Vollständiger Leitfaden zur Konstruktion und Montage von Lithium-Batteriepacks

Ein Lithium-Akku ist nicht nur eine einfache Zusammenstellung von Batterien. Es handelt sich um ein hochintegriertes und präzises Systemprojekt. Es umfasst mehrere Schritte, darunter die Auswahl der Zellen, die Konstruktion, das Wärmemanagement und den Sicherheitsschutz. Dieser Leitfaden zeigt Ihnen den gesamten Prozess vom Entwurf über die Herstellung bis hin zu Tests und Sicherheit und bietet Ihnen praktische und wertvolle Informationen.

Was ist ein Lithium-Akku?

Ein Lithium-Akku ist ein integriertes Batteriesystem. Es wird durch die Verbindung vieler einzelner Zellen in Reihe und parallel hergestellt. Er umfasst ein Batteriemanagementsystem (BMS), zuverlässige elektrische Verbindungen und eine schützende Strukturverpackung. Durch wissenschaftliches Design und strenge Fertigungskontrollen sind die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Akkus gut gewährleistet.

Im Vergleich zu einer einzelnen Batteriezelle bietet ein Lithium-Batteriepack eine höhere Energiedichte und kann in mehr Anwendungen eingesetzt werden. Allerdings erfordert es auch eine fortschrittlichere Managementtechnologie und strengere Sicherheitsmaßnahmen.

Derzeit werden Lithium-Batteriepacks häufig in Elektrofahrzeugen, Notstromversorgungssysteme für Privathaushalte, Solarenergiespeichersysteme, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), Kommunikationsbasisstationen und verschiedene Arten von Industrieanlagen. Sie bieten eine stabile und zuverlässige Stromversorgung für viele verschiedene Situationen.

45 kWh Lifepo4-Batterieanwendung

Leitfaden für die Konstruktion und Montage von Lithium-Batteriepacks

Schritt 1: Zellauswahl und -abgleich

Konsistenz der Zellleistung

Die Leistung und Sicherheit eines Akkus hängen in erster Linie von der Auswahl der Zellen ab. Sie müssen sicherstellen, dass die Zellen in Bezug auf wichtige Parameter wie Spannung, Innenwiderstand und Kapazität eine hohe Konsistenz aufweisen. Wenn zwischen den Zellen große Unterschiede bestehen, führt dies zu Ungleichgewichten beim Laden und Entladen. Dies beschleunigt nicht nur die allgemeine Alterung des Akkus, sondern kann auch Sicherheitsrisiken mit sich bringen.

Auswahl des Zelltyps

Lithium-Eisenphosphat und NMC sind zwei gängige Lithium-Batterietypen. Ihre chemischen Systeme unterscheiden sich und ihre Eigenschaften haben unterschiedliche Schwerpunkte. Sie können Ihre Wahl anhand der tatsächlichen Verwendung treffen (z. B. Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme, Unterhaltungselektronik usw.). So können Sie Energieeffizienz, Sicherheit, Kosten und Lebensdauer besser aufeinander abstimmen. Delong Energy verwendet Lifepo4-Zellen bekannter Marken wie BYD und CATL.

Klasse-A-Batterie-Zellen

Schritt 2: Konstruktion der mechanischen Struktur

Konstruktion mechanischer Strukturen

Bei der Konstruktion müssen Sie sich auf die Größe, das Gewicht und die Form des Akkus konzentrieren. Sie müssen sicherstellen, dass er perfekt zu Ihrem Produkt passt. Wenn er beispielsweise in einem Elektrofahrzeug verwendet wird, muss der Akku genau in den verfügbaren Platz im Fahrzeug passen. Gleichzeitig kann durch eine hochfeste Konstruktion Stößen durch Kollisionen standgehalten werden. Dies gewährleistet die Sicherheit während des Gebrauchs.

Gewichtsreduzierung und Festigkeitsausgleich

Sie können leichte Materialien wie Aluminiumlegierungen oder Kohlefaser wählen, um das Gewicht des Akkus zu reduzieren. Durch den Einsatz von topologischer Optimierung wird die strukturelle Steifigkeit verbessert. Dies verhindert Schäden an den Zellen durch Vibrationen oder Stöße. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer des Akkus.

Modularer Aufbau

Der Akku verwendet ein modulares Design. Jedes Batteriemodul ist relativ unabhängig. Dies macht nicht nur den Produktionsprozess effizienter, sondern vereinfacht und beschleunigt auch spätere Wartungs- und Austauscharbeiten. Selbst wenn ein Modul ausfällt, hat dies keinen Einfluss auf den normalen Betrieb des gesamten Systems. Dies verbessert die Zuverlässigkeit. Gleichzeitig können Sie die Kapazität ganz einfach entsprechend Ihren tatsächlichen Anforderungen erweitern. Dies bietet Ihnen mehr Flexibilität.

Stapelbarer Akku, einfache Installation

Schritt 3: Elektrische Anschlüsse

Schweiß- und Verbindungstechnik

Bei der Batteriemontage werden die Zelllaschen in der Regel mit Hilfe fortschrittlicher Verfahren wie Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Widerstandsschweißen verbunden. Dies gewährleistet nicht nur eine starke Verbindung und gute Leitfähigkeit, sondern sorgt auch für einen geringen Widerstand und eine hohe Zuverlässigkeit. Gleichzeitig wird das Design der Verbindungsstücke optimiert, wodurch der Strompfad sinnvoller gestaltet und die Wärmeentwicklung so weit wie möglich minimiert wird.

Verkabelungslayout

Bei der Konstruktion von Batteriesystemen ist die Anordnung der Kabelbäume von großer Bedeutung. Durch eine sorgfältige Planung der Verlegung von Hochspannungskabeln (wie den Hauptplus- und Hauptminuskabeln) und Niederspannungssignalkabeln (wie Temperatursensoren und BMS-Kommunikationsleitungen) lassen sich elektromagnetische Störungen (EMI) wirksam reduzieren. Außerdem können so potenzielle Kurzschlussrisiken vermieden werden.

Isolierung und Schutz

Durch die Verwendung von Isoliermaterialien zur Abdeckung der Verbindungsteile des Batteriesystems werden Kriechstrom und Durchschlag wirksam verhindert. Gleichzeitig erfüllt das Batteriedesign die IP-Schutzklassenstandards und bietet Wasser- und Staubbeständigkeit. Dadurch bleibt die Batterie auch in komplexen Umgebungen sicher und stabil, was ihre Gesamtlebensdauer verlängert.

Schritt 4: Wärmemanagement

Wärmeableitungsdesign

Es nutzt Flüssigkeitskühlung, Luftkühlung oder Phasenwechselmaterialien (PCM), um die Batterietemperatur zu regeln. Beispielsweise verwenden Batteriepacks für Elektrofahrzeuge Flüssigkeitskühlplatten oder Kühlmittelrohre. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Temperatur während des Lade- und Entladevorgangs und trägt dazu bei, die Ladegeschwindigkeit und die Reichweitenstabilität aufrechtzuerhalten.

Heizungsplanung

In kalten Umgebungen verwenden wir PTC-Heizungen oder elektrische Heizfolien, um die Batterie zu erwärmen. Dadurch werden Leistungsverluste aufgrund niedriger Temperaturen vermieden. Unabhängig von den Wetterbedingungen können Sie sich auf eine stabile und zuverlässige Batterieleistung verlassen.

Thermische Simulation und Optimierung

Mithilfe der CAE-Wärmesimulationstechnologie können wir die Temperaturänderungen des Akkus in verschiedenen Anwendungsszenarien im Voraus simulieren. So können wir die Wärmeableitungsstruktur präzise optimieren und lokale Überhitzungen verhindern. Dadurch wird Ihr Akku langlebiger.

Schritt 5: Batteriemanagementsystem (BMS)

Datenerfassung und Überwachung

Das BMS überwacht die Zellspannung, Temperatur, Stromstärke und andere Parameter in Echtzeit, sodass Sie jederzeit über den Batteriestatus informiert sind. Gleichzeitig verwendet es Algorithmen zur Schätzung des Ladezustands (SOC) und des Gesundheitszustands (SOH) und hilft Ihnen so, die Batterie sicher und effizient zu nutzen.

Ausgleichsregelung

Durch den Einsatz von passiver (Widerstandsentladung) oder aktiver (Energieübertragung) Ausgleichstechnologie können Spannungsunterschiede zwischen den Zellen beseitigt werden, was zur Verlängerung der Batterielebensdauer beiträgt.

Sicherheitsschutz

Zu Ihrer Sicherheit legt das System Schutzgrenzen für Überladung, Überentladung, Übertemperatur und Kurzschluss fest. Wenn der Schutz ausgelöst wird, schaltet sich der Stromkreis automatisch ab. Dadurch werden Unfälle verhindert und die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie und der Geräte gewährleistet.

Smart BMS für Lifepo4-Batterie

Schritt 6: Sicherheitsmaßnahmen

Elektrische Sicherheit

Ein Hochspannungs-Verriegelungsdesign (HVIL) sorgt dafür, dass sich das Hochspannungssystem während der Wartung automatisch abschaltet. Gleichzeitig sind Vorladewiderstände installiert, um Einschaltstromstöße zu verhindern und sowohl die Geräte als auch die Sicherheit der Benutzer zu schützen.

Mechanische Sicherheit

Die Batterie verfügt über eine Berstscheibe und einen Druckentlastungskanal. Bei Überhitzung einer Zelle wird durch diese Konstruktion schnell Gas abgelassen. Dadurch wird das Explosionsrisiko verringert.

Umweltsicherheit

Die Batterie erfüllt Schutzstandards wie IP67 und IP6K9K und verhindert so das Eindringen von Wasser und Staub. Außerdem hat sie strenge Tests hinsichtlich Salzsprühnebel, Vibrationen und Stößen bestanden, um sicherzustellen, dass sie auch unter rauen Bedingungen stabil und zuverlässig funktioniert.

Schritt 7: Testen und Validieren

Prüfung der elektrischen Leistung

Durch Lade- und Entladetests, Innenwiderstandstests, Lebensdauertests und andere Prüfungen stellen wir sicher, dass jeder Akku stabil und zuverlässig funktioniert und die Konstruktionsanforderungen vollständig erfüllt.

Sicherheitstests

Durch die Simulation extremer Bedingungen wie Nageleindringen, Kompression, Überladung und Kurzschluss überprüfen wir die Sicherheit des Akkus und stellen sicher, dass er auch in außergewöhnlichen Situationen zuverlässig bleibt.

Umweltverträglichkeitsprüfung

Wir testen den Akku unter hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und in großer Höhe, um seine Zuverlässigkeit sicherzustellen.

51,2 V Lifepo4 Vertikales Energiespeichersystem Test

Schritt 8: Zukünftige Trends bei der Montage von Akkupacks

Drahtloses BMS

Durch den Einsatz von drahtloser Kommunikationstechnologie anstelle herkömmlicher Verkabelung können Sie Gewicht und Kosten reduzieren und gleichzeitig die Wartungsfreundlichkeit verbessern.

CTP/CTC-Technologie

Durch die direkte Integration der Zellen in den Akku oder das Gehäuse kann der Modulpufferschritt übersprungen werden, wodurch die Raumnutzung und die Energiedichte verbessert werden.

Anwendung von KI-Algorithmen

Durch den Einsatz von maschinellem Lernen zur Optimierung des Zellausgleichs, der Fehlerprognose und des Zustandsmanagements wird der Akku intelligenter und effizienter.

Schlussfolgerung

Die Herstellung von Lithium-Batterie-PACKs ist ein komplexer Prozess, der Elektrochemie, Mechanik, Elektronik und Wärmemanagement miteinander verbindet. Das Hauptziel besteht darin, die Leistung der Zellen voll auszuschöpfen und gleichzeitig Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. 

Mit dem rasanten Wachstum der Märkte für neue Energiefahrzeuge und Energiespeicher entwickelt sich die PACK-Technologie in Richtung höherer Energiedichte, geringerer Kosten und intelligenterer Designs und wird damit zu einem wichtigen Motor für den Fortschritt der Branche. Daher müssen Sie bei der Auswahl eines Herstellers und der Kontrolle des Prozesses sehr sorgfältig vorgehen.

Delong Energy verfügt über 14 Jahre Erfahrung in der Lithiumbatterieindustrie und hat sich der Bereitstellung zuverlässiger und effizienter Energielösungen verschrieben. Wir sind ein vertrauenswürdiger Partner. Kontaktieren Sie uns, um effiziente Lösungen zu erhalten.

Delong - Lithium-Batterie-Energiespeichersystem-Fabrik