• Serie- en parallelpakketontwerp

• BMS-integratie

• Connector- en draadaanpassing

• Proefproductie

• Pakket testen

• Controle van batchproductie

Wanneer deze eisen zijn gedefinieerd, kunnen ze worden opgenomen 18650 accu-oplossingen met de vereiste spanning, capaciteit, stroom, afmetingen, connector en beveiligingsfuncties.

Voor projecten met specifieke prestatie- en mechanische vereisten, op maat gemaakte 18650-batterijoplossingen kunnen celmatching integreren in het bredere OEM-ontwerp- en productieproces.

Conclusie

Het matchen van cellen is van belang omdat de prestaties van een 18650-batterijpakket afhankelijk zijn van de relatie tussen de afzonderlijke cellen.

Capaciteitsverschillen kunnen de looptijd verkorten. Interne weerstandsverschillen kunnen de spanningsdaling en de hitte vergroten. Verschillen in spanning en laadtoestand kunnen ongelijkmatig laden en ontladen veroorzaken. Leeftijds- en batchverschillen kunnen leiden tot verschillende afbraaksnelheden.

Een betrouwbaar matchingproces moet het volgende vergelijken:

• Celmodel en chemie

• Gemeten capaciteit

• Interne weerstand

• Rustspanning

• Zelfontladingsgedrag

• Leeftijd en cyclusgeschiedenis

• Productie batch

• Fysieke conditie

Een BMS biedt essentiële bescherming, maar kan een zorgvuldige celselectie niet vervangen. Voor OEM-productie zijn gedefinieerde acceptatiecriteria, gestandaardiseerde tests, traceerbare gegevens en validatie van het voltooide pakket noodzakelijk voor stabiele en veilige batterijprestaties.