Hackaday

Sok hacker megnézte robogóját, kerékpárját vagy gördeszkáját, és úgy döntött, hogy még jobb lenne, ha csak motor lenne rajta. A személyes közlekedés villamosításának megkezdése izgalmas és eredményes út lehet, és ígéretet tesz arra, hogy sok leckét fog tanítani a gépészeti és az elektronikai mérnöki tevékenységről. Alapvetően minden konstrukció kulcsa az akkumulátor, amely a legnagyobb beleszólást élvezi járműve teljesítménye és hatótávolsága szempontjából. Ennek érdekében hasznos útmutatót készítettünk az igényeinek megfelelő akkumulátor kiválasztásáról.

Egy kémia az összes szabályozására

Az elemek mindenféle formában és méretben kaphatók, és különféle kémiai anyagok vannak, amelyek mindegyikének megvan a maga egyedi tulajdonsága és alkalmazása. Ami a kis elektromos járműveket illeti, kívánatos, hogy legyen egy kis súlyú, kompakt méretű akkumulátor, rengeteg áramellátás a gyors gyorsulás érdekében, és nagy kapacitás hosszú távolságra.

30 évvel ezelőtt a lehetőségek ólom-sav, nikkel-kadmium és nikkel-fém-hidrid elemekre korlátozódtak. Ezek nehézek voltak, alacsony áramkimenettel, gyenge kapacitással és hihetetlenül lassú töltési időkkel. Szerencsére időközben megjelentek a lítium-polimer akkumulátorok, amelyek képesek átfogóbb működésre. Óriási kisütési sebességet, gyors töltést, könnyű súlyt és nagy kapacitást kínálva tagadhatatlanul a végső választás a nagy teljesítményű elektromos járművek számára. Ők is rendkívül népszerűek, és így olcsók is!

Van azonban néhány felakadás. Fontos, hogy az összes cellát egy csomagban ugyanazon a feszültségen tartsuk, hogy elkerüljük a cellák újratöltését. Ez károsíthatja a csomagot, vagy akár robbanást vagy tüzet is okozhat. Az akkumulátor feszültségének fenntartását ennek elkerülése érdekében „kiegyensúlyozásnak” nevezzük. Különböző módon kezelhető, az Ön által használt akkumulátor pontos stílusától függően, amiről később kitérünk.

Ezenkívül a lítium elemek nem szeretik a túlzott lemerülést. Alapszabály, hogy nem szabad hagyni, hogy az akkumulátorok cellánként 3,0 V alá csökkenjenek. Ennek elmulasztása a csomag tönkremeneteléhez vezethet, ami sértheti annak maximális kapacitását és áramellátási képességét.

Szerencsére sokféle módon lehet megoldani ezeket a problémákat, és hogy melyiket használja, attól függ, hogy milyen akkumulátort választ az alkalmazásához.

De melyik akkumulátor, pontosan?

Egy dolog azt mondani, hogy lítium-polimer akkumulátort kell használnia, de a legkülönfélébb ízűek különböző alkalmazásokhoz. Hogy melyik típust használja, attól függ, hogy milyen járművet akar építeni, a teljesítményre és a hatótávolságra vonatkozó céloktól, valamint saját képességeitől és építkezés vagy vásárlás vágyától.

Egy szó a feszültségről és a kapacitásról

A lítium polimer cellák névleges névleges értéke 3,6 V, kapacitásukat amp-órában vagy milliamp-órában mérik. Amikor megnéz egy elektromos jármű csomagját, meg kell jegyeznie a csomag teljes feszültségét és kapacitását. A magasabb feszültség jó a nagyobb teljesítményű járműveknél és jobb hatékonyságú, mivel kisebb áram mellett kevesebb veszteség mellett több energiát lehet leadni. Ehhez azonban több cellát kell sorba rakni, ami költségekkel járhat, és drágább vezérlőket és töltési megoldásokat is igényel. A nagyobb kapacitás jó a hosszabb hatótávolsághoz, és gyakran úgy érhető el, hogy több cellát egymással párhuzamosan egymásra rakunk.

Homebrew 18650 csomagok

A saját csomag felépítése sok munkát jelenthet, de eléggé kifizetődő is. Forrás: [Adam Bender] Sok otthoni elektromos járművet olyan hackerek készítenek, akik erős barkácsolási szelleműek, és ez gyakran az egyes alkatrészekre is kiterjed. Ezekben a körökben sokan úgy döntenek, hogy saját akkumulátor-megoldást hoznak létre, a népszerű 18650-es cellára támaszkodva. Ezek könnyen betakaríthatók laptopokból, fúrógépekből és más forrásokból, vagy átvehetők az újrahasznosító központokból, valamint újak is vásárolhatók. A cellák erős fémházzal rendelkeznek, és mechanikailag meglehetősen robusztusak. Az egyes cellák azonban legfeljebb 3600 mAh-ra vannak korlátozva, annak ellenére, hogy az eBay-n olvashat.

Az egyes cellák korlátozott kapacitása miatt az e-kerékpárok és az elektromos járművek sok csomagja párhuzamosan több cellát is egymásra rak. Az 18650-alapú csomagokra gyakran olyan megnevezéssel hivatkoznak, mint a 10S4P, ami azt jelzi, hogy az elemben négy párhuzamos, 10 cellás készlet található. Egy ilyen akkumulátor névleges feszültsége 36 V lenne, kapacitása 10-14 Ah közötti, a használt 18650 cellától függően.

A csomag összeszereléséhez a forrasztás gyenge lehetőség a cellák felmelegedésének veszélye miatt, és az eredmények mechanikai szempontból általában gyengék. A legmegbízhatóbb módszer egy ponthegesztő, amely a cellákat fémcsíkokkal köti össze a termináltól a terminálig. Egyesek úgy döntenek, hogy saját spotweldereiket építik, de ha csak a járművet próbálják elgurítani, akkor ezt felesleges jakborotválásnak tekintenék. Helyette megvásárolhatók. Akárhogy is, a cellák csatlakoztatása után az egyes vezetékek hozzáadhatók a különféle cellákhoz az akkumulátor-kezelő rendszerhez vagy a BMS-hez való csatlakozáshoz - egy táblához, amely figyeli a csomagban lévő cellák egyedi feszültségeit. Ez a kártya elfogadja a fali töltő csatlakozását, amely az akkumulátor maximális feszültségén ül, és kezeli a töltést és a kiegyensúlyozást, hogy az akkumulátor jó állapotban legyen, és védelmet nyújt a túlzott kisütés és a túláram okozta események ellen is. Mindez azután az Ön által választott házba csomagolható. Az egyes cellák fémházának köszönhetően gyakran elegendő egy egyszerű műanyag burkolat.

A Homebuilt 18650 csomagok akkor hasznosak, ha egy csomagot a saját igényeinek megfelelően kíván testre szabni, vagy ha olcsón szeretne újrahasznosított alkatrészekkel építeni. Rengeteg munka van azonban, és azt tapasztalhatja, hogy a munka elvégzéséhez szükséges eszközökre fordított pénz meghaladja a megtakarításokat.

Előnyök: lehet olcsó, testreszabható feszültség, kapacitás és csomagolás
Hátrányok: jelentős munka jár, nehezebb lehet, mint más lehetőségek

eBay E-bike csomagok

Azok számára, akiket nem érdekel a saját csomagjuk építése, van egy másik lehetőség. Az e-kerékpárok világszerte elterjedésével az alkatrészek már könnyen elérhetőek azok számára, akik önállóan szeretnének lecsapni. Az e-kerékpárokhoz most már sokféle akkumulátor áll rendelkezésre, amelyek többségét pontosan ugyanazokkal az eszközökkel és technikákkal építik, mint a fent említett homebrew csomagok. Ezeknek a legfőbb előnye azonban az, hogy valaki más végezte el a kemény munkát!

18650 cellából áll, amelyeket különféle konfigurációkban fűznek össze a különböző alkalmazásokhoz, és 36 V-60 V feszültségtartományban és esetenként nagyobb feszültségtartományban állnak rendelkezésre, nagy kapacitással nagy távolságra. A túlnyomó többség integrált akkumulátor-kezelő rendszerrel és már csatlakoztatott töltőcsatlakozóval rendelkezik, és sok eladó bedob egy megfelelő fali töltőt is.

Nagyszerű választás, ha nagy kapacitású csomagot szeretne, amely azonnal készen áll a polcra, nagy felhajtás nélkül. Az egyik hátrány az, hogy ezek közül a csomagok közül sok a gyárilag kissé meg van hobbítva az áramteljesítmény szempontjából. Míg az átlagos 18650 képes jelentős áram leadására izzadságcsökkentés nélkül, nem ritka, hogy 36 V-os akkumulátort találnak, amelyet az integrált BMS viszonylag alacsony 15 A teljesítményre korlátoz. Ez akkor jó, ha 200 wattos e-biciklit építesz a tengerparti sétahajózásra, de ha egy gyors robogót próbálsz építeni, amely 500 wattos motorral könnyedén elszakad a kavicsos utakon, problémákba ütközik a BMS csökkenti az energiát. Ez gyakran feltörhető, de leveszi a ragyogást ezekről az azonnal kész csomagok kényelméről.

Előnyök: indulásra kész, teljes megoldás, meglehetősen robusztus
Hátrányok: Problémái lehetnek a jelenlegi korlátokkal, korlátozott csomagolási lehetőségekkel

RC repülési csomagok

A lítium-polimer akkumulátorok jót tettek a repülési hobbimodellnek, nagy teljesítménysűrűségükkel és képességükkel hatalmas áramokat képesek egy pillanatra leadni. Ezek általában tasakcellákat használnak, ahol az elektrolit egy kemény külső héj nélküli műanyag tasakban van. Ezek nagy csomagolási hatékonysággal rendelkeznek, és sokkal könnyebbek, mint a fémházas cellák, de sokkal kényesebbek is. A sejtek az idő múlásával kissé megduzzadnak, és összenyomva vagy átszúrva könnyen károsodnak. Ez tűzhöz vagy robbanáshoz vezethet, ezért az ilyen cellákat úgy kell felszerelni, hogy megvédjék őket a véletlen károsodásoktól.

A nagyteljesítményű RC repülőgépek igényeihez tervezett cellák hatalmas sebességgel képesek áramellátásra, és a teljes akkumulátor kapacitás 20-szorosa, vagyis 20 ° C-on szokásos. Könnyen elérhetőek olyan csúcskategóriás csomagok, amelyek képesek a 75 C-os csúcsot elérni, ami 2 Ah-os csomag esetén 150 A-os. Ez ezeket az RC-csomagokat nagy teljesítményű alkalmazásokhoz teszi hasznosakká, ahol a nagy motorok több kilowatt teljesítményt vesznek igénybe terhelés alatt. A kompromisszum raktárban van, az RC-csomagok általában meglehetősen nagyok egy adott kapacitáshoz, az ilyen nagy áramfelvételhez szükséges elektródák mérete miatt. Ezek a csomagok általában csak legfeljebb 6 cellás csomagként érkeznek sorozatban; gyakran két vagy több csoportra lesz szükség, hogy elérje az elektromos jármű számára megfelelőbb feszültséget, ahol általában 10 és 12 S között kívánatosabb.

A nagy teljesítményű csomagok szintén magas költségekkel járnak, különösen 18650 cellához képest, amelyek mögött a méretgazdaságosság előnyei rejlenek. Ezenkívül védelem vagy akkumulátor-kezelő rendszerek nélkül is érkeznek. Ha elektromos járműben használják őket, használat után eltávolíthatják őket és felköthetik őket egy szokásos RC töltőre, vagy a BMS-hez is csatlakoztathatják a töltéshez zártabb megoldást. Akárhogy is, fontos figyelni a kiegyensúlyozásra és a karbantartásra, mivel ezek a nagy áramú csomagok hajlamosabbak a tűzre és a robbanásokra, mint mások.

Előnyök: Hatalmas áramellátás, könnyű
Hátrányok: Az árat finoman kell kezelni, töltési megoldást kell beszerelni

Szerszámcsomagok

A lítium-polimer cellák forradalmasították az elektromos szerszámipart is, és sokkal praktikusabbá tették az akkus szerszámokat, mint valaha. A legtöbb piacon lévő eszköz 18 V-os vagy ötcellás csomagokat használ, a különböző gyártók ízlésüktől függően 18650 cellát vagy tasak cellát használnak. Általában kemény műanyag tokban vannak, saját csatlakozóval, hogy összekapcsolódjanak egy bizonyos márkájú eszközökkel. Odabent általában van egy alapvető BMS a sejtek egyensúlyának kezelésére és a dolgok leállítására, ha bármi baj történik.

Az elektromos szerszámcsomagok előnye, hogy nagyon masszívak, mivel úgy vannak kialakítva, hogy ellenálljanak az építési környezetnek. Az eszközök elég energiaigényesek lehetnek, ezért az áramszolgáltatás általában elég szilárd is. Hátránya, hogy ezek a csomagok meglehetősen drágák lehetnek, mert a gyártók a saját eszközök ökoszisztémájába akarják zárni a fogyasztókat. A velük való összekapcsolás a saját tulajdonú csatlakozók miatt is fájdalmat okozhat. A gyakori megoldások körmök és szalagok, 3D nyomtatás, vagy egyszerűen a régi eszközök kibelezése. A töltést egyszerűen a szokásos töltőbe történő bedugással kezelik, és az akkumulátorok előnye, hogy a kialakításuk révén könnyen cserélhetők. Mivel gyakran már fekszenek, nagyszerű módja lehet egy elektromos jármű gyártásának tesztelésére, mielőtt befektetnének egy megfelelőbb állandó akkumulátor-megoldásba.

Előnyök: Könnyen cserélhető, máris vannak, masszívak
Hátrányok: Drága, nem különösebben helytakarékos, saját csatlakozók

Összegzés

Örülünk, hogy minden eddiginél több akkumulátorra van lehetőségünk, és mivel a kapacitás és a teljesítmény tovább növekszik, továbbra is új és minden eddiginél innovatívabb elektromos járműveket látunk. A releváns tényezők mérlegelésével és körültekintő választással kiválaszthatja életében a legmegfelelőbb megoldást a speciális jármű számára. Remélhetőleg hasznosnak találja ezt az útmutatót, hogy jó irányba mutasson saját építéseivel, és ha végzett, feltétlenül dobjon el egy sort!

Posted in Hackaday Oszlopok, Közlekedési Hackek Tagged akkumulátor, elektromos jármű, elektromos járművek, lítium polimer akkumulátor

43 gondolat: „A megfelelő akkumulátor kiválasztása az elektromos jármű gyártásához”

"Azonban. Fontos, hogy az összes cellát egy csomagban ugyanazon a feszültségen tartsuk, hogy elkerüljük a cellák újratöltését. Ez károsíthatja a csomagot. ”Valójában minden elemtípusra igaz, legyen az ólmsavas, lítium vagy NiMH. Ha két vagy több cellája van sorozatban, akkor a kiegyensúlyozás meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát.

Az ólomakkumulátorok már olyan régóta léteznek, hogy csak az iparági szabvány, hogy nincsenek egyensúlyban a cellák. Ugyanez a NiMH-k esetében is.

A lítium sejtek korántsem az egyetlen típus, amelyre szükség van a kiegyensúlyozásra.

Nem úgy, mint egy erősen kiegyensúlyozatlan led-savcsomagolásnak saját problémái vannak a töltés során. (Emellett a cellák közül a legkisebb az, amelyik nem működik.)

Vitatható, hogy valóban szükség van-e a sejtek kiegyensúlyozására, ha az ember kellően távol marad a max/perc töltés külső határaitól, miközben bizonyos gondot fordít arra is, hogy a sejtek ésszerűek legyenek.

Bár egy repülő kondenzátor alapú cella-kiegyensúlyozó rendszer hatékonyan képes kezelni a kisebb egyensúlyhiányokat, bár ez terheléstől függ.

Egy olyan kiegyensúlyozó rendszer, amely egyszerűen elégeti az energiát a legmagasabb töltésű cellákból, nyilvánvalóan nem lesz annyira energiatakarékos, de legalább megvédi a cellákat a túltöltéstől ....

A NiMH és az ólom-sav önkiegyensúlyozása bizonyos mértékig, mert ha túltöltik őket, az extra töltés hővé alakul, és ha az utolsó fázisban elég lassan töltődik fel, akkor az akkumulátor nem sérül meg.

A li-ionok a 4,20 V-nál nagyobb extra töltést is hővé alakítják, de kissé túl gyorsan.

A nyilvánvaló különbség az, hogy a legtöbb más vegyészet elviseli a finom túlterhelést, csak a felesleget égeti el hőként. Az ólmsav feszültségét valamivel magasabbra lebegteti, mint amire elméletileg szükség lenne egy teljes töltéshez, és az előbb feltöltődő cellák lassan elvezetik a felesleget, míg a többiek utolérik.

A nagy kiegyensúlyozatlansággal rendelkező lítium elemek csak túltöltik őket, és nagy valószínűséggel kigyulladnak.

Azt javasolni, hogy a sejtek kiegyensúlyozása szükségtelenné váljon, meglehetősen megkérdőjelezhető sok figyelmeztetés nélkül. Ha megfelelő a cellánkénti monitorozás, akkor valószínűleg átugorhatja azt, és csak szükség esetén végezhet egyensúlyt kézzel. Monitorozás nélkül azonban, ha egy cellának valamilyen problémája van, és nincs cellánkénti LVC vagy kiegyensúlyozó sönt (ami puha LVC-ként működik, feltéve, hogy az áramok ésszerűek), akkor lehetséges a cella túltöltése és elindítása Tűz.

hoppá, a HVC-re gondoltam.

Két dolgot tehet a nedves cellás ólom-sav túltöltése:
1) A lemezek korróziójának elősegítése (ennek ellenére Hosszú időbe telik, amíg észrevehetőek vagyunk ...)
2) Forraljon le néhány elektrolitot

2) könnyen rögzíthető a víz visszahelyezésével az akkumulátorba. Ezért a targonca akkumulátorainak SOP:
Hetente egyszer alkalmazzon egy „kiegyenlítő” töltést, amely jóval meghaladja az úszófeszültséget. Ez biztosítja, hogy az összes cella teljesen feltöltődjön, és azt is, hogy az elektrolit pezsgése biztosítja az egyenletes keveredést és nem rétegződik.
Figyelje az akkumulátor elektrolitszintjét. A legtöbb targonca-akkumulátor most beépített monitorral rendelkezik, amely pirosan villog, ha az elektrolit lemerül
Amikor a villogó fény bekapcsol, töltse fel az akkumulátort, töltsön fel vizet és töltse újra. (Először töltenie kell, mert az elektrolit töltés közben kitágul).

Amint mások rámutattak, ezt a li-ion = BOOM segítségével tehetjük meg.

"Azt javasolni, hogy a sejtek kiegyensúlyozása szükségtelenné váljon, meglehetősen megkérdőjelezhető sok óvatosság nélkül."

Igen, ez az. És miért vagyok azon a véleményen, hogy még az ólomsav akkumulátoroknak is ki kell egyensúlyozniuk a cellákat.

Most az ólomsav-csomagolás ki nem egyenlítésének következményei kevésbé súlyosak, mint a lítiumé. De ez nem azt jelenti, hogy ha kiegyensúlyozzuk, akkor az ólomsav-csomagból nem lehet jobb élettartamot elérni.

(És a repülősapkás alapú szintező rendszer szintén növelheti a csomagok kapacitását, mivel hatékonyabban tudjuk lemeríteni az összes cellát, miközben biztosítjuk, hogy a lehető legtöbb energia ténylegesen működtesse a végső alkalmazást. A Restive alapú kiegyensúlyozó rendszerek ezt nem teszik meg, mivel csak a nagyobb cellákat töltik be még egy kicsit, és ezt az energiát hőként égetik el. Most a kondenzátor alapú kiegyensúlyozó rendszerek kissé korlátozottak, ha az áramellátásról van szó.

Tehát, ha lehetséges, inkább tisztességes tartókat használok, vagy csavaros csatlakozásokat készítek, így az elemeket egy csomagban tudom forgatni. Igyekszem a lehető leggyakrabban hosszú úszó töltéseket adni a csomagoknak a gyors töltések között. Számomra az az érv, miszerint a hegesztett csomagok megbízhatóbbak, eléggé vitatható, ha hamarabb meghalnak, ha a sejtek felfordítják a lábujjukat és a fjordok felé feszülnek. Az érintkezési oxidáció problémája sokat enyhül, ha néhány hónaponként belefeledkezik az elemek forgatásába, és a mechanikai stabilitás problémája könnyen megoldható az óvintézkedések felszerelésével és a dolgok szalaggal történő összekötésével, ha szükséges. A hőzsugorodás manapság elég olcsó, így könnyen összezsugoríthatja a csomagot, vagy használhat fúvott PET-palackot, és levághatja minden változtatásról.

Az elemek nem működnek így. Egy sorozatban nincs különbség a cellák közötti terhelésben, akár pozitív, akár negatív végén.

A középső csomagolású hőfelhalmozódás valójában az egyetlen igazi hatás, amelyet megemlít.