리튬 배터리 팩 설계 방법(단계-별-단계 안내)

A 리튬 배터리 팩단순히 서로 연결된 세포 그 이상입니다. 전기화학, 기계공학, 열제어, 전기건축, 안전관리 등이 결합된 완전한 에너지 시스템입니다. 리튬 배터리 팩이 어떻게 설계되었는지 이해하면 배터리 팩 제조에 적용되는 표준을 더 잘 이해할 수 있습니다. 이 가이드는 고객이 새로운 프로젝트를 가져올 때 우리가 따르는 실제 프로세스를 안내합니다.

1단계: 애플리케이션 요구 사항 및 제약 조건 정의

모든 성공적인 배터리 팩은 다음과 같이 시작됩니다.명확한 요구 사항. 이 단계를 건너뛰면 나중에 재설계나 현장 실패 시 비용을 지불하게 됩니다.

다음 네 가지 주요 영역을 잠가야 합니다.

• 성능 요구사항: 전압, 용량, 연속 및 피크 전류,에너지 밀도 목표
• 작동 환경: 온도 범위, 진동 수준, 습도,IP 등급
• 예상 수명:사이클 카운트구체적으로방전 깊이
• 규제 요구 사항: 최종 제품이 통과해야 하는 인증

예를 들어, 전동 공구는 짧은 기간 동안 10-15C 버스트를 요구할 수 있는 반면, 가정용 에너지 저장 시스템은 80% DOD 및 저렴한 비용으로 3000+ 사이클을 우선시합니다. 전기 오토바이에는 고정식 UPS가 필요하지 않은 강력한 진동 저항과 방수 기능이 필요합니다.

우리는 항상추적성 매트릭스GEB에서. 이는 모든 요구 사항을 특정 설계 결정 및 테스트 방법에 연결합니다. 이 문서는 인증 기관이 질문을 시작할 때 매우 유용합니다.

처음부터 요구 사항을 올바르게 충족하면 시간과 비용이 가장 많이 절약됩니다.

2단계: 최적의 세포 화학 및 형식 선택

요구사항이 명확해지면셀 선택이후의 거의 모든 것을 결정합니다.

다음은 우리가 매일 사용하는 실제 비교입니다.

화학을 선택한 후 폼 팩터를 결정합니다.

• 원통형 셀(18650, 21700, 4680)은 성숙한 생산, 우수한 일관성 및 강력한 기계적 구조를 제공하지만 포장 밀도는 낮습니다.
• 프리즘 셀더 나은 공간 활용도와 더 간단한 모듈 조립을 제공하지만 부풀어올라 더 강한 케이스가 필요할 수 있습니다.
• 파우치 셀가장 높은 것을 배달하다에너지 밀도무게는 가장 낮지만 가장 세심한 외부 지지와 붓기 관리가 필요합니다.

우리는 단지A등급 세포기존 제조업체로부터. 용량의 일관성과 내부 저항은 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 더 중요합니다. 작은 차이라도 불균형을 초래하여 팩 수명이 단축되고 안전 위험이 발생합니다.

셀 선택"최고의" 셀을 선택하는 것이 아닙니다. 특정 듀티 사이클과 비용 목표에 적합한 셀을 선택하는 것입니다.

3단계: 배터리 팩 전기 설계

선택한 셀을 사용 가능한 전압 및 용량 플랫폼으로 전환해야 합니다.

직렬 연결전압을 증가시킵니다:

V_total=V_cell × 직렬 셀 수

병렬 연결용량 및 전류 처리 증가:

Ah_total=Ah_cell × 병렬 문자열 수

일반적인 48V 에너지 저장 팩은 인버터 전압 창에 따라 13S 또는 16S 구성을 사용하는 경우가 많습니다. 고전력-전력 애플리케이션은 셀당 전류를 안전한 한도 내로 유지하기 위해 4P 또는 6P가 필요할 수 있습니다.

신뢰성은 연결 방법이 중요합니다. 우리는 셀을 직접 납땜하는 것을 피합니다. - 열은 내부 구조를 손상시키고 시간이 지남에 따라 내부 저항을 증가시킬 수 있습니다.니켈 스트립 스폿 용접또는 탭에 레이저 용접을 하면 훨씬 더 나은-장기적 결과를 얻을 수 있습니다. 높은-전류 경로의 경우 다음으로 이동합니다.구리 버스바핫스팟을 피하기 위해 여러 연결 지점을 사용합니다.

고{0}}전압 라인과 저전압 라인 사이의 적절한 절연-은 전자기 간섭을 줄이고 연면거리 문제를 방지합니다.

전기 아키텍처는 접촉 저항을 낮게 유지하고 전류 공유의 균형을 유지하면서 필요한 전력을 제공해야 합니다.

4단계: 배터리 관리 시스템(BMS) 통합

BMS는 무리의 두뇌이자 수호자입니다.

셀 전압, 온도, 전류를 실시간으로 모니터링해야 합니다. SOC 및 SOH를 계산하고 밸런싱을 수행하며 한도를 초과하면 보호를 활성화합니다.

주요 결정은 다음과 같습니다.

• 수동적 밸런싱(저렴함) 대액티브 밸런싱(대형 팩에 더 효율적)
• 통신 프로토콜 - 자동차용 CAN 버스, 고정 시스템용 RS485 또는 Bluetooth
• 현재 정격 및 지원되는 시리즈 셀 수

우리의 경험에 따르면, 좋은 BMS는 잠재적인 현장 문제의 80%를 예방합니다. 중복 보호 회로와 빠른 단락-회로 응답 기능을 갖춘 제품을 선택하세요. 고-전압 시스템의 경우,격리 모니터링필수적입니다.

BMS를 나중에 고려하지 마십시오. 처음부터 설계해야 합니다.

5단계: 열 관리 시스템 설계

온도 조절에 따라 팩의 수명이 5년 또는 15년으로 결정되는 경우가 많습니다.

리튬 셀은 25도에서 40도 사이에서 가장 잘 작동합니다. 세포 간 차이가 5도 이상이면 노화가 가속화됩니다. 고속 충전 또는 고방전 중에는 열 발생이 셀당 몇 와트에 달할 수 있습니다.

일반적인 접근 방식:

• 공기 냉각:간단하고 저렴하지만 용량이 제한됨
• 액체 냉각:우수한 열전달 성능으로 EV에 널리 사용
• 상변화 물질(PCM):수동적이며 온도 스파이크를 완화하는 데 적합합니다.
• 하이브리드 시스템:극한 상황을 위한 방법 결합

추운 기후에서는 PTC 히터나 가열 필름을 추가하여 충전 전에 셀을 작동 온도까지 올립니다.

우리는 프로젝트 초기에 열 시뮬레이션을 실행합니다. 수동 냉각이 충분한지 아니면 능동 냉각으로 충분한지 결정하는 데 도움이 됩니다.액체 냉각필요합니다. 우수한 열 설계로 열 폭주를 방지하고 계절에 관계없이 일관된 성능을 유지합니다.

6단계: 기계 및 구조 설계

이제 팩은 실제-조건에서 살아남아야 합니다.

사용 여부를 조기에 결정모듈식 디자인또는브릭-스타일 팩. 모듈식 설계는 제조, 테스트 및 수리가 더 쉽습니다. 벽돌 팩은 더 높은 수준을 달성할 수 있습니다.에너지 밀도하지만 유지 관리가 어려워집니다.

세포 고정이 중요합니다. 위치 지정 및 간격 유지를 위해 플라스틱 셀 홀더를 사용하고 열 방출을 차단하지 않고 진동을 흡수하기 위해 조심스럽게 도포한 핫{1}}멜트 접착제 또는 중성 실리콘과 결합합니다.

인클로저 재료는 일반적으로 강도 대비 무게 비율 때문에 알루미늄을 사용하고, 고정식 응용 분야에서는 비용을 낮추기 위해 강철을 사용합니다.IP67 밀봉, 압력 방출 통풍구 및 크러시 존은 자동차용-등급 팩의 표준입니다.

기계적 설계는 필요할 때 서비스 가능성을 허용하면서 진동, 충격 및 물로부터 셀을 보호해야 합니다.

7단계: 프로토타입 제작, 테스트 및 검증

테스트를 거치기 전까지는 디자인이 완성되지 않습니다.

우리는 세 가지 프로토타입 단계를 구축합니다.

• EVT:기본 기능 점검
• DVT:전체 성능 및 환경 테스트
• PVT:생산-최종 도구의 의도 단위

주요 테스트에는 다양한 C-속도에서의 용량 및 효율성, 부하 상태에서 핫스팟을 찾기 위한 열화상,사이클 수명 테스트, 진동 및 충격, 안전 남용 테스트(과충전, 단락, 못 관통).

우리는 팩이 도달했다고 간주합니다인생의 끝정의된 조건에서 용량이 초기값의 80%로 떨어졌을 때.

철저한 검증을 통해 문제가 고객에게 도달하기 전에 찾아냅니다.

8단계: 인증 및 생산 개시

마지막으로 팩은 목표 시장에 대한 인증을 통과해야 합니다.

일반적인 요구 사항은 다음과 같습니다UN38.3배송을 위해,UL 2580또는IEC 62619안전을 위해 중국의 GB 38031 또는 유럽의 UN ECE R100과 같은 지역 표준을 준수합니다.

생산 측면에서는 셀 분류, 가능한 경우 자동화된 용접 및 최종--라인 테스트를 구현합니다. 자동차 및 고신뢰성 애플리케이션에는 입고 셀부터 완성된 팩까지 추적이 필수입니다.-

결론

디자인하기리튬 배터리 팩균형이 필요하다성능, 안전성, 비용 및 제조 가능성. 순서가 중요합니다:명확한 요구 사항먼저, 그 다음셀 선택, 전기 아키텍처, 열 및 기계 시스템을 검토한 후 엄격한 검증을 거칩니다.

GEB에서는 수년에 걸쳐 수백 개의 프로젝트를 통해 이 프로세스를 개선했습니다. 프로토타입을 위한 작은 맞춤형 팩이 필요하든, 대량 생산을 위한 수천 개의 유닛이 필요하든 기본은 동일하게 유지됩니다.

리튬 배터리 프로젝트를 진행 중이고 요구 사항 정의부터 대량 생산까지 경험 있는 지원을 원하는 경우 언제든지 당사 엔지니어링 팀에 문의하세요. 귀하의 사양을 검토하고 유사한 응용 분야에서 잘 작동했던 사양을 공유하게 되어 기쁘게 생각합니다.