Li-ion аккумуляторная батарея электрокарта

Если вы читали предыдущие наши записи, то наверняка заметили, что в выборе типа элементов, на которых выполняется аккумуляторная батарея для электрокартингов мы отдаем предпочтение литий-железо-фосфатным ячейкам. В первую очередь, обусловлено это повышением безопасности — LiFePO4 ячейки не имеют склонности к самовоспламенению и при перегрузках не загораются.

Однако, есть большая проблема с точки зрения организации цикла проката. Максимальный ток заряда LiFePO4 ячейки составляет 0,5 С. Т.е. номинальным током, при котором не происходит уменьшения ресурса батареи, аккумулятор заряжается за два часа. При том, что время разряда на номинальной нагрузке составляет 1 час. С точки зрения проката это невыгодная ситуация. Время простоя на заряд слишком велико.

Решить эту проблему позволяет реализация батареи на Li-ion аккумуляторных ячейках. Например, самым распространенным элементом, на котором в том числе реализована аккумуляторная батарея в Tesla Model S, является ячейка типоразмера 18650. Номинальное напряжение ячейки составляет 3,7 В, максимальное — 4,2 В. Емкость варьируется от цены, и составляет от 2,7 до 3,4 Ач. Возьмем средний ценовой диапазон — 3 Ач.

Для того, чтобы собрать аккумуляторную батарею, отвечающую требованиям электрокарта, необходимо соединить ряд батарей параллельно-последовательно.

Первым шагом соединяем ячейки параллельно. При параллельном соединении напряжение остается равным напряжению ячейки, а емкости суммируются. При соединении 16 ячеек получим модуль с напряжением U=3,7 В и емкостью С=3*16= 48 Ач.  В рамках модуля ячейки не требуют балансировки.

Вторым шагом соединим полученные модули последовательно. При последовательном соединении напряжение получается равным сумме напряжений каждого модуля. Таким образом С=const= 48 Ач, U=13Uм=13*3,7 В= 48,1 В (номинальное), Umax = 13*4.2= 54,6 В максимальное.

В картинге для оптимизации центра масс батареи лучше расположить с обеих сторон от водителя. Пример соединения аккумуляторов приведен на рисунке.

Исходя из поставленной задачи уменьшения времени заряда, посчитаем требуемый ток. Так как модули соединены последовательно, ток в каждом модуле будет равен току заряда, потребляемому из сети. Внутри же модуля ток будет равен ic = I/Cm, где ic — ток, протекающий через каждую ячейку, I — ток модуля, равный току заряда, Сm — количество ячеек в модуле. Li ion ячейки могут заряжаться током 1С (что в два раза выше, чем для LiFePO4). Соответственно, через одну ячейку должен протекать ток 3 А, а через весь модуль 3*16 = 48 А. Мощность зарядного устройства при этом составит P=Umax*I=54.6*48=… округлим до 3 кВт.

Так как модули соединены последовательно, их напряжение требует балансировки. Готовые варианты исполнения BMS на 40 А есть как на Aliexpress, так и у местных производителей.

 

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *