VELOKS Logo

batterisystem

3.2 kWh cells packs
Batteriet på en elektrisk cykel eller trike er muligvis den vigtigste del af køretøjet. Følgende vil vise, hvordan VELOKS-batteriet er designet og konstrueret

CELLER

Anvendte litiumceller 
Læs mere

DESIGN

Litiumbatteri design
Læs mere

MEKANIK

Konstruktion af litiumbatteri
Læs mere

OPLADNING

Opladning af litiumbatteri
Læs mere

REGENERATION

Energi Regeneration
Læs mere

Levetid

Lithium-batteriets levetid
Læs mere

CELLER

Som for de fleste elektriske cykler og trikes i dag bruger VELOKS lithiumceller i sine batterier. I dag er der kun en håndfuld producenter af lithiumceller. Nøgleproducenter er Panasonic, Samsung, LG, SONY og SANYO. De fleste andre mærker er baseret på OEM-versioner produceret af disse producenter.

Lithiumceller findes i mange former og størrelser, men mest almindeligt for elektriske cykler er den cylinderformede 18650-celle og mere sjældent den cylinderformede 21700-celle. De første to cifre henviser til diameteren (henholdsvis 18 mm og 21 mm, mens de 3 sidste cifre henviser til højden (henholdsvis 65 mm og 70 mm).

Hver af disse typer celler har en nominel spænding på 3,7 volt, mens energien (udtrykt i Ah = strømstyrke timer) varierer afhængigt af kemi og størrelse. Tilsvarende varierer den kontinuerlige maksimale udladningsstrøm og den maksimale ændringsstrøm uddybende efter kemi og størrelse. Celletyper, som VELOKS bruger eller har brugt, er:

TypeSpændingKapacitet [Ah]Udledningsstrøm [A]Opladningsstrøm [A]Opladningscykler [80%]Densitet [W / Kg]
Panasonic NCR18650PF3,72,9101,45500227
Sony US18650VTC63,73,1305300242
LG INR18650MH13,73,2101,6500250
Samsung INR18650-35E3,73,5101,8500273
Samsung INR21700-50E 3,75102,5500272


Kritiske kriterier for valg af disse celletyper var: kapacitet (> = 2,9Ah), energitæthed (> = 240 W / Kg), pris, kvalitetsproducent, tilgængelighed, ladestrøm (> = 0,5C), udladningsstrøm (> = 10A ) og ladecyklusser (> = 500).

VELOKS producerer sine batterier fra bunden, hvilket gør det muligt for os at gøre brug af de bedste battericeller på markedet og foretage hurtige ændringer, når teknologien udvikler sig.

Da vi startede i 2015, brugte vi Panasonic NCR18650PF, da disse var og er meget gode celler til prisen. Derefter skiftede vi til LG INR18650MH1, som er ens i pris, men har mere kapacitet. Siden foråret 2019 har vi brugt INR18650-35E og INR21700-50E cellerne fra Samsung, da disse nu er prisbillige og har større kapacitet. Den seneste tid har vi tilføjet celler med høj strøm for at understøtte vores nye 4000w og 6000w MK3 modeller. 

DESIGN

Oprettelse af batterier fra individuelle lithiumceller sker ved at forbinde X antal lige lithiumceller parallelt, skabe en "samlet battericelle" med en X * cellekapacitet og derefter forbinde Y-antallet af disse "samlede battericeller" i serie indtil det ønskede nominel spænding er nået ..

Denne type batterikonfiguration er specificeret som for eksempel 16S17P, hvilket betyder 16 aggregatceller i serie (16 x S), hvor hver aggregatcelle har 17 lithiumceller parallelt (17 x P).

De konfigurationer, vi bruger, er altid 16 "samlede battericeller" i serie for at skabe et 60 V nominelt batteri (faktisk 59 Volt mere præcist, men dette kaldes normalt 60V). Til de forskellige batterikapaciteter bruger vi følgende konfigurationer:

Kapacitet [kWh]Config.Celle #Vægt [KG]Udledningsstrøm [A]Densitet [W / Kg]
1,316S07P1125,4210242
2,416S13P20810,0390242
2,716S13P20810.0130273
3,316S11P17612,1110272
3,716S20P32015,4600242
4,216S14P22415,4140272
5,116S17P27218,8170272

Når en given konfiguration er etableret, er det vigtigt at validere, at batteriets egenskaber opfylder kravene.

Til vores trike- og motordesign har vi brug for et batteri, som er i stand til at levere fra 250 watt op til 6000 watt kontinuerligt og er i stand til at håndtere regenerering og opladningskrav.

Spændingen på lithiumceller varierer fra 4,2 V fuldt opladet til 3,0 V fuldt afladet, så batteriets faktiske spænding oplades fra 67,2 volt fuldt ændret ned til 49 volt fuldt afladet. Så for at generere f.eks. 3000w kontinuerligt ved en hvilken som helst ladetilstand, vil den krævede strøm variere fra 3000 / 67,2 = 45A til 3000/49 = 61A kontinuerlig strøm.

De litiumceller, som vi bruger, er alle i stand til at generere 10A fortsætter afladningsstrømmen hver, så for den mindste kapacitet på 1,5 kWh har vi 7 af disse er parallelle, hvilket giver en maksimal kontinuerlig strøm på 7 * 10A = 70A, hvilket er tilstrækkeligt til opfylder dette krav. Hvis vi tager det største batteri på 5,1 kWh kapacitet, er dette 17 * 10A = 170A eller mere end 2,8 gange mere end krævet ved 3000 Watt.

Batteristyringssystemet (BMS) installeret i VELOKS-batterier giver beskyttelse for:

    - Maks. udledningsstrøm
    - Maks. opladning (Regen) nuværende
    - Min. og Max. spænding til batteri
    - Min. og Max. spænding for hver celle
    - Kortslutning til batteri
    - Min. og Max. ladetemperatur
    - Min. og Max. udledningstemperatur
    - Forkert cellebalance


Standardkonfigurationen er som følger:

    - For standardstrømbatteriet er det maks. udledningskur. 60A.
    - For højstrømbatteriet er det maks. udledningskur. 120A.
    - Maks. opladning (regen) cur. er afhængig af batteritype.
    - Min. og Max. Batterispændingsbeskyttelse er indstillet til henholdsvis 68V og 46V.
    - Min. og Max. Cellespændingsbeskyttelse er indstillet til henholdsvis 4,25V og 2,85V.
    - Min. og Max. udløbstemperatur henholdsvis 20 grader celsius og plus 60 grader celsius
    - Min. og Max. opladningstemperatur henholdsvis 0 grader celsius og plus 60 grader celsius
    - Når der er mere end 0,005v celle diff, sker der balance mellem 65,6 volt og 67,36 volt.

BMS kan overvåges og konfigureres trådløst via Bluetooth af VELOKS.

MEKANIK

Lad os nu tale om, hvordan man faktisk sætter batteriet sammen, og lad os diskutere, hvordan man gør dette på en optimal måde. Områderne, der skal overvejes, er:

      - Batteriets størrelse og form
      - Celleforbindelse
      - Nuværende strøm
      - Montering af celler og batteri
      - Design af batteriboks

Batteriets størrelse og form

Den nemmeste og mest optimale form på et batteri er en rektangulær form, hvor cellerne er parallelle i en retning, og i serie i den ortogonale retning. Dette skyldes, at denne form muliggør den mest optimale strømning mellem cellerne og det mest kompakte design.

Spørgsmålet med denne form er, at det kan være vanskeligt at rumme for visse typer cykler, hvor pladsen er begrænset eller begrænset på andre måder.

VELOKS er designet fra grunden til elektrisk drev, og batteriets form og placering var et vigtigt designkriterium. Dette har gjort det muligt for os at bruge den optimale rektangelform og har endda gjort det muligt for os at variere bredden på formen i vid udstrækning uden nogen negativ påvirkning.

Mere på vej....

OPLADNING

Opladning af lithiumionceller er ret simpelt og kræver en oplader, der kan håndtere konstant strøm (CC) i den indledende fase og konstant spænding (CV) i den sidste fase af opladningscyklussen.

Under opladning må den maksimale opladningsstrøm normalt ikke overstige 0,5 C (hvilket svarer til den strøm, der er nødvendig for at aflade et fuldt opladet batteri på to timer).

Opladning ud over 0,5 ° C er mulig, men afkøling af batteriet er påkrævet. Eksempler på dette er den såkaldte superopladning, der bruges af TESLA til deres elbiler, men dette er naturligvis uden for rammerne for e-cykler og e-trikes.

Når man begynder at oplade, vil opladeren være i CC-tilstand, og når spændingen når 4,2 volt for cellen, skifter opladeren til CV-tilstand, og CV-tilstanden holdes, mens strømmen reduceres, indtil den når 0,1C, og hvilken punkt cellen er fuldt opladet (se graf nedenfor)


Lithium battery Charge Profile

Opladeren må ikke overstige den maksimalt tilladte ladestrøm for batteriet.

Opladning ved temperaturer under nul grader celsius skal også undgås, da dette vil ødelægge lithiumioncellerne. Denne beskyttelse håndteres af Battery Management System (BMS), som er beskrevet senere.

For lithiumionceller er den maksimale spænding altid 4,2 V pr. Celler. For VELOKS-batterierne, hvor 16 celler er forbundet i serie, er max. opladningsspænding er 16 X 4,2 volt = 67,2 volt.

Tilsvarende er vi nødt til at bestemme den maksimale opladningsstrøm for batteriet. For de konfigurationer, vi bruger, kan vi beregne den maksimale ladestrøm som:

Kapacitet [kWh]Config.CalcOpladningsstrøm [A]Celletype
1,316S07P7 * 535Sony US18650VTC6
2,416S13P13* 565Sony US18650VTC6
2,716S13P13 * 1,823Samsung INR18650-35E
3,316S17P17 * 2,528Samsung INR21700-50E
3,716S20P20 * 5100Sony US18650VTC6
4,216S14P14 * 2,535Samsung INR21700-50E
5,116S17P17 * 2,543Samsung INR21700-50E

Som det kan ses, er den standardoplader på 8A, som vi leverer, et sikkert valg for alle batterier. For alle undtagen det mindste batteri er 18A også et godt valg.

For maksimal opladningshastighed leverer vi en oplader på 27A, som er velegnet til de 3 største batterier.

REGENERATION

Regenerering svarer til opladning og skal følge de samme regler som opladning. Forskellen er, at spændingen og strømmen stammer fra motoren, som gennem motorregulatoren oplader batteriet, samtidig med at den tilvejebringer mekanisk modstand (bremsning) til hjulet i forhold til regenererings- (opladningsstrømmen)

Motorstyringen styrer spænding og strøm til batteri, så det ikke for VELOKS-batterier overskrider 67,2 volt, og strømmen er begrænset afhængigt af batterikapaciteten og ladningstilstanden.

Den maksimale regenereringsstrøm som funktion af batterikapaciteten og spændingen er specificeret for hvert batteri med hensyn til maks. regenereringskraft:

Kapacitet [kWh]Config.CalcRegen Power [kW]Celletype
1,316S07P60 * 352,0Sony US18650VTC6
2,416S13P60 * 653,8Sony US18650VTC6
2,716S13P60 * 231,4Samsung INR18650-35E
3,316S11P60 * 281,6Samsung INR21700-50E
3,716S20P60 * 1006.0Sony US18650VTC6
4,216S14P60 * 352,1Samsung INR21700-50E
5,116S17P60 * 432,5Samsung INR21700-50E

I praksis er den maksimale regeneffekt konfigureret til ikke at overstige 1500W for baghjulsdrevversionen af MK3 for ikke at miste trækkraft. For forhjulstrækningen og alle hjulversioner er der ingen problemer med trækkraft, og de kan have den maksimale regenereringseffekt.

Controlleren skal også begrænse den strøm, der sendes til batteriet, når batteriet er tæt på fuldt opladet. Dette gøres ved at starte rampe ned af regenereringsstrømmen ved 66,5 volt batterispænding og rampe ned til nul ved 67,2 volt batterispænding.


Levetid

Hver af de valgte lithiumceller er designet til at bevare 80% af deres kapacitet efter 500 opladningscyklusser. Men dette kræver, at hver ikke behandles uden for deres specifikationer, dvs. vi må ikke overstige: max. afgangsstrøm, maks. oplad strøm, min og maks. driftstemperatur og opbevaring af batterier på lang sigt kun mellem 80% og 50% SOC.

En opladningscyklus defineres som en fuldstændig afladning fra fuld til tom efterfulgt af en opladning til fuld igen. Hvis du aflader dit batteri fra fuldt til 50% tomt og derefter genoplader til 100%, tæller det som en halv opladningscyklus.

Levetiden på 500 cyklusser er gyldig, når du oplader batteriet til 100% kapacitet hver gang.

Hvis du altid oplader kapaciteten til kun 80%, fordobles antallet af cyklusser (dvs. 1000 cyklusser), før kapaciteten reduceres til 80%.

Men opladning til 80% er ikke så let med de fleste af nutidens opladere, da de er konfigureret til at stoppe opladningen ved 100%. Den eneste oplader, som jeg er opmærksom på, der i øjeblikket understøtter opladning til 80% (eller til ethvert niveau) er GRIN Satiator. Desværre kan dette kun levere en maksimal ladestrøm på 5A. Et "hack" til de andre opladere er at afbryde opladningen manuelt ved at fjerne opladningsstikket, når kapaciteten har nået 80% eller ca. 63 volt (til et 60V nominelt batteri).

linkedin facebook pinterest youtube rss twitter instagram facebook-blank rss-blank linkedin-blank pinterest youtube twitter instagram