Fontos tudnivalók Lítium-ionos akkumulátor tervezéséhez

A Lítium-ionos akkumulátorok jelentősége napjainkban

Manapság nap mint nap rengetegen beszélgetünk egymás között elektromos meghajtású járművekről. Ezek azonban, mint tudjuk, Lítium-ionos akkumulátorokkal vannak ellátva, melyek a szükséges energiát biztosítják a motor számára. A következőkben annak a lépéseit olvashatjuk, hogy mik a teendők abban az esetben, ha saját magunk szeretnénk egy akkumulátor pakkot építeni.

1. Megfontolandó tényezők a Lítium-ion akkumulátor cellák kiválasztásakor:

A Lítium-ion akkumulátorok nagy megbízhatóságuk és magas teljesítményük miatt használatosak az elektromos meghajtású járművek iparában. A következőkben néhány alap kérdésről lesz szó, mint például a cellákat gyártó cég kiválasztása.

A) Első fontos lépésként érdemes áttekintéseket, értékeléseket keresni a gyártókról és termékeikről:

Ezek az értékelések tesztelés és vizsgálatok során rögzített dokumentációkat, illetve felhasználási tanácsokat tartalmaznak, továbbá a felhasznált nyersanyagokat is rögzítik. Ilyenek például az anód és katód rétegek kialakításai. Ennek célja, hogy az elektródák eltéréseit, a nem megfelelő anód és katód elemeket ki tudjuk szűrni. 

Amennyiben a cellák, amiket vásároltunk bármi hibát, eltérést mutatnak a dokumentumokhoz képest, azt jelezni kell a cég felé.

B) A végleges minőséget igazoló dokumentumok megvizsgálása a minőség igazolása okán:

• anyagok mikroszkopikus szerkezetei;
• szigetelő anyag elhelyezése, a hegesztések minősége, az elektródák és az elválasztó részek ellenőrzése;
• az anyagok rétegeinek megfelelő vastagságának vizsgálata.

C) Az akkumulátorok tesztelése során mért különböző paraméterek ellenőrzése:

• kapacitás;
• belső impedancia;
• a gyártási fázis után mért feszültség érték.

Az akkumulátor feszültségszintjét mindig ellenőrizzük töltés előtt!

D) A cellák biztonságára vonatkozó adatok tanulmányozása:

Minden Lítium-ionos akkumulátornak van egy alap biztonsági előírása, emellett mindegyiket kötelezően tesztelnie kell a gyártó cégnek. Ezen kívül vannak speciális tesztelési módszerek is, melyeket külön igény esetén végeznek el. Ilyen teszt az élettartam teszt és a biztonsági tesztek.

• feltöltés - kisütés teszt;
• esés, törés, robbanás teszt;
• hőmérséklettűrés teszt.

2. A cella beépítése, tesztelési módszerek, gyártók által összerakott akkumulátorok:

Ahhoz, hogy megbizonyosodjunk egy akkumulátor cella minőségéről teszteléseket kell végrehajtanunk. Ezek között vannak speciális módszerek is.

• impedancia tesztelése különböző töltési állapotokban;
• különböző feszültségek melletti töltés;
• kapacitás - élettartam teszt, különböző kapacitások mellett;
• négyszög impulzusokkal töltési teszt, amely megmutatja a tervezőknek, hogy hogyan viselkedik a rendszer különböző töltési módszerekre;
• impulzus áram tűrési képesség;
• elöregedési idő teszt.

Ezek a tesztek speciálisnak számítanak, azonban szükség van rájuk a megfelelő gyártó kiválasztása érdekében.

Az alapvető tesztelésekhez tartozik a(z): folyamatos áramellátás, folyamatos terhelés, folyamatos kisütési teszt. Azonban csak ezekből nem lehet megjósolni a cella minőségét. Ezekkel a tesztekkel főleg csak a kapacitást, hatásfokot (veszteséget) és a szállítani képes áramot tudjuk meghatározni.

3. BMS kiválasztása:

A megfelelő biztonsághoz elengedhetetlen egy akkumulátor felügyeleti rendszer (BMS) használata. A következő pontokban segítünk ezeknek a kiválasztásában:

• Hőmérséklet, túl/alultöltött feszültség és áramerősség, rövidzár, illetve hardveres hibák észlelésére szolgálnak a BMS-ek.
• Nagy precizitás, gyakori mérések végzése a feszültség, áramerősség szintekre és a hőmérsékletre is.
• Ha bármi hiba lépne fel, akkor a BMS gyors reagálása elengedhetetlen.
• Egy megfelelő méretű biztosíték beépítése minden esetben szükséges az akkumulátorba.

4. Cella mechanikai kialakítása:

Két alapvető kialakítási szempontról beszélhetünk:

• minél magasabb IP besorolás;
• minél jobb hűtési lehetőség biztosítása az akkumulátornak.

A hőmérséklet szabályzás fő prioritást kell élvezzen, ugyanis nagyban befolyásolja az akkumulátor élettartamát és teljesítményét.

Fontos tudnivaló, hogy egy magasabb IP besorolás mellett (IP67, IP68) az akkumulátorok már csak egy helyen képesek kiengedni magukból a meghibásodás esetén szivárgó gázokat. Emiatt egy elszívó berendezést kell szerelni az akkumulátor közelébe. Amikor a gáz az akkumulátorból nem tud távozni, akkor a folyamatosan növekvő nyomás robbanáshoz vezethet.

Összegezve a Lítium-ionos akkumulátorok tervezéséről olvasottakat

Első lépésben meg kell vizsgálnunk a különböző gyártók által kínált akkumulátor cellák minőségét. Minél több információt és mérési eredményt szolgáltat a gyártó, annál megbízhatóbb a termékük.

Következő fontos lépés a megfelelő tesztelés a cellák beépítése előtt. Ehhez szükség van speciális tesztelési eszközökre.

Ezek után a BMS kiválasztása következik, amely a rendszerünk biztonságáért felel. Ha bármi meghibásodás lép fel, akkor ez az egység érzékeli azt.

Legvégül a cellák megfelelő mechanikai kialakításairól kell megbizonyosodnunk, illetve biztosítanunk kell a szivárgó gázoknak megfelelő elszívását.

forrás: linkedin.com - fordította: Domonkos Milán