Í hinum hraða-heimi nútíma rafeindatækni, endurnýjanlegrar orku og nútímalegrar vélbúnaðarhönnunar getur val á rétta aflgjafa haft mikil áhrif á afköst vörunnar.

Fyrir verkfræðinga, vöruhönnuði og viðskiptakaupendur,li fjölliða rafhlaða vs litíum jón rafhlaðaákvörðun snýst venjulega um nokkrar hagnýtar spurningar: Hversu mikla orku þarftu? Hversu mikið pláss hefur þú? Hversu mikinn straum dregur varan? Og hversu lengi þarf rafhlaðan að endast?

Bæði tæknin tilheyra endurhlaðanlegum litíum rafhlöðum fjölskyldunni. En þeir eru ólíkir í smíði frumna, pökkun, framleiðslu, vélrænni hönnun og raunverulegri frammistöðu í-heiminum.

Í þessari handbók berum við saman kjarnabyggingu þeirra, frammistöðueiginleika, öryggissjónarmið og dæmigerð notkun. Markmiðið er að hjálpa þér að velja réttsérsniðin rafhlöðulausnfyrir vöruna þína, með verkfræðilegri innsýn frá Blumoti Battery.

Að skilja kjarnaarkitektúrinn: Li-Ion vs LiPo

Til að skilja muninn á alitíum-fjölliða rafhlöðu, oft kallaður aLiPo rafhlaðaeðaLi-fjöl rafhlaða, og staðalllitíum-jónarafhlaða, einnig þekktur sem aLi-jónarafhlaðaeðalitíum jón fruma, það hjálpar að byrja á því sem er inni í frumunni.[1]

Lithium-jónarafhlöður

Hefðbundnar sívalar litíum-jónarafhlöður, þar á meðal algengar 18650 og 21700 frumur, nota venjulega fljótandi raflausn úr litíumsöltum eins og LiPF₆ leyst upp í lífrænum karbónatleysum.[1]

Raflausnin ber litíumjónir á milli bakskauts og rafskauts við hleðslu og afhleðslu.

Þessar frumur eru venjulega hýstar í stífum málmhlíf. Sívalar frumur nota venjulega stál eða nikkel-húðað stál, á meðan margar prismatísk hönnun nota ál eða annað stíft málmhús.[2]

Stífa hlífin veitir vélrænni vörn, hjálpar til við að stjórna innri þrýstingi og styður staðlaða framleiðslu á-miklu magni.[2]

Uppgötvaðu fleiri sívalar litíum-jónarafhlöður á Blumoti vefsíðunni:

https://www.blumoti-battery.com/cylindrical-lithium-rafhlaða

Lithium Polymer rafhlöður

A litíum jón fjölliða rafhlaðanotar venjulega fjölliða-skilju/raflausnkerfi og er venjulega pakkað í léttan lagskipt álpoka.[1][2]

Það fer eftir tiltekinni frumuhönnun, raflausnin getur verið gel-lík, fjölliða-studd eða innihaldið fljótandi raflausn sem er óhreyfður innan skiljubyggingarinnar.[1]

Vegna þess að klefan þarf ekki þunga stífa stáldós, hafa framleiðendur miklu meiri sveigjanleika í stærð rafhlöðunnar.

Þetta er ástæðanpoka frumur, fjölliða poka rafhlöður, ogþunnar litíum fjölliða rafhlöðureru mikið notaðar í forritum þar sem þykkt, þyngd eða sérsniðnar mál skipta máli.[2]

Uppgötvaðu fleiri sívalar litíum-jónarafhlöður á Blumoti vefsíðunni:

https://www.blumoti-battery.com/lithium-battery-cell/

Samantekt á helstu uppbyggingu og reynslumun

Lykilfæribreyta	Lithium-Ion rafhlaða (Li-Ion)	Lithium Polymer rafhlaða (LiPo)	Vísindaleg / reynsluheimild
Tegund raflausna	Fljótandi raflausn	Fjölliða-styður, hlaup-líkt eða tengt raflausnkerfi	[1]
Hýsing / hlíf	Stíft málmhlíf, venjulega sívalt eða prismatískt	Sveigjanlegur lagskiptur álpoki	[2]
Form Factor Sveigjanleiki	Aðallega stöðluð form og stærðir	Ofur-þunn og sérsniðin-rafhlöðuvalkostir	[2][3]
Þyngdarmælingarorkuþéttleiki	Algengt um 150–250 Wh/kg, allt eftir efnafræði og hönnun	Venjulega um 100–265 Wh/kg, allt eftir efnafræði og hönnun	[4]
Losunarhraði (C-Hraði)	Fer eftir frumuhönnun; margar staðlaðar frumur eru fínstilltar fyrir miðlungs stöðuga útskrift	Sérhæfðar-aflfrumur geta stutt 30C eða hærra	[5]
Cycle Life Longevity	Algeng viðmið geta náð 500–1.000 lotum við stýrðar aðstæður	Algeng poka-viðmið geta fallið á bilinu 300–500 lotur, allt eftir hönnun og notkun	[6]
Leki / bólguhegðun	Stíf hlíf inniheldur raflausn og innra gas þar til loftræsting eða bilun	Stækkun pokans gerir gasmyndun og bólgu auðveldara að fylgjast með	[7]

Tölurnar hér að ofan ættu að vera meðhöndlaðar sem almennar verkfræðisvið, ekki alhliða forskriftir.

Frumuefnafræði, rafskautshönnun, hleðsluspenna, hitastig, dýpt losunar, BMS stillingar og framleiðslugæði geta allt haft mikil áhrif á raunverulegan árangur.[4][6]

Ítarleg árangursgreining: Li Polymer vs Lithium Ion

Þegar rafhlöðupakka er valin til framleiðslu í atvinnuskyni þarf að meta nokkra verkfræðilega þætti.

1. Orkuþéttleiki og rúmmálsnýtni

Þyngdarmælingarorkuþéttleiki, mælt í Wh/kg, segir þér hversu mikla orku rafhlaða geymir miðað við þyngd hennar.
Rúmmálsorkuþéttleiki, mælt í Wh/L, segir þér hversu mikla orku það geymir miðað við líkamlegt rúmmál.[4]

Hefðbundnar stífar-frumu litíum-rafhlöður virka mjög vel þegar varan getur tekið við stöðluðum sívölum eða prismatískum frumum.

Nútíma há-orku sívalur frumur geta náð sterkum frumu-rúmmáls orkuþéttleika. Þetta gerir þá að passa vel fyrir forrit þar sem hámarks geymd orka og staðlað pakkningasmíði skiptir máli.[4]

Lithium fjölliða rafhlöður bjóða upp á annan kost.

Með því að fjarlægja þungu ytri stáldósina og forðast ónotað rými sem myndast þegar kringlóttar frumur eru settar inni í rétthyrndum hlífum,þunnar litíum fjölliða frumurhægt að nýta betur plássið sem er í grannri rafeindavörum.[2][4]

Þetta verður sérstaklega mikilvægt í undir-5 mm tækjahönnun.

Fyrir snjallúr, læknisfræðilegt klæðalegt, fyrirferðarlítið rekja spor einhvers eða ofur-þunnt neytendatæki er besta rafhlaðan oft ekki fruman með hæstu fræðilega Wh/kg.

Það er rafhlaðan sem notar tiltækt vöruumslag á skilvirkasta hátt.

2. Losun C-Hraði og mikil-afköst frárennslis

Ef varan þín þarfnast hraðrar orkugjafar verður hámarks losunar C-hraði mikilvægur.

Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir rafmótora, UAV, dróna, RC tæki, vélfærafræði og önnur há-afköst forrit.[5]

A háhleðsluhraði fjölliða rafhlaðahægt að hanna með stærri-straumsöfnunarflipa, bjartsýni rafskautabyggingar og straumleiðum með litla-viðnám.

Þessir eiginleikar hjálpa til við að draga úr innri viðnám og spennufalli við mikið álag.[3][5]

Sérhæfðar LiPo-rafhlöður með mikla-afl geta stutt samfellda afhleðsluhraða upp á 30C eða hærri, allt eftir frumuefnafræði, rafskautsgerð, hitauppstreymi og forskriftum framleiðanda.[5]

Þetta er ein ástæða þess að LiPo rafhlöður eru mikið notaðar í dróna og RC forritum.

Hefðbundnar sívalar Li-jónarfrumur eru aftur á móti oft frábær kostur fyrir stöðuga aflgjafa og langan tíma.

Það er mikilvægt að hafa í huga að frumusniðið eitt og sér ákvarðar ekki losunargetu.

Hár-sívöl litíum-jónafruma getur staðið sig betur en orku-fókusinn pokafrumur. Sömuleiðis getur-hátt-C-LiPo rafhlaða, sem er smíðað til notkunar, skilað miklu meiri straumi en hefðbundin sívalur rafhlaða.

Berðu alltaf saman raunverulegan samfelldan straum, púlsstraum, innra viðnám, spennufall og hitaupplýsingar fyrir tiltekna frumu.

3. Hleðsluhraði og hreyfifræði

Algeng spurning er:

Hlaðast litíum-fjölliða rafhlöður hraðar en litíum-jónarafhlöður?

Ekki endilega.

Hleðsluhraði fer eftir efnafræði frumunnar, rafskautshönnun, innra viðnám, hitastigi og ráðlögðum hleðslumörkum framleiðanda.[3][5]

Sumar LiPo rafhlöður sem eru hannaðar fyrir há-rennslisnotkun nota bjartsýni rafskaut og lág-viðnám sem leyfa hærri hleðslu C-hraða.

Það fer eftir tiltekinni hönnun, ákveðnar-afkastamiklar frumur gætu stutt hraðhleðslu við 2C eða hærri.[5]

En það þýðir ekki að hægt sé að hlaða hverja LiPo rafhlöðu á öruggan hátt-.

Bæði Li-ion og LiPo rafhlöður þurfa venjulega stýrðaCC/CV - Stöðugur straumur / stöðug spennahleðsluferli.

Þeir þurfa einnig rétt hleðsluspennu og straummörk.

Fyrir rafhlöðupakka í atvinnuskyni, rétt hönnuðrafhlöðustjórnunarkerfi (BMS)er jafn mikilvægt.

Hleðsla utan tilgreindra marka frumuframleiðandans getur flýtt fyrir niðurbroti og aukið öryggisáhættu.

4. Líftími og niðurbrotsþættir

Endingartími rafhlöðunnar er venjulega metinn út frá fjölda hleðslu-afhleðslulota sem rafhlaðan getur lokið áður en afkastageta hennar fer niður fyrir skilgreind viðmiðunarmörk.

Algengt viðmið er80% heilsufar eða 80% SOH.[6]

Lithium-Langlífi jónafrumu

Við stýrðar aðstæður eru venjulegar sívalar litíum-jónarafhlöður oft tengdar við hringrás-líftíma sem er um það bil 500–1.000 lotur áður en þær ná um 80% af upphaflegri getu.[6]

Stíf vélræn bygging getur einnig veitt sterkan líkamlegan stuðning fyrir innri rafskautssamsetningu.

Lithium-Langlífi fjölliðafrumu

Margar mjúkar litíum fjölliða rafhlöður eru almennt metnar á bilinu 300–500 hringrásir við dæmigerðar prófunaraðstæður.[6]

Pokafrumur geta upplifað víddarbreytingar og gasmyndun þegar þær eldast. Vélrænn stuðningur, hitastjórnun, hleðsluspenna, rekstrarhitastig og dýpt afhleðslu geta allt haft áhrif á langtíma-afköst.[6][7]

Ekki ætti að líta á þessar tölur sem fasta reglu.

Vel-hönnuð pokasel sem er rekin við vægar aðstæður getur endist illa stjórnaða sívala klefa.

Fyrir verkfræðilegt val skaltu alltaf bera saman -lífsgögn með sama hleðsluhraða, losunarhraða, hitastigi, dýpt losunar og-lífsloka-viðmiðunum.

Öryggissnið, hitastöðugleiki og vottanir

Öryggi rafhlöðunnar veltur á miklu meira en því hvort fruma sé merkt Li-ion eða LiPo.

Öryggisprófun felur almennt í sér rafmagns-, varma- og vélrænni prófun. Það fer eftir umsókn og markaði, viðeigandi kröfur geta falið í sér staðla eins ogUL 1642ogIEC 62133-2, en litíum rafhlöður sem ætlaðar eru til flutnings eru háðar því sem við áSÞ 38.3kröfur um próf.[7][8]

Thermal Runaway & Ofhitnunarvélfræði

Hitahlaup litíum-jónarafhlöðu felur í sér röð hita-viðbragða inni í frumunni.

Eins og innra hitastig hækkar, theSolid Electrolyte Interphase (SEI)getur farið að hrynja. Viðbótarhvörf sem fela í sér raflausn, skilju, rafskaut og aðra frumuhluta geta fylgt í kjölfarið.[7]

SEI niðurbrot er almennt tengt við hitastig sem byrjar u.þ.b. á bilinu 80 gráður -120 gráður, þó að nákvæmt upphafshitastig sé háð efnafræði, hleðsluástandi og frumubyggingu.[7]

Hegðun að lokun skilju getur átt sér stað við hærra hitastig, oft um 130 gráður fyrir ákveðin skiljukerfi.[7]

Ef varmamyndun verður hraðari en hitaleiðni getur ferlið orðið sjálf-viðhaldandi.

Í stífum sívalningsfrumum myndar gas sem myndast við alvarlega misnotkun eða innri bilun þrýsting inni í málmhlífinni.

Gæða sívalur frumur nota því almennt hönnuð öryggistæki eins og loftop, lokunarbúnað eða núverandi-truflatæki.[2][7]

Bólga í rafhlöðu vs leki

LiPo rafhlöður á poka-sniði hegða sér öðruvísi.

Gas sem myndast við niðurbrot raflausna eða önnur niðurbrotsviðbrögð getur valdið því að lagskipti pokinn stækkar.[7]

Þetta skapar hið kunnuglegabólgin fjölliða rafhlaðaástandi.

Vegna þess að pokinn er sveigjanlegur er oft auðveldara að sjá bólgu en innri þrýstingsuppsöfnun inni í stífum sívalningslaga klefi.

Meðhöndla skal sýnilegan bólgu sem viðvörunarmerki.

Bólgna, stungna, leka eða óeðlilega heita rafhlöðu skal taka úr notkun og meðhöndla hana í samræmi við öryggisleiðbeiningar framleiðanda.

Þó að smíði pokans geti dregið úr hættunni sem tengist lausu-rennandi raflausnaleka við venjulega notkun, getur LiPo rafhlaða samt lekið ef pokinn er stunginn, rifinn, mulinn eða skemmdur á annan hátt.[1][7]

BMS Protection Integration

OEM rafhlöðupakkar þróaðir af Blumoti Battery geta samþætt fjöl-laga BMS vörn byggt á rafmagnskröfum forritsins.

Dæmigerð verndaraðgerðir eru:

Yfir-hitavörn
Ofhleðsluvörn
Yfir-losunarvörn
Yfir-núverandi vernd
Skammhlaupsvörn.-
Frumjafnvægi þar sem þess er krafist

Til að uppfylla kröfur er mikilvægt að aðgreina virkni BMS frá vottunar- og flutningskröfum.

SÞ 38.3tekur til hönnunarhæfisprófa fyrir litíum frumur og rafhlöður sem ætlaðar eru til flutnings.[8]

IEC 62133-2tilgreinir öryggiskröfur og prófanir fyrir færanlegar lokaðar aukalitíumfrumur og rafhlöður sem innihalda ó-sýran raflausn.[8]

UL 1642er mikið notaður öryggisstaðall fyrir litíumfrumur.[8]

Nákvæm vottunarleið fer eftir rafhlöðuhönnun, fullunninni vöru, markmarkaði og notkun.

Miða á forrit: Velja réttu lausnina

Hvenær á að velja litíum fjölliða (LiPo)

Ofur-þunn rafeindatæki sem hægt er að nota

Lithium fjölliða rafhlöður eru sterkur valkostur fyrir snjallúr, heilsumælingar, lækningatæki og aðrar vörur þar sem þykkt og formþáttur skiptir máli.

Pokabygging þeirra gerir framleiðendum kleift að þróa þunnar og sérsniðnar frumumál sem erfitt væri að ná með venjulegum sívalur frumum.[2][3]

Drónar, UAV og RC tæki

LiPo rafhlöður eru mikið notaðar í loftnet og RC kerfum vegna þess að þessi forrit krefjast oft mikils afls-til-þyngdarhlutfalls og hás hámarkshleðslustraums.[5]

Sérhæfðar LiPo-rafhlöður með mikilli-hleðslu geta stutt afhleðsluhraða yfir 30C þegar þær eru rétt hannaðar fyrir há-afl.[5]

Þunnur neytendavélbúnaður

Snjallsímar, spjaldtölvur, lófatæki og önnur grannur tæki njóta góðs af pokahólfum sem geta notað flatt ferhyrnt rými á skilvirkan hátt.

Þetta gefur vélaverkfræðingum og iðnhönnuðum meira frelsi þegar þeir vinna í kringum skjái, PCB, myndavélar, skynjara og aðra innri hluti.

Hvenær á að velja litíum-jón (Li-jón)

Orkugeymslukerfi (ESS) & varaafl

Lithium-jónafrumur eru mikið notaðar íorkugeymslukerfi (ESS)og öryggisafrit af-aflforritum vegna þess að stöðluð frumusnið geta stutt skalanlega framleiðslu, þroskaðar aðfangakeðjur og fyrirsjáanlegan pakkaarkitektúr.[4][6]

Í stærri ESS-verkefnum eru frumuefnafræði, hitastjórnun, kerfiskostnaður, öryggi og líftími venjulega mikilvægara en hið einfalda LiPo-á móti-Li-jónamerki.

Rafknúin farartæki (EVs) & E-hreyfanleiki

Stöðluð sívalur snið eins og18650, 21700 og stærri-sívalar frumureru mikið notaðar í rafhreyfanleikaforritum.

Stöðluð rúmfræði þeirra styður sjálfvirka framleiðslu og endurtekna pakkasamsetningu.[2][4]

Poki og prismatísk litíum-jónafrumur eru einnig mikið notaðar í rafbílum, þannig að frumusnið ætti að vera valið miðað við heildar rafhlöðu-kerfisarkitektúr.

Rafmagnsverkfæri og iðnaðartæki

Rafmagnsverkfæri og iðnaðarbúnaður þurfa sterka vélrænni endingu og mikla straumgetu.

Stífar sívalur litíum-jónafrumur henta vel í þetta umhverfi vegna þess að málmhlífin veitir vélrænni vörn gegn höggi og titringi.[2]

Há-sívalar frumur geta einnig skilað verulegum útskriftarstraumi og þess vegna eru þær enn algengar í atvinnurafmagnsverkfærum.

Af hverju í samstarfi við Blumoti rafhlöðu fyrir sérsniðna rafhlöðu OEM / ODM?

Hvort varan þín þarf ahá-litíumjónarafhlöðupakkaeða asérhannaðar-þunn litíum fjölliða fruma, rafhlaðan þarf að passa meira en getumarkmið.

Það þarf einnig að passa við kröfur vörunnar um rafmagn, vélrænni, hitauppstreymi, öryggi og framleiðslu.

Blumoti Rafhlaða veitirsérsniðin rafhlaða OEM og ODM framleiðsluþjónustafyrir viðskipta- og iðnaðarnotkun.

Sérsniðnir formþættir

Blumoti styður sérsniðnar rafhlöðustærðir, stærð poka, pakkaskipulag, vírstöður, tengivalkosti og spennustillingar.

Þetta gefur vöruteymum meiri sveigjanleika þegar unnið er með þröng eða óvenjuleg innri rými.

Innbyggt BMS verkfræði

Hægt er að hanna sérsniðna rafhlöðupakka með BMS verndaraðgerðum sem byggjast á raunverulegum rekstrarkröfum tækisins.

Þetta getur falið í sér ofhleðslu, of-afhleðslu, yfir-straum, skammhlaup,-hita og frumu-jafnvægisvörn.

Þar sem við á getur rafhlaðaþróun einnig tekið viðeigandi prófunar- og samræmiskröfur eins ogUN 38.3, IEC 62133-2 og UL staðlartil greina.[8]

Bjartsýni kostnaðarhagkvæmni

Rafhlöðukostnaður snýst ekki aðeins um farsímaverð.

Pökkunararkitektúr, efni, BMS hönnun, suðu, samsetning, prófun, vottun og framleiðslumagn hafa allt áhrif á lokakostnaðinn.

Stærðanleg rafhlöðuhönnun hjálpar til við að draga úr óþarfa flækjustigi en viðhalda nauðsynlegum afköstum og öryggismarkmiðum.

Hafðu samband við Blumoti Battery í dag til að ræða umsókn þína við verkfræðingateymi okkar og biðja um sérsniðna orkulausn fyrir næsta vélbúnaðarverkefni þitt.

contact-okkur

Heimildir og heimildir

[1] Tarascon, JM, & Armand, M.
"Vandamál og áskoranir sem endurhlaðanlegar litíum rafhlöður standa frammi fyrir."Náttúran, bindi. 414, bls. 359–367, 2001.
Notað fyrir: litíum-jónarsalta grunnatriði, fjölliða raflausnakerfi, litíum rafhlöðuefnafræði og almennan rafefnafræðilegan arkitektúr.

[2] Battery University / Cadex Electronics.
BU-röð tæknileg úrræði sem ná yfir litíum-jónafrumusnið, sívalur frumur, prismatískar frumur, pokafrumur, rafhlöðubyggingu og öryggiskerfi.
Notað fyrir: stíft málmhlíf samanborið við byggingu poka, mun á form-þáttum, vélrænni eiginleika og samanburð á frumu-sniði.

[3] Chen, M., & Rincon-Mora, GA
"Nákvæmt rafhlöðulíkan sem getur spáð fyrir um keyrslutíma og I-V árangur."IEEE viðskipti við orkuskipti, bindi. 21, nr. 2, bls. 504–511, 2006.
Notað fyrir: rafhlöðuhegðun, innri viðnám/viðnám, spennuviðbrögð og afköst rafhlöðulíkana.

[4] Orkumálaráðuneyti Bandaríkjanna (DOE), skrifstofu ökutækjatækni.
R&D skýrslur um rafhlöður, frammistöðumarkmið rafhlöðu rafhlöðu, rafhlöðuprófunarhandbók og R&D útgáfur um orkugeymslu.
Notað fyrir: þyngdar- og rúmmálsorku-þéttleikaviðmið, rafhlöðuafköst rafgeyma og stór-litíum-jónaorku-geymsluforrit.

[5] Scrosati, B., & Garche, J.
"Liþíum rafhlöður: Staða, horfur og framtíð."Journal of Power Sources, bindi. 195, nr. 9, bls. 2419–2430, 2010.
Notað fyrir: afköst litíumrafhlöðu, afhleðslu-hraða, hleðsluhreyfileika og-mikilli þróun litíumrafhlöðu.

[6] Skýrslur NASA Aerospace Battery Workshop og öldrunarrannsóknir á rafhlöðum.
NASA rafhlöðu-verkstæðisefni og tengd litíum-öldrun, hringrás-líf og niðurbrotsrannsóknir.
Notað fyrir: hringrásar-lífsviðmið, heilsuástand (SOH), niðurbrotsþætti og samanburð á hegðun litíum-jónafrumna við hjólreiðar.

[7] Finegan, DP, o.fl.
"Í-operando háhraða-sneiðmynd af litíum-jónarafhlöðum meðan á varmahlaupi stendur."Náttúrusamskipti, árg. 6, grein 6924, 2015; ásamt tengdum NREL litíum-rafhlöðuöryggisrannsóknum.
Notað fyrir: hitauppstreymi, innri burðarvirki, hitamyndun, gasþróun og öryggishegðun rafgeyma.

[8] Alþjóða raftækninefndin (IEC), UL Solutions og efnahagsnefnd Sameinuðu þjóðanna fyrir Evrópu (UNECE).
IEC 62133-2: Öryggiskröfur fyrir flytjanlegar lokaðar aukalitíum frumur og rafhlöður; UL 1642: Staðall fyrir litíum rafhlöður; Handbók SÞ um prófanir og viðmiðanir, III. hluti, undirkafli 38.3.
Notað fyrir: litíum-öryggiskröfur, öryggisprófanir og litíum rafhlöðuflutningshönnun-hæfnispróf.