Hellpower Energy GmbH & Co KG

Wiedza techniczna akumulatorów · Rozwiązania specjalne

Akumulator litowy na zamówienie: gdy standardowe akumulatory nie pasują

Opublikowano Zaktualizowano

Standardowe akumulatory są zoptymalizowane pod kątem rynku masowego — format, napięcie i pojemność są dopasowane do największych segmentów sprzedaży. Gdy tylko zastosowanie wykracza poza tę normę, integracja zawodzi: obudowa nie mieści się w dostępnej przestrzeni, napięcie nie odpowiada wymaganemu progowi przełączania, stopień ochrony jest niewystarczający do zastosowań zewnętrznych. Dla producentów maszyn, producentów przyrządów pomiarowych i wyposażenia pojazdów specjalnych wykonanie na zamówienie nie jest wówczas wygodniejszą opcją — to jedyne technicznie wykonalne rozwiązanie.

Typowe wymagania: mechaniczne, termiczne, elektryczne

Najczęstszym powodem wykonania na zamówienie jest przestrzeń montażowa: maszyna leśna ma określony slot montażowy, przyrząd zewnętrzny dopuszcza tylko obudowę o określonej grubości ścianki, pojazd specjalny ma przedział, który nie odpowiada ani długością, ani wysokością formatom standardowym. Tutaj projekt zaczyna się od wymiarów zewnętrznych — nie od katalogu.

Termicznie wiele zastosowań specjalnych stawia wymagania przekraczające specyfikację standardowego produktu: praca w temperaturze −20 °C w serwisie zimowym, ciepło generowane przez wysokie prądy impulsowe w przyrządach pomiarowych lub ciągłe nasłonecznienie karoserii pojazdów. Te warunki określają, czy potrzebna jest izolacja pasywna, aktywna folia grzewcza czy rozwiązanie obudowy z aktywnym chłodzeniem — oraz która chemia ogniw (LiFePO4 vs. Li-NMC) oferuje korzystniejsze właściwości termiczne dla konkretnego przypadku obciążenia.

Elektrycznie napięcie nominalne, użyteczna pojemność, maksymalny prąd rozładowania i strategia ładowania to cztery filary specyfikacji. Dodaje się do nich interfejs komunikacyjny (CAN, SMBus, UART, własny), stopień ochrony złącza (co najmniej IP54 przy zastosowaniach zewnętrznych, IP65/IP67 przy narażeniu na rozbryzgi wody lub mycie ciśnieniowe) oraz — szczególnie istotna w zastosowaniach pojazdowych — logika wyłączenia bezpieczeństwa BMS skoordynowana ze sterownikiem pojazdu nadrzędnego.

Przykłady branżowe: maszyny leśne, geodezja, pojazdy służb

W maszynach leśnych kombajny i forwardery pracują w ekstremalnych warunkach: wibracje, wahania temperatury od −25 °C zimą do ponad 50 °C w komorze silnika latem, kurz, wilgoć i uderzenia mechaniczne. Pakiet akumulatorów do elektrycznego forwardera musi zapewniać sztywność obudowy i pochłanianie uderzeń znacznie większe niż standardowy przemysłowy pakiet akumulatorów. Ponadto większość producentów OEM maszyn leśnych określa własne wymiary montażowe, co sprawia, że wykonanie na zamówienie jest praktycznie nieuniknione.

Urządzenia do geodezji i pomiarów — przyrządy geodezyjne, mobilne jednostki analityczne, naziemne wyposażenie do dronów — wymagają pakietów akumulatorów o wysokiej gęstości energii w małej objętości, długich czasach magazynowania bez głębokiego rozładowania oraz niezawodności, przy której nieoczekiwana awaria w terenie jest niedopuszczalna. Ogniwa LiFePO4 o niskim samorozładowaniu i sprawdzonej ochronie BMS są standardem niezawodności; format wynika z przyrządu, nie odwrotnie.

Pojazdy służb i władz — straż pożarna, policja, ratownictwo, wojsko — podlegają w niektórych przypadkach przepisom zamówień publicznych, które nakładają nie tylko wymagania techniczne, ale i formalne: oznakowanie CE, karta techniczna, deklaracja zgodności, dokumentacja dla organu zamawiającego. Jednocześnie przestrzenie montażowe w zabudowach pojazdów specjalnych są indywidualne, przez co każda dostawa jest w istocie wykonaniem na zamówienie. Typowe poziomy napięcia w tych zastosowaniach to 24 V, 48 V i 72 V — często w połączeniu z systemem ładowania zasilanym z sieci pokładowej pojazdu.

Wymagania homologacyjne i zgodność z normami

Dla każdego pakietu akumulatorów wprowadzanego na rynek europejski obowiązkowe jest oznakowanie CE. Obowiązujące dyrektywy zależą od zastosowania: Dyrektywa niskonapięciowa (LVD, 2014/35/UE) ma zastosowanie do sprzętu elektrycznego o napięciu nominalnym między 50 V AC a 1000 V AC lub między 75 V DC a 1500 V DC. Poniżej tych granic LVD nie ma zastosowania, ale ma zastosowanie ogólne rozporządzenie o bezpieczeństwie produktów. Dyrektywa EMC (2014/30/UE) ma ponadto zastosowanie, jeżeli pakiet akumulatorów zawiera aktywną elektronikę (BMS) mogącą generować emisje elektromagnetyczne.

Do transportu akumulatorów litowych mają zastosowanie badania UN 38.3: wibracje, wstrząsy, uderzenie, obciążenie termiczne, przeładowanie, zwarcie, zgniecenie i weryfikacja zwarcia zewnętrznego. Badania te należy powtórzyć dla każdej nowej kombinacji ogniwo/pakiet — raport z badań dla podobnej konfiguracji nie obejmuje nowego projektu. Raport z badań jest dokumentem obowiązkowym dla transportu lotniczego (IATA), morskiego (IMDG) i drogowego zgodnie z ADR.

W przypadku zastosowań w maszynach lub pojazdach może mieć ponadto zastosowanie Dyrektywa maszynowa (2006/42/WE) lub jej następcze rozporządzenie, jeżeli pakiet akumulatorów jest klasyfikowany jako element bezpieczeństwa maszyny. W takim przypadku ocena ryzyka zgodnie z EN ISO 12100 jest częścią dokumentacji, a koncepcja bezpieczeństwa BMS musi być wykazano skoordynowana z koncepcją maszyny.

Proces: specyfikacja → prototyp → dopuszczenie do produkcji seryjnej

Wykonanie na zamówienie zaczyna się od specyfikacji: dokumentu, który jednoznacznie opisuje wszystkie wymagania — wymiary zewnętrzne, poziom napięcia, pojemność, prąd rozładowania i ładowania, zakres temperatur, stopień ochrony, interfejs komunikacyjny, wymagania certyfikacyjne, planowana liczba jednostek i wymagania logistyczne. Kompletna specyfikacja zapobiega późniejszym rozbieżnościom interpretacyjnym i stanowi podstawę wiążącej oferty.

Po specyfikacji następuje dobór ogniw i projektowanie pakietu: która chemia ogniw (LiFePO4 dla trwałości i bezpieczeństwa termicznego, Li-NMC dla większej gęstości energii) odpowiada przypadkowi obciążenia? Jak ogniwa są łączone (konfiguracja szeregowa/równoległa) w celu osiągnięcia docelowego napięcia i pojemności? Który model BMS spełnia wymagania komunikacyjne i ochronne? Wynikiem jest określona lista materiałów.

Następnym krokiem jest faza prototypu: wytworzenie jednego lub kilku prototypów funkcjonalnych do mechanicznych prób montażowych, elektrycznego uruchomienia i badań środowiskowych u zamawiającego. Na podstawie prototypu definiuje się i wprowadza zmiany przed formalnym zamknięciem protokołu kontroli pierwszej sztuki.

Dopuszczenie do produkcji seryjnej wymaga, aby wszystkie badania (UN 38.3, badanie typu zgodne z CE, parametryzacja BMS) zostały zakończone i udokumentowane, a produkcja seryjna odbywała się w kontrolowanych warunkach z kontrolą towarów przychodzących i wychodzących. Hellpower Energy dostarcza z każdym pakietem seryjnym pełną dokumentację zgodności — deklarację zgodności, raporty z badań, kartę charakterystyki — jako obowiązkowy element dostawy.

Lista kontrolna specyfikacji dla pakietów akumulatorów na zamówienie

  • ✓Wymiary zewnętrzne (D × Szer × W) z polem tolerancji i kierunkiem montażu określone?
  • ✓Napięcie nominalne i pojemność oraz dopuszczalny spadek napięcia pod obciążeniem podane?
  • ✓Maksymalny prąd rozładowania (ciągły i impulsowy) i prąd ładowania (normalny/szybki) określone?
  • ✓Zakres temperatur dla pracy, ładowania i magazynowania określony?
  • ✓Stopień ochrony obudowy i złącza (IP) określony?
  • ✓Protokół komunikacyjny (CAN, SMBus, UART) i poziom sygnału skoordynowane ze sterownikiem maszyny?
  • ✓Wymagania certyfikacyjne (CE, UN 38.3, ADR, Dyrektywa maszynowa) w pełni ujęte?
  • ✓Planowanie wolumenu dla prototypów, preserii i serii rocznej podane?

Kompletna specyfikacja jest warunkiem wstępnym wiążącej oferty i zapobiega kosztownym cyklom zmian w fazie prototypu. Hellpower Energy wspiera tworzenie specyfikacji na życzenie — skontaktuj się z nami.

Dalsze artykuły i rozwiązania

Często zadawane pytania

Od jakiego wolumenu produkcji opłaca się akumulator na zamówienie?
Nie ma uniwersalnego minimum — decydującym czynnikiem jest to, czy standardowy produkt w ogóle może spełnić wymagania techniczne. Jeżeli przestrzeń montażowa, napięcie, ochrona IP lub certyfikacja odbiegają od katalogu, wykonanie na zamówienie jest jedyną opcją niezależnie od wolumenu. Przy małych wolumenach (mniej niż 50 jednostek rocznie) cena jednostkowa jest wyższa ze względu na udział kosztów rozwoju i certyfikacji — jednak ten wydatek jest jednorazowy i nie powtarza się przy kolejnych zamówieniach.
Jak długo trwa rozwój do gotowości seryjnej?
Czas zależy od złożoności wymagań i zakresu obowiązkowych badań. Prosty format specjalny ze znajomą chemią ogniw i bez nowych wymagań certyfikacyjnych może osiągnąć gotowość seryjną w ciągu trzech do sześciu miesięcy. Projekty obejmujące badania typu UN 38.3 w akredytowanym laboratorium i ocenę zgodności CE przez jednostkę notyfikowaną są bardziej złożone. Hellpower Energy podaje projekt-specyficzne szacowanie po otrzymaniu kompletnej specyfikacji.
Która chemia ogniw jest zalecana do zastosowań zewnętrznych w niskich temperaturach?
LiFePO4 (litowo-żelazowo-fosforanowe) ma wyższą stabilność termiczną niż Li-NMC i lepiej toleruje niskie temperatury — pojemność w −20 °C spada mniej niż w przypadku ogniw NMC. Bez aktywnego ogrzewania ładowanie poniżej 0 °C jest niedopuszczalne dla obu chemii (litowanie). W przypadku zastosowań z ciągłym użytkowaniem zewnętrznym poniżej −10 °C zaleca się pakiet ze zintegrowaną folią grzewczą i sygnałem zezwolenia na ładowanie kontrolowanym przez temperaturę z BMS.
Czy badanie UN 38.3 musi być powtarzane dla każdego nowego projektu pakietu?
Tak. Raport z badań UN 38.3 jest powiązany z badaną kombinacją ogniwo/pakiet. Nowy typ ogniwa, zmienione połączenie lub inna obudowa wymagają nowego badania. W ramach rodziny produktów, pod pewnymi warunkami, może wystarczyć uproszczony dowód (badania udarowe/rodzinne) — należy to uzgodnić z instytutem badawczym indywidualnie dla każdego przypadku.
Czy Hellpower Energy może również dostarczyć ładowarki do akumulatora na zamówienie?
Tak. Ładowarka dopasowana do pakietu — z właściwym profilem napięcia, odpowiednim interfejsem komunikacyjnym i wymaganym stopniem ochrony IP dla danego zastosowania — jest częścią kompleksowej oferty rozwiązania. Hellpower Energy koordynuje akumulator i ładowarkę jako zgrany system, co zapobiega niezgodnościom i upraszcza dokumentację CE, ponieważ akumulator i ładowarka mogą być oceniane jako skoordynowana kombinacja.

Zapytanie o akumulator na zamówienie

Prześlij specyfikację lub wstępne wymagania — Hellpower Energy oceni wykonalność i udzieli odpowiedzi specyficznej dla projektu.

Zapytaj o akumulator na zamówienie