عمر چرخه باتری یکی از اولین مشخصاتی است که توسط سازندگان سه چرخه برقی، اپراتورها و توزیع کنندگان بررسی شده است. با این حال، شکل نشان داده شده در برگه اطلاعات به طور کامل توضیح نمی دهد که باتری تا چه مدت در عملکرد واقعی مفید باقی می ماند. کیفیت سلول، عمق دشارژ، شرایط شارژ، محموله، گرادیان جاده، دما و مدیریت باتری، همگی بر عمر سرویس نهایی تأثیر میگذارند.
یک چرخه به طور کلی زمانی شمارش می شود که دشارژ انباشته شده به 100٪ ظرفیت نامی باتری برسد. به عنوان مثال، دو تخلیه 50٪ تقریباً برابر با یک سیکل کامل است. پایان عمر چرخه معمولاً به این معنی نیست که باتری به طور ناگهانی کار نمی کند. معمولاً به این معنی است که ظرفیت باقیمانده آن به یک سطح تعریف شده کاهش یافته است، معمولاً 80٪ از ظرفیت نامی اولیه.
1. LiFePO4 شیمی سلولی و درجه سلولی
فسفات آهن لیتیوم، که معمولاً به عنوان LiFePO4 یا LFP شناخته می شود، به طور گسترده در سه چرخه های برقی استفاده می شود زیرا عملکرد حرارتی پایدار، عمر چرخه طولانی و خروجی جریان بالا قابل اعتماد را ترکیب می کند. در مقایسه با باتریهای سرب{3}}اسید، یک بسته باتری LFP میتواند انرژی قابل استفاده بیشتری را با وزن کمتر فراهم کند و بار وارد شده بر روی شاسی، سیستم تعلیق و درایو را کاهش دهد.
درجه سلول به اندازه شیمی باتری مهم است. سلولهای درجه-یک خودرو تحت کنترلهای دقیقتری برای ظرفیت، مقاومت داخلی، تخلیه خود-و ثبات تولید میشوند. سلولهای درجه پایینتر ممکن است در ابتدا به ولتاژ و ظرفیت اعلام شده برسند، اما تفاوتهای بین سلولهای جداگانه پس از شارژ و دشارژ مکرر آشکارتر میشود.
هنگامی که یک سلول ضعیف زودتر از سایرین به حد مجاز ولتاژ خود می رسد، BMS باید کل بسته را از شارژ یا دشارژ متوقف کند. در نتیجه، ظرفیت قابل استفاده باتری کامل می تواند کاهش یابد حتی اگر اکثر سلول ها هنوز در شرایط قابل قبولی هستند. به همین دلیل است که منبع سلولی، درجه بندی و بازرسی ورودی برای عملکرد طولانی مدت باتری- ضروری است.
2. عمق تخلیه
عمق دشارژ یا DoD توصیف می کند که چه مقدار از ظرفیت باتری موجود در طول هر چرخه عملیاتی استفاده می شود. سه چرخه ای که به طور منظم از 80 درصد انرژی موجود خود استفاده می کند، نسبت به چرخه ای که به طور مکرر تا حداقل ولتاژ قطع{2} خود تخلیه می شود، فشار کمتری به سلول ها وارد می کند.
تخلیه عمیق تر مسافت پیموده شده بیشتری را در هر بار شارژ فراهم می کند، اما استرس الکتروشیمیایی را نیز افزایش می دهد. بنابراین اپراتورهای ناوگان باید به جای انتخاب کوچکترین باتری که به سختی می تواند مسافت مورد نیاز را تکمیل کند، ظرفیت را بر اساس مسیر واقعی روزانه انتخاب کنند.
به عنوان مثال، اگر یک وسیله نقلیه تقریباً تمام ظرفیت باتری را هر روز کاری مصرف کند، انتخاب بسته بزرگتر می تواند میانگین وزارت دفاع را کاهش دهد. این کار برد بیشتری را برای بارهای سنگین، تاخیر در ترافیک، تپه ها و قدیمی شدن باتری فراهم می کند و در عین حال به افزایش عمر مفید بسته کمک می کند.
تحت شرایط عملیاتی و آزمایشی مشخص، بستههای باتری LFP ما به گونهای طراحی شدهاند که بیش از 4000 چرخه شارژ و دشارژ را با 80% DoD ارائه میکنند، قبل از اینکه ظرفیت باقیمانده به حدود 80% برسد. نتایج واقعی به پیکربندی خودرو و محیط عملیاتی بستگی دارد.
3. شارژ جریان و شارژر سازگاری
هر بسته باتری دارای یک جریان شارژ توصیه شده و حداکثر است. جریان شارژ بالاتر می تواند زمان شارژ را کوتاه کند، اما همچنین گرمای بیشتری را در داخل سلول ها تولید می کند. شارژ مکرر در حداکثر جریان مجاز ممکن است پیری را تسریع کند، به خصوص در دمای بالای محیط.
شارژر باید با شیمی باتری، ولتاژ اسمی و ولتاژ انتهای شارژ-- مطابقت داشته باشد. شارژر در نظر گرفته شده برای یک باتری سرب{3}اسیدی نباید به طور خودکار برای باتری LFP استفاده شود، حتی زمانی که به نظر می رسد هر دو سیستم دارای ولتاژ اسمی مشابهی هستند. پروفیل های شارژ و محدودیت های ولتاژ آنها می تواند متفاوت باشد.
برای پیکربندیهای استاندارد، بستههای 51.2 ولتی ما از ولتاژ انتهای شارژ 58.0 ولت استفاده میکنند، در حالی که نسخههای 64 ولت از 73.0 ولت استفاده میکنند. خروجی شارژر، پروتکل ارتباطی و نوع کانکتور باید قبل از تولید تأیید شود. تطبیق صحیح سلول ها را از شارژ بیش از حد محافظت می کند و به BMS اجازه می دهد تا بسته را به درستی متعادل کند.
4. جریان تخلیه، قدرت موتور و بار
سه چرخه های برقی اغلب در شرایط سخت تری نسبت به دوچرخه های برقی معمولی کار می کنند. مدلهای بار ممکن است محصولات کشاورزی، ابزار، بستهها یا مصالح ساختمانی را حمل کنند. سه چرخه های مسافری باید استارت های مکرر، ازدحام ترافیک و تغییر بار را در طول روز انجام دهند.
شروع با بار سنگین یا بالا رفتن از یک جاده شیب دار نیاز به جریان بالایی از باتری دارد. اگر موتور و کنترل کننده به طور منظم جریانی نزدیک یا بالاتر از حد طراحی باتری را تقاضا کنند، سلول ها و اتصالات الکتریکی گرمای اضافی تولید می کنند. پیک های مکرر جریان می تواند مقاومت داخلی را افزایش داده و از دست دادن ظرفیت را تسریع کند.
باتری باید با توجه به قدرت موتور، جریان کنترل کننده، وزن خودرو، بار مورد انتظار، شیب جاده و سرعت مورد نیاز انتخاب شود. محدوده استاندارد ما شامل پیکربندی های 51.2 ولت و 64 ولت با ظرفیت های 60 تا 314 آمپر ساعت است. حداکثر جریان تخلیه در مدلهای انتخابی به 150 آمپر میرسد و خروجی پایداری را برای بارهای سنگین-و ناوگان حمل میکند.
انتخاب قابلیت جریان کافی فقط مربوط به عملکرد نیست. همچنین از کارکرد مداوم باتری نزدیک به حد مجاز خود جلوگیری می کند که برای عمر مفید مفید است.
5. دمای عملیاتی
دما تأثیر مستقیمی بر عملکرد باتری و پیری دارد. دمای بالا باعث تسریع واکنش های شیمیایی ناخواسته در داخل سلول ها می شود. هنگامی که گرمای محیط با جریان شارژ یا دشارژ بالا ترکیب می شود، تخریب باتری می تواند به طور قابل توجهی سریعتر شود.
دمای پایین تاثیر متفاوتی دارد. آنها به طور موقت قدرت موجود را کاهش می دهند و مقاومت داخلی را افزایش می دهند. اگر BMS محافظت مناسبی را ارائه ندهد، شارژ باتریهای لیتیومی در دمای بسیار پایین نیز میتواند به سلولها آسیب برساند.
بستههای باتری ما برای عملکرد در محدوده دمایی تقریباً -20 درجه تا 60 درجه، با حفاظت BMS برای شرایط دمایی غیرعادی طراحی شدهاند. با این وجود، بهترین نتایج چرخه عمر زمانی حاصل می شود که باتری بیشتر زمان کار و شارژ خود را در محدوده دمایی متوسط سپری کند.
برای پروژهها در بازارهای آب و هوای گرمسیری، بیابانی یا سرد-، محیط عملیاتی باید در مرحله انتخاب مورد بحث قرار گیرد. طراحی محفظه، موقعیت نصب، تهویه، عایق و مدیریت حرارتی اختیاری ممکن است همه باید در نظر گرفته شوند.
6. کیفیت سیستم مدیریت باتری
BMS بسته کامل باتری را نظارت و از آن محافظت می کند. عملکردهای اصلی آن عبارتند از: محافظت در برابر شارژ بیش از حد، حفاظت از تخلیه بیش از حد، حفاظت در برابر جریان بیش از حد، حفاظت از اتصال کوتاه-، نظارت بر دما و تعادل سلول.
اندازه گیری دقیق ولتاژ از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اگر BMS به سلولی اجازه دهد که بالاتر یا کمتر از محدوده ولتاژ ایمن خود باقی بماند، آن سلول ممکن است سریعتر از بقیه بسته پیر شود. متعادل سازی موثر اختلاف ولتاژ بین سلول ها را کاهش می دهد و به باتری کمک می کند ظرفیت قابل استفاده بیشتری را در طول زمان حفظ کند.
امتیاز جریان BMS باید با کنترل کننده موتور نیز مطابقت داشته باشد. اگر خیلی کم باشد، ممکن است سیستم در حین شتاب گیری یا صعود قطع شود. اگر آستانههای حفاظتی خیلی بالا تنظیم شوند، سلولها و اتصالات ممکن است در معرض استرس غیرضروری قرار بگیرند. برای پروژه های OEM و ناوگان، تنظیمات BMS باید با توجه به بار الکتریکی واقعی خودرو به جای تکیه بر توان اسمی موتور انتخاب شود.
7. تطبیق سلول و مونتاژ بسته باتری
عمر طولانی باتری-به چیزی بیشتر از سلول های خوب بستگی دارد. سلول های داخل یک بسته باید از نظر ظرفیت، مقاومت داخلی و ولتاژ مطابقت داشته باشند. قوام ضعیف باعث شارژ و دشارژ ناهموار می شود که به تدریج انرژی قابل استفاده کل سیستم را کاهش می دهد.
کیفیت مونتاژ نیز بر مقاومت و تولید گرما تأثیر می گذارد. شینه ها، نقاط جوش، کابل ها، کانکتورها، فیوزها و پایانه ها باید برای جریان مورد انتظار اندازه شوند. اتصالات شل یا اجزای رسانای ناکافی مقاومت موضعی ایجاد می کند که منجر به از دست دادن ولتاژ و گرمای بیش از حد می شود.
در طول تولید باتری، آزمایش ظرفیت، اندازهگیری مقاومت داخلی، بازرسی عایق، تأیید BMS و آزمایش تخلیه{0}}به شناسایی مشکلات قبل از ارسال کمک میکند. برای کاربردهای وسایل نقلیه بار بالا، مقاومت در برابر لرزش و تثبیت مکانیکی سلولها به یک اندازه مهم هستند.
8. آب، گرد و غبار و ارتعاش جاده
سه چرخه های برقی تجاری اغلب در معرض باران، گل، گرد و غبار و جاده های ناهموار هستند. رطوبت وارد شده به محفظه می تواند پایانه ها و قطعات الکترونیکی را خورده کند، در حالی که لرزش مکرر می تواند اتصالات را شل کند یا به سلول های ضعیف آسیب برساند.
محفظه های فلزی استاندارد ما محافظت IP65 در برابر گرد و غبار و جت های آب مانند باران شدید و پاشش جاده را ارائه می دهند. IP65 به این معنی نیست که باتری باید در فاصله نزدیک با آب فشار قوی زیر آب قرار گیرد یا تمیز شود. نصب صحیح و بازرسی منظم مهر و موم، اتصالات و نقاط نصب ضروری است.
باتری نیز باید محکم روی خودرو نصب شود. حرکت در داخل یک محفظه باتری بزرگ می تواند ضربه های مکرر را به محفظه و اجزای داخلی منتقل کند و قابلیت اطمینان مکانیکی را کاهش دهد.
9. استفاده روزانه و شیوه های ذخیره سازی
عادات عملیاتی می تواند به طور قابل توجهی بر عمر باتری تأثیر بگذارد. وسایل نقلیه را نباید برای مدت طولانی در حالت تخلیه کامل رها کرد. پس از یک شیفت کاری، باتری باید با استفاده از شارژر تایید شده شارژ شود و در صورت وجود گرما، ضربه یا قرار گرفتن در معرض آب غیرعادی بررسی شود.
برای نگهداری طولانی مدت، بسته باید در یک محیط خشک و تهویه شده به دور از نور مستقیم خورشید و دمای شدید نگهداری شود. وضعیت شارژ باید به صورت دوره ای بررسی شود زیرا BMS و سایر وسایل الکترونیکی حتی زمانی که خودرو کار نمی کند مقدار کمی انرژی مصرف می کند.
مدیران ناوگان همچنین می توانند مسافت پیموده شده، زمان شارژ و رویدادهای غیرعادی خاموش شدن را ثبت کنند. کاهش ناگهانی مسافت مسیر ممکن است نشان دهنده تغییرات در فشار تایر، کشش مکانیکی، راندمان موتور، محموله یا وضعیت باتری باشد. بررسی کامل خودرو از تعویض باتری در زمانی که علت واقعی جای دیگری است، جلوگیری می کند.
آنچه خریداران باید قبل از سفارش تایید کنند
قبل از ثبت سفارش عمده یا OEM، خریداران باید اطلاعات زیر را ارائه دهند:
- قدرت نامی و اوج موتور
- ولتاژ کنترل کننده و حداکثر جریان
- مسافت پیموده شده روزانه مورد نیاز
- میانگین و حداکثر بار قابل حمل
- شیب جاده معمولی
- ابعاد محفظه باتری موجود
- نیاز به زمان شارژ
- محدوده دمای عملیاتی
- الزامات اتصال و ارتباط
- گواهینامه های مورد نیاز و بازار مقصد
این جزئیات به کارخانه اجازه می دهد تا ولتاژ، ظرفیت، جریان تخلیه، محفظه و پیکربندی BMS صحیح را انتخاب کند. آنها همچنین تخمینهای عمر{1} و محدوده خدمات را واقعیتر میکنند.
نتیجه گیری
عمر چرخه یکباتری سه چرخه برقیتوسط سیستم کامل به جای یک مشخصات در دیتاشیت تعیین می شود. سلولهای LFP با کیفیت بالا پایهای قوی ارائه میکنند، اما ظرفیت مناسب، شارژ کنترلشده، تطابق صحیح جریان، حفاظت دقیق BMS، مونتاژ ثابت و عملکرد روزانه مناسب به همان اندازه مهم هستند.
برای سازندگان خودرو و اپراتورهای ناوگان، انتخاب باتری با انرژی و ذخیره فعلی کافی معمولاً ارزش بلندمدت- بهتری نسبت به انتخاب صرفاً بر اساس قیمت اولیه خرید فراهم میکند. یک باتری LFP که به درستی منطبق باشد، فرکانس تعویض را کاهش می دهد، مسیرهای روزانه ثابت را پشتیبانی می کند و هزینه کل عملیات سه چرخه برقی را در طول عمر مفید آن کاهش می دهد.