Аккумулятор на заказ: расчёт, BMS и производство — RUNPOWER

Готовый аккумулятор из каталога подходит не для каждой задачи.

Если батарея устанавливается в промышленное оборудование, роботизированную платформу, беспилотник, электротранспорт или специальное устройство, часто появляются ограничения по габаритам, напряжению, току, массе и температуре.

В таком случае аккумулятор приходится проектировать под конкретное оборудование.

И хороший результат начинается не со сборки ячеек, а с правильно составленного технического задания.

Что значит «аккумулятор под заказ»

Это не просто батарея другой ёмкости.

Производителю нужно подобрать и согласовать:

• тип элементов;
• рабочее напряжение;
• ёмкость;
• конфигурацию;
• постоянный ток;
• пиковый ток;
• BMS;
• корпус;
• разъёмы;
• проводку;
• размеры;
• температурный режим;
• требования к ресурсу.

RUNPOWER занимается полным циклом разработки аккумуляторов — от расчёта и проектирования до сборки, испытаний и готового изделия. На производстве используются Li-Ion, Li-Po, LiFePO4, Semi-Solid и Na-Ion технологии.

Первый параметр — рабочее напряжение

Аккумулятор должен соответствовать электрическим требованиям устройства.

Недостаточное напряжение может привести к неправильной работе оборудования.

Слишком высокое — к повреждению электроники.

Поэтому исходным параметром обычно становится рабочее напряжение системы.

От него уже рассчитывается количество последовательно соединённых элементов.

Именно отсюда появляются обозначения вроде:

• 4S;
• 6S;
• 8S;
• 12S.

Буква S показывает количество последовательно соединённых групп ячеек.

Второй параметр — ёмкость

Ёмкость показывает запас электрического заряда батареи.

Но фраза «нужно как можно больше А·ч» — плохое техническое задание.

Чем выше ёмкость, тем обычно:

• больше элементов;
• выше масса;
• больше габариты;
• выше стоимость.

Поэтому ёмкость нужно рассчитывать относительно необходимого времени автономной работы.

Иногда батарея меньшей ёмкости, но оптимизированная под конкретную нагрузку, оказывается гораздо рациональнее чрезмерно большой сборки.

Средний и пиковый ток — разные вещи

Оборудование редко работает всё время с одинаковой нагрузкой.

Электродвигатель при запуске может кратковременно потреблять гораздо больше энергии.

Дрон при наборе высоты — тоже.

Промышленный привод получает повышенную нагрузку в определённые моменты рабочего цикла.

Поэтому производителю желательно передать минимум два параметра:

постоянный рабочий ток и максимальный кратковременный ток.

Если учитывать только среднее потребление, батарея может нормально работать в спокойном режиме и проседать именно тогда, когда от неё требуется максимальная мощность.

Почему важен тип аккумуляторных ячеек

Разные технологии имеют разные характеристики.

Li-Ion

Широко используются в мобильном оборудовании, электротранспорте, робототехнике и автономных системах.

Li-Po

Часто применяются там, где важна высокая токоотдача и особенности форм-фактора.

LiFePO4

Может быть интересен для задач, где большое значение имеют ресурс и эксплуатационная устойчивость.

Semi-Solid

Полутвердотельные элементы используются в проектах, где особенно важно получить высокий запас энергии при ограниченной массе.

Na-Ion

Натрий-ионная технология рассматривается для отдельных задач, включая эксплуатацию при низких температурах. В ассортименте RUNPOWER уже представлены натрий-ионные элементы.

Выбирать химию только по названию технологии неправильно.

Важен конкретный режим эксплуатации.

Что такое BMS и зачем она нужна

BMS — система управления аккумуляторной батареей.

В зависимости от конструкции она может контролировать:

• напряжение элементов;
• заряд;
• переразряд;
• ток;
• короткое замыкание;
• температуру;
• балансировку ячеек.

Для сложной аккумуляторной системы BMS является частью проекта, а не дополнительным аксессуаром.

RUNPOWER указывает настройку и проверку BMS среди ключевых этапов производства и испытаний аккумуляторов.

Почему нужно заранее знать габариты

Бывает, что электрически идеальная батарея физически не помещается в оборудование.

Поэтому ещё до проектирования стоит определить максимальные:

длину × ширину × высоту.

Особенно это важно для:

• дронов;
• роботов;
• электротранспорта;
• портативного оборудования;
• модернизации существующей техники.

Если аккумулятор должен заменить штатную батарею, лучше передать производителю размеры посадочного места и особенности крепления.

Вес иногда важнее ёмкости

В стационарной системе несколько дополнительных килограммов могут быть несущественны.

В мобильной технике ситуация другая.

Для дрона лишняя масса уменьшает полезную нагрузку и влияет на продолжительность полёта.

Для мобильного робота — на энергозатраты приводов.

Для переносной техники — на удобство использования.

Поэтому в техническом задании желательно указать не только максимальные размеры, но и допустимую массу аккумулятора.

Температурные условия нельзя оставлять «на потом»

Аккумулятор, который прекрасно работает в помещении при +20 °C, может вести себя совершенно иначе на морозе.

Поэтому необходимо заранее определить:

• минимальную рабочую температуру;
• максимальную рабочую температуру;
• температуру зарядки;
• возможность эксплуатации на улице;
• необходимость утепления или термостабилизации.

На производственной странице RUNPOWER температурные условия выделены как один из основных параметров проектирования аккумулятора.

Для какого оборудования делают заказные батареи

Практически для любой техники, где стандартное решение не подходит.

Например:

• дроны и БПЛА;
• роботизированные комплексы;
• профессиональные радиостанции;
• телекоммуникационное оборудование;
• электросамокаты;
• электровелосипеды;
• складская техника;
• клининговые машины;
• серверная инфраструктура;
• автономное промышленное оборудование.

RUNPOWER заявляет разработку аккумуляторов для этих и других направлений на собственной производственной площадке в Москве.

Чем индивидуальное производство отличается от простой сборки

Внешне и то и другое заканчивается аккумуляторным блоком.

Разница — в процессе.

При инженерном производстве сначала рассчитываются рабочие параметры, затем выбираются ячейки, конфигурация, защита и конструкция.

После сборки батарея должна пройти испытания.

RUNPOWER указывает, что ячейки перед сборкой проверяются по ёмкости и внутреннему сопротивлению, а готовые аккумуляторы проходят нагрузочное тестирование, балансировку и проверку BMS; результаты фиксируются в технической документации.

Это особенно важно для оборудования, где батарея работает под высокой или переменной нагрузкой.

Нужно ли сразу заказывать большую серию

Не обязательно.

Для нового проекта логичнее сначала изготовить опытный образец.

На нём можно проверить:

• реальные габариты;
• массу;
• автономность;
• нагрев;
• работу под пиковой нагрузкой;
• совместимость с оборудованием;
• удобство установки.

После испытаний конструкцию при необходимости корректируют и только потом переходят к серии.

RUNPOWER указывает возможность выпуска тестового образца от семи рабочих дней, а серийной партии — от двух недель.

Как составить техническое задание на аккумулятор

Хорошее ТЗ не обязательно должно занимать двадцать страниц.

Для первоначального расчёта обычно достаточно указать:

1. назначение оборудования;
2. рабочее напряжение;
3. желаемую ёмкость;
4. постоянный ток;
5. пиковый ток;
6. максимальные размеры;
7. допустимую массу;
8. разъём;
9. условия эксплуатации;
10. необходимое время автономной работы;
11. предполагаемый объём партии.

Если каких-то параметров нет, лучше прямо это указать, а не придумывать цифры.

Инженеры смогут предложить несколько вариантов конфигурации.

Когда заказной аккумулятор действительно оправдан

Индивидуальная разработка особенно полезна, когда:

• подходящей серийной батареи нет;
• есть жёсткие ограничения по размерам;
• нужно уменьшить массу;
• требуется большой рабочий ток;
• нужны нестандартные разъёмы;
• техника работает на морозе или в тяжёлых условиях;
• требуется серийно повторяемый источник питания;
• нужно заменить снятую с производства батарею;
• разрабатывается собственное оборудование.

В этих случаях попытка адаптировать случайную готовую батарею часто создаёт больше ограничений, чем решает.

Где посмотреть варианты аккумуляторов и производства

RUNPOWER занимается разработкой и производством аккумуляторных систем на собственной площадке в Москве, включая индивидуальные и серийные проекты.

Подробнее о направлениях производства, технологиях и доступных вариантах аккумуляторов: www.run-power.ru/cell.

Частые вопросы

Какой тип аккумулятора лучше?

Зависит от оборудования и режима эксплуатации. Сравнивать технологии нужно по конкретным требованиям к току, массе, температуре и ресурсу.

Можно ли изготовить один опытный образец?

Да. Для нестандартных проектов это разумный этап перед серийным производством.

Можно ли сделать аккумулятор по размерам старой батареи?

Во многих случаях да, если внутри заданного корпуса можно разместить необходимую конфигурацию элементов и систему защиты.

Нужно ли знать точную модель ячеек заранее?

Нет. Правильнее передать производителю требования к батарее, а ячейки подобрать уже исходя из них.

Можно изготовить аккумулятор для дрона или робота?

Да. Такие направления прямо входят в перечень применений аккумуляторных систем RUNPOWER.

Вывод

Заказной аккумулятор начинается не с выбора красивого корпуса и даже не с конкретной марки ячеек.

Сначала нужно определить:

напряжение → ёмкость → ток → габариты → массу → температуру → ресурс → условия эксплуатации.

И уже под эти параметры подбираются технология, конфигурация элементов, BMS и конструкция батареи.

Так аккумулятор проектируется именно под оборудование, а не оборудование приходится переделывать под случайно найденную батарею.

*на правах рекламы.