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 Lithium-celler i sine batterier. I dag er der kun en håndfuld Lithium-celleproducenter, de vigtigste 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 i timen) varierer afhængigt af kemi og størrelse. Tilsvarende vil den kontinuerlige maksimale udladningsstrøm og den maksimale ændringsstrøm variere uddybning 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 US18650VTC63,73,1305500242
LG INR18650MH13,73,2101,6500250
Samsung INR18650-35E3,73,5101,73500273
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 batteri fra individuelle Lithium-celler udføres ved at forbinde X-antal lige store Lithium-celler parallelt, skabe en "samlet battericelle" med en X * -cellekapacitet og derefter forbinde Y-nummeret af disse "aggregerede battericeller" i serie, indtil det ønskede nominel spænding er nået.

Denne type batterikonfiguration er specificeret som for eksempel 16S17P, hvilket betyder 16 aggregerede celler i serie (16 x S), hvor hver samlet celle har 17 Lithium-celler 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
2,516S12P2089,2130273
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 samlede egenskaber opfylder kravene.

I tilfælde af vores trike- og motordesign har vi brug for et batteri, som er i stand til at levere fra 250 Watt til 6000 Watt kontinuerligt, og er i stand til at håndtere regenererings- og opladningskrav.

Spændingen på litiumceller varierer fra 4,2 V fuldt opladet til 3,0 V fuldt udladet, så den faktiske spænding på batteriet oplades fra 67,2 volt fuldt skiftet ned til 49 volt fuldt udladet. Så for at generere for eksempel 3000w kontinuerligt ved enhver ladningstilstand, varierer den krævede strøm fra 3000 / 67,2 = 45A til 3000/49 = 61A kontinuerlig strøm.

De litiumceller, som vi bruger, er alle i stand til at generere 10A kontinuerlig udladningsstrøm hver, så for den mindste kapacitet på 1,5 kWh har vi 7 af disse parallelle, hvilket giver en maksimal kontinuerlig strøm på 7 * 10A = 70A, hvilket er tilstrækkeligt til at 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 samler batteriet, og lad os diskutere, hvordan man gær dette på den mest optimal måde. De områder, der skal overvejes, er:

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

Størrelse og form på batteriet

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 litiumionceller er ganske enkle og kræver en oplader, der kan håndtere konstant strøm (CC) i den indledende fase og konstant spænding (CV) i slutfasen af ladecyklussen.

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

Opladning ud over 0,5 C er mulig, men køling af batteriet er påkrævet. Eksempler på dette er den såkaldte superopladning, som TESLA bruger til deres elbiler, men dette er åbenlyst uden for anvendelsesområdet for e-cykel 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

Den anvendte oplader må ikke overskride batteriets maksimale tilladte spænding eller batteriets maksimale tilladte ladestrøm.

Opladning ved temperaturer under 0 grader Celsius skal undgås, da dette vil ødelægge Lithium-ioncellerne. Denne beskyttelse håndteres af Battery Management System (BMS), som er beskrevet senere.

For litiumionceller er den maksimale spænding altid 4,2 V pr. celle. For VELOKS-batterierne, hvor 16 celler er tilsluttet i serie, er det maks. ladespænding 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
2,516S12P12 * 1,721Samsung 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 standardopladeren til 8A, som vi leverer, et sikkert valg for alle batterier og for alle. Men det mindste batteri, 18A er også et godt valg.

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

REGENERATION

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

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
2,516S12P60 * 211,2Samsung 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 Lithium-celler er designet til at bevare 80% af deres kapacitet efter 500 opladningscyklusser. Men dette kræver, at hver af dem ikke behandles uden for deres specifikationer, dvs. vi må ikke overskride: max. afgangsstrøm, maks. opladningsstrøm, min og maks. driftstemperaturer og kun opbevaring af batterier mellem 80% og 50% SOC.

En opladningscyklus defineres som en fuldstændig udladning fra fuld til tom, efterfulgt af en opladning til fuld igen. Hvis du altid oplader dit batteri ved 50% tomt, skal du oplade to gange for at nå en fuld cyklus.

Levetiden for de 500 cyklusser er gyldig, når batteriet oplades til 100%-kapacitet.

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

Men opladning til 80% er ikke så let med de fleste opladere i dag, da de er konfigureret til at stoppe opladningen ved 100%. Jeg er opmærksom på den eneste oplader, der i øjeblikket understøtter opladning til 80% (eller til ethvert niveau) er GRIN Satiator, desværre kan dette kun levere et maks. 5A af ladestrøm. Et "hack" til de andre opladere er at manuelt afbryde opladning ved at fjerne opladningsproppen, når kapaciteten er nået 80% eller ca. 63 volt (for et 60 V nominelt batteri).

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