24V (7S2P) 鋰電池組設計,適用於電動輪椅控制系統

24V (7S2P) 鋰電池組設計,適用於電動輪椅控制系統

隨著全球市場的快速擴張,您對電動輪椅控制系統中可靠的電源解決方案的需求日益增長:

  • 2024年市場規模達4.35億美元,預計2033年將達到11.97億美元。

  • 成長率超過 10% 的複合年增長率,凸顯了優化鋰電池組設計的必要性。

關鍵要點

  • 選擇24V鋰電池組,可為電動輪椅提供可靠的性能。此電壓兼顧了動力和安全性,確保最佳運轉狀態。

  • 實作穩健的 電池管理系統 (BMS) 用於監控和保護您的電池組。優質的電池管理系統 (BMS) 可延長電池壽命並提高安全性。

  • 嚴格遵守測試和維護規程,以確保安全性和性能。定期檢查和妥善存放可防止電池過早失效。

第一部分:設計要求和 7S2P 設定

第一部分:設計要求和 7S2P 設定

1.1 電壓、容量和循環壽命

為了確保電動輪椅控制系統的可靠性能,您需要選擇合適的電壓和容量。大多數應用需要 24V 系統,這樣可以兼顧功率和安全性。下表比較了常見的鋰電池化學成分及其在電動輪椅應用中的規格:

電池類型

規格

充電器

滿充電壓

磷酸鐵鋰電池 12V

12.8V

14.4V

14.4V

磷酸鐵鋰電池 24V

25.6V

28.8V

28.8V

三元 11.1V

11.1V

29.4V

12.6V

三元 25.9V

25.9V

29.4V

29.4V

比較電動輪椅鋰電池組滿電電壓的長條圖

您還應該考慮循環壽命。許多用於輪椅的鋰電池組在 80% 放電深度下可提供超過 2,000 次循環。這確保了其在醫療、機器人和工業應用中的長期可靠性。

  • 12V 100Ah 磷酸鐵鋰電池:循環壽命超過2,000次,100A持續放電

  • 12V 200Ah 磷酸鐵鋰電池:循環壽命超過2,000次,200A持續放電

  • 12V 50Ah 磷酸鐵鋰電池:2,000 次循環,80% DOD

1.2 7S2P 配置詳解

7S2P 配置將七個電芯串聯 (7S) 以實現 25.9V 的標稱電壓。兩個電芯並聯 (2P) 則提高了總容量。這種配置能夠提供電動輪椅控制系統所需的電壓和能量密度。您將受益於更高的輸出功率和更長的運行時間,這對於醫療和工業行動裝置至關重要。

  • 7S 將電壓提高到 25.9V

  • 2P 使容量翻倍,可延長使用時間。

  • 典型電池組:25.9V,5.2Ah

1.3 安全和監管的考慮

在設計用於行動裝置的鋰電池組時,必須遵守國際標準。法規規定每顆電池的容量限制為 100Wh,經航空公司批准,最多可攜帶兩顆備用電池(101-160Wh)。這確保了在醫療、機器人和安防系統應用中的安全運輸和使用。

標準版

產品說明

ISO 7176-21

電動輪椅的電磁相容性

GB / T 18029.25-2022

電池和充電器的安全、效能和保護功能

SJ/T 11810-2022

鋰離子電池的結構和熱安全性

EN 12184

電氣系統安全符合歐洲市場准入要求

提示:始終考慮永續性和負責任的採購方式。了解更多信息 永續發展的哲學 以及 衝突礦物 在電池製造領域。

第二部分:鋰電池組組件及安全

第二部分:鋰電池組組件及安全

2.1 細胞選擇與質量

為確保鋰電池組的安全性和可靠性,必須選用高品質的電芯。在醫療行動裝置應用中,劣質電芯會導致故障,危及用戶安全。因此,在選擇電芯時,應嚴格遵循品質控制措施:

  • 品質保證流程著重於醫療器材的安全性和可靠性。

  • 選擇符合 ISO 9001 和 ISO 13485 標準的供應商。

  • 運用統計製程控制來監控生產流程並保持一致性。

您還應關注組裝過程。從分級到環境控制,每個步驟都會影響最終產品的安全性和效能。下表概述了電動輪椅應用中鋰電池組最有效的組裝步驟:

步驟

產品說明

等級

評估細胞質量,確保只使用最好的細胞。

堆垛

將電極片與隔膜排列成電池。

清潔

組裝前清除所有零件上的污染物。

焊接

使用點焊或雷射焊接連接電極片或焊片,以實現牢固連接。

測試XXXXXXX

評估電池管理系統(BMS)以確認其安全性和可靠性。

封口

密封電池以防止洩漏並確保完整性。

流水線

將單一電池整合到電池包或模組中,製成最終產品。

自動化系統

利用自動化提高效率並減少人為錯誤。

環境控制

在塗層和填充等關鍵製程過程中保持最佳濕度和空氣品質。

提示:務必記錄您的品質控制流程。此舉有助於您滿足監管要求,並在發生召回或事故時提供可追溯性。

2.2 電池管理系統(BMS)

你需要一個強大的 電池管理系統 (BMS) 為了保護您的鋰電池組並延長其使用壽命,電池管理系統 (BMS) 就像電池的大腦,監控和控制每個電芯。

下表總結了24V(7S2P)鋰電池組中電池管理系統(BMS)的基本功能:

獨特之處

產品說明

過充保護

防止電池充電超過其容量。

過放保護

防止電池電量低於安全水平。

自動平衡

確保所有電池均勻充電。

通訊協議

支援 RS485、CanBus、Modbus、UART、BT 等多種系統整合方式。

高品質的電池管理系統(BMS)也提供以下功能:

  • 過流保護

  • 短路保護

在醫療、機器人或工業領域,您應選擇符合應用需求的樓宇管理系統 (BMS)。可靠的通訊協定可實現與輪椅控制系統和遠端監控平台的無縫整合。

2.4 安全特性與保護

您必須優先考慮安全功能,以防止火災或爆炸等事故的發生。電動輪椅應用中最常見的安全事故是熱失控,這可能導致災難性故障。

“不"電動輪椅鋰電池 據報道,鋰電池存在起火和爆炸的風險,2019年曾發生一起重大事故,當時一架飛機上的輪椅鋰電池發生爆炸,導致航班停飛。這起事故凸顯了電動輪椅鋰電池組存在的嚴重安全隱憂。

為最大限度降低這些風險,您應採取以下安全措施:

  • 改進電池組設計,以減少熱量累積和熱傳播。

  • 先進的電池管理系統,可即時監控電壓、電流和溫度。

  • 用於早期檢測電池分解過程中有害氣體的氣體感測器。

您還應該使用有效的保護電路,包括:

  • 過充保護:監控電池電壓,如果超過 4.4V,則斷開輸出。

  • 過放電保護:如果電壓降至 2.3V 以下,則切斷放電。

  • 過電流和短路保護:在電流過大或發生短路時斷開電瓶。

緊湊的設計有助於您將鋰電池組整合到電動輪椅中,而不會犧牲安全性和性能。部署前,請務必在實際使用條件下測試安全功能。

第三部分:測試、維護和使用壽命

3.1 測試程序

您必須遵循嚴格的測試規程,以確保您的鋰電池組符合醫療、機器人和工業應用的安全性和性能標準。首先進行初始容量和負載測試,以驗證電池組是否能提供所需的電壓和電流。請參考以下行業標準:

  • IEC 62133 便攜式鋰離子電池標準

  • IEC 60086-4 適用於一次鋰電池

  • IEC 61960 適用於二次鋰電池

  • IEC 62281 運輸安全標準

  • UL 1642、UL 2054 和 UL 2271 輕型電動車安全標準

診斷工具可幫助您及早發現問題。下表總結了常用工具:

診斷工具

產品說明

Peaxy 預測

利用分析和機器學習進行預測性維護和健康檢查

開路電壓測試

測量無負載電壓,以檢測電池不平衡或硫酸化。

庫侖計數

追蹤充放電循環以評估容量和健康狀況

車載診斷

即時監測設備內的電池效能

提示:測試前後務必檢查是否有膨脹、裂縫或洩漏。

3.2 效能監控

養成每日充電習慣可以延長鋰電池組的使用壽命。請使用專為您的電動輪椅型號設計的智慧充電器。定期清潔充電埠以保持其效率。每次使用後都應充電,避免空載存放。如果輪椅長期不用,請每兩週為電池充滿電。

注意:車載診斷和預測分析平台可協助您監控電池健康狀況,並在問題出現之前安排維護。

3.3 維護與更換

定期維護可防止過早失效。下表列出了建議的維護週期:

用戶類型

保養間隔

普通用戶(室內,光滑表面)

每3-4個月

崎嶇地形或高強度使用

每2個月

長途旅行前

全面檢查

請將電池電量保持在 40% 至 60% 之間,並存放於陰涼乾燥處(20°C 至 25°C)。避免極端溫度和陽光直射。如果電池出現膨脹、裂縫、嘶嘶聲、漏液、溫度迅速升高或冒煙等跡象,則表示需要更換電池。請負責任地回收舊電池,以支持永續發展。

如果發現任何損壞或性能下降,請立即更換電池,以確保安全性和可靠性。

透過選擇優質電芯、整合強大的電池管理系統 (BMS) 並遵循嚴格的文件和測試規程,您可以確保安全性和可靠性。

  • 務必使用認證充電器並保持最佳充電溫度。

  • 與認證實驗室合作,獲得 IATA 和 UN38.3 認證,以確保合規性。

  • 定期維護可最大限度地延長電池壽命並提高效能。

常見問題

哪些電池化學成分最適合電動輪椅控制系統?

你可以選擇 鋰離子, 磷酸鐵鋰, 鋰聚合物, 或者 固體狀態 電池。技術參數請參考下表。

化學

額定電壓

循環壽命

安全等級

磷酸鐵鋰

3.2V/節

2000+

高

鋰離子電池

3.6V/節

1000-1500

媒材

鋰聚合物

3.7V/節

800-1200

媒材

固體狀態

3.8V/節

2500+

很高

哪些產業最能從 24V (7S2P) 鋰電池組中受益?

你在以下方面獲得最大價值 醫生, 機器人, 安全, 基礎設施, 消費類電子產品以及 產業 部門。

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