Это тот случай когда заказчик дал нормальное ТЗ, а следовательно эмоций в работе было не много, разве только мгновения моей личной радости за хорошо выполненную работу.
Для тех кто хочет получить ответ на вопрос - "И что вышло то?" даю вам спойлер - дальность хода выросла в 2 раза, до 60 км., цена решения упала в 1,5 раза!
Задача интересная, нужно было модифицировать аккумулятор 10S6Р под цели не только самоката, но и бизнеса в целом!
- Увеличить дальность хода на одном заряде;
- Сократить время заряда;
- Увеличить ресурс и надежность изделия;
- Обеспечить полную интеграцию с оригинальной батареей для re-pack процедуры.
- Снизить закупочную стоимость.
Мы решили не изобретать "велосипед" и пошли нашим традиционным путем разработки аккумуляторной батареи под готовое изделие. Первое, что мы сделали, это 3D сканирование корпуса самоката, где размещается аккумулятор.
Эта часть важная, особенно когда идет вопрос про элементы крепления и эксплуатацию батареи в "поле". Так как нужно учитывать процедуру размещения аккумулятора в самокате и все элементы крепежа.
В полученный объем помещается повышенная емкость до 10S13Р элементов, а было 10S6Р, прибавка значительная, а если еще ставить элементы 3,6В 3,2Ач то более чем в 3 раза, но это только набросок!
Вставочка про элементы. На текущий момент на рынке сформировалось 2 типа решения, элементы средней емкости за вкусную цену и элементы повышенной емкости за дорого. У вторых так же проблема в том, что они изготавливаются из катода NCA и аморфного углерода, а следовательно ресурс 500 циклов заряда-разряда. Нами было принято решение использовать элементы первого варианта на проверенной химии NMC с ресурсом более 1500 циклов и хорошей ценой, это элементы 3,6В 2,6Ач 18650 от компании THLB.
Во вторую очередь мы начали прорабатывать индивидуальную технологию сборки самого аккумулятора. Перед сборкой ставилась ответственная задача по цене - минимально дешево, надежно, а также соответствие требованиям по скорости заряда - 1 часовой ток, а это очень не мало - 26 Ампер!
Варианты были следующие:
- Пластиковые холдеры с никелевой лентой. Плюсы - дешево. Минусов оказалось много. Никель плохо держит высокий ток разряда, в местах пайки силовых проводов был разогрев до 120 градусов при постоянном токе 26А. На масштабе плохо контролируется точечная сварка, лента может залипнуть на ленте и не проварить. Элемент нужно вклеивать, холдеры для этого не предусмотрены, если этого не сделать в долго срок все развалится. Отказались от этого решения.
- Склейка литий-ионных аккумуляторов друг с другом и прямое наваривание алюминиевой проволочки на них ультразвуковой сваркой. Плюсы - минимальные затраты на комплектующие, просто супер дешево. Минусы сборка очень долгая, нужно наваривать никелевую ленту на крайние элементы для токосъема и балансировочных проводов (получаем сразу проблемы описанные в п.п. 1) или делать отдельную алюминиевую деталь и далее ее надо фиксировать на батарее, и под конец - проволочки надо защищать, это плохо. Было рассмотрено несколько версий защиты проволочек - полная заливка в специальный пластик основания батареи и нанесение специальной 2х компонентной электроизолирующей защитной пленки. В итоге отказались от обоих решений.
- В итоге выиграла матрица + алюминиевая шина. На цене прототипа цена чуть дороже выше указанных решений, но на объеме всё гораздо интереснее, матрицу можно отливать на ТПА из АБС пластика, а алюминий вырезать не лазером, а штамповать пресс формой. Решение надежное, элементы крепко держаться за счет клея, силовые выводы легко держат 26 Ампер без перегрева, для эксперимента даже давали на них 40 Ампер, тоже без проблем. Остановились на этом решении.
Технология определена, осталось провести финальное моделирование решения. При использовании матрицы появилось ограничение, нельзя было вставить вертикально 100 элементов в корпус, не хватало места снизу. Пришлось сильно понервничать, выход оказался очень простым - разместили элементы вертикально. Минусов в этом решении мы не нашли, и сделали.
Финальное моделирование с учетом всех требований по силовой части, матрицы, балансировочным проводам и защите дало решение 10S10P. Всех оно устроило так как рост энергоемкости с 545 до 936 Вт*ч всех очень сильно порадовал.
Собирать оказалось очень просто и быстро. Тут даже написать нечего.
Мы ощущали успех и благодать клиента, пока не вспомнили, что надо еще доделать "голову" самоката, в которой размещается БМС, силовой разъем, дисплей с кнопкой и разъем для заряда батареи. Итераций разработки "головы" было так много, что страшно называть цифру в слух - было 41 версия отличающихся друг от друга до момента пока не было сделана та, что ушла в производство прототипа.
Параллельно разрабатывая "голову" самоката были проведены температурные испытания для подтверждения, что силовая часть нашей аккумуляторной сборки работает как задумано.
Температурное испытание оправдало все ожидания даже с запасом. Разогрев не превысил 31,8 градусов, что очень хорошо для данного решения и верхнего лимита в 55 градусов по спецификации элементов.
Запустили "Монстра" (так мы называем наш станок, он кушает аккумуляторы как "не в себя", номинальная мощность 10 000 элементов в сутки, мы ее не видели еще ни разу, пока рекорд 5700) и сшили модули на первую партию. Собрали, получилось отлично!
Дальше осталось дело за командой заказчика. Поставили в самокат, сделали несколько настроек управляющей электроники и проехали 60 км на одном заряде!
Спасибо большое, что дочитали до конца!
Если вам понравилась наша работа, нажмите пожалуйста лайк и напишите комментарий.
С уважением,
Александр Логинов
ООО "Энергоэлемент" - оживляем ваши творения!