الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰۱
کد مقاله
IND101
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات – فصل۴: معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری
نام انگلیسی
The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design – Chemistry, Components, Types and Terminology-Chapter4: Battery Pack Design Criteria and Selection
تعداد صفحه به فارسی
۴۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۲۰
کلمات کلیدی به فارسی
باتری لیتیوم – یون
کلمات کلیدی به انگلیسی
Lithium-Ion Battery
مرجع به فارسی
جان وارنر، الزویر
مرجع به انگلیسی
John Warner; XALT Energy, Midland, MI, USA; Elsevier
کشور
ایالات متحده
کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون
شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات
فصل۴٫ معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری
شاید یکی از چالش برانگیزترین و دلهره آورترین جنبه های طراحی باتری، بخصوص برای افراد غیر متخصص، محاسبات اولیه در مورد پارامترهای مرتبط با انتخاب یا استفاده از یک باتری جدید است. با این حال، برخی محاسبات نسبتا ساده وجود دارند که می توان آنها را برای مشخص سازی ویژگیهای مناسب یک باتری بکار گرفت.
اولین چیزی که باید بدانید این است که یک کلاس خاص باتری لیتیوم – یون متشکل از یکسری زیر سیستم های بهم پیوسته است که همگی برای کارکرد در آن کلاس باتری و رفع نیازهای حیاتی مرتبط مورد نیاز هستند. در هسته این کلاس سلول های لیتیوم – یونی قرار دارند. تعداد سلول ها از یک مورد کاربردی به کاربرد دیگر متفاوت است، اما هر کلاس باتری به گروهی از سلول های متصل به هم به شیوه های مختلف نیاز دارد تا ولتاژ و انرژی مورد نظر حاصل شود. برای نگهداری و مدیریت سلول ها یک ساختار مکانیکی تعبیه شده است. این سیستم مکانیکی سلول ها و همچنین محفظه کلی را بهم متصل کرده و نگهداری می کند (شکل ۱).
در این محفظه، شما سیستم مدیریت باتری (BMS) را خواهید یافت. BMS یک کنترل کننده الکترونیکی است که تمامی کارکردهای عملیات باتری را کنترل و مدیریت می کند. BMS همچنین ممکن است اجزای الکترونیکی نصب شده در سلول یا سطح ماژول را تفکیک کند که دما و ولتاژ سلول ها را کنترل کرده و غالبا به عنوان برد کنترل دمای ولتاژ (VTM) شناخته شده اند.علاوه بر این اجزای یک سیستم مدیریت حرارتی وجود دارند که ممکن است از یک راه حل منفعل نظیر استفاده از یک محفظه به عنوان یک تطبیق حرارتی تا یک سیستم خنک کننده هوا یا مایع فعال که هوای خنک شده یا مایع را از کلاس باتری عبور می دهد متغیر باشد. و البته با توجه به قطعات الکترونیک، سوئیچ ها جریان جاری را روشن و خاموش می کنند. تمامی این سیستم ها باید با هم به صورت یک سیستم واحد دربیایند تا باتری قابلیت کارکردی داشته، سالم باشد و به اهداف عملکرد و طول عمر خود برسد.
و با وجود این که زمان زیادی را برای مشخص کردن هزینه یا برآورد قیمت ها صرف نمی کنم چون موارد تحقیقی زیادی در این زمینه وجود دارند، برخی تصورات در مورد درصد عناصر باتری را ارائه می کنم. توجه داشته باشید که پک های باتری با توان کم سلول ها درصد هزینه پک خیلی کمتری را در مقایسه با یک خودروی برقی (EV) یا یک خودروی برقی هیبرید با قابلیت اتصال به برق (PHEV)دارند. این حالت در سیستم های دارای مقیاس شبکه خیلی بزرگ صحت دارد، که در آن سخت افزار پیرامون سلول ها ممکن است درصد بزرگتری از کل هزینه را شکل دهد. در موارد کاربردی PHEV/EVباتری ها می توانند ۶۰ تا ۷۰ درصد هزینه های کلاس باتری را رقم بزنند (شکل های ۲و۳).
حال که شناخت پایه از بخش های سیستم را بدست آورده ایم، مورد بعدی شناخت زمان اندازه گیری یک باتری و نوع کاربرد آن است؟ یک باتری اساساَ یک منبع ذخیره انرژی الکتروشیمیایی است . و می توانیم کاربرد باتری را به دو طبقه پاور(توان) یا انرژی تقسیم کنیم. یک باتری پاور را می توان به عنوان باتری شرح داد که بر عرضه توان ثابت شتاب خودرو تأکید شده است. باتری پاور برای ارائه انرژی بلندمدت جهت راه اندازی یک سیستم طراحی نشده است. تفکر یک باتری پاور طرز فکری است که توان و انرژی خود را در چارچوب های زمانی کوتاه تخلیه می کند که معمولا از چند ثانیه تا ده ها دقیقه طول می کشد. باتری انرژی برای یک نسبتا کند و طولانی مدت به بازار عرضه شده است. باتری را به صورت طراحی شده برای تخلیه انرژی خود در طی بیشتر از ۱ ساعت یا طولانی تر در نظر بگیرید. در یک مورد کاربرد خودرو این حالت را می توان به طور معمول در یک خودروی کاملا برقی مشاهده کرد که برای دست یابی به دامنه های مسافتی طولانی طراحی شده است. در یک کاربرد نوع شبکه این حالت ممکن است از طریق یک سیستم پشتیبانی باتری برای ارائه توان در طی چندین ساعت طراحی شود. PHEV معمولی از آنچه یک باتری متعادل می نامیم استفاده می کند. در این نوع مورد کاربردی باتری لازم است دستگاه در برخی زمان ها همانند یک خودروی کاملاََ برقی و در زمان های دیگر همانند یک هیبرید معمولی عمل کند. در این مورد باتری به رفع نیازهای عملکردی فوق نیاز دارد.
یک باتری پاور مقدار نسبتاَ کمی انرژی دارد که معمولاَ کمتر از ۱٫۵کیلووات بر ساعت است. یک باتری انرژی به انرژی خیلی زیادتری نیاز دارد و دامنه آن از ۷٫۵ کیلووات بر ساعت تا ۸۰ کیلووات بر ساعت یا حتی بیشتر برای موارد کاربردی خیلی بزرگ، با میانگین باتری خودروی برقی حدود ۲۴ کیلووات بر ساعت متغیر است.
در ضمیمه های A تا E اهداف باتری را در نظر گرفته ایم که توسط کنسرسیوم باتری پیشرفته امریکا تنظیم شده اند. این اهداف برای باتری های نوع روشن و خاموش ۱۲ ولت، میکروهیبرید روشن و خاموش۴۸ ولت و ولتاژ بیشتر خودروی برقی هیبرید، خودروی برقی هیبرید با اتصال به برق، تنظیم شده اند.
در تمامی موارد کاربردی باتری ها باید با ترکیبی از سلول ها به صورت سری متصل باشند تا به ولتاژهای سیستم دست یابند و بطور موازی ظرفیت مورد نظر حاصل شود. ترفند این است که بدانند برای اولین بار ولتاژهای موارد کاربردی چیستند طوری که بتوانید مقدار مورد نیاز سلول ها را برای دست یابی به این ولتاژ محاسبه کنید ؛ البته فرض می شود که شما قبلاَ می دانستید نوع سلی که قصد دارید از آن استفاده کنید یا حداقل شیمی کلی آن چیست. یافتن نیازهای انرژی می تواند کمی مشکل تر باشد. در زمینه های کاربردی حمل و نقل اگر کارایی خودرو مشخص باشد محاسبه انرژی مورد نیاز آسان است اما برای موارد کاربردی دیگر این قدر آسان نیست.
مورد مهم دیگر شناخت یک باتری لیتیوم-یون است که بطور طبیعی ظرفیت خود را بخاطر دمای زیاد، افزایش امپدانس داخلی و عوامل دیگری که مدت زمان واقعی کارکرد باتری را مشخص می کنند از دست می دهد. و با وجود این که لیتیوم-یون یک تأثیر حافظه را همانند برخی مواد شیمیایی مبتنی بر نیکل ندارد، رشد مداوم امپدانس در نهایت ظرفیت آن را تا سطحی کاهش می دهد که دیگر برای استفاده از برنامه های کاربردی مناسب نیست.
معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری ۴ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
قانون اهم و محاسبات پایه ای باتری
با وجود این که چندین فرمول مختلف وجود دارند که می توانند به شما در محاسبات اندازه گیری کلاس باتری کمک کنند، شاید مهم ترین مورد قانون اهم باشد. قانون اهم رابطه بین ولتاژ (V)، جریان (I)و مقاومت (R) را در یک سیستم برقی شرح می دهد. و چون ولتاژ و جریان دو چیزی هستند در یک باتری می توان آنها را واقعا اندازه گیری کرد (به غیر ازدما، تقریبا تمامی عوامل دیگر محاسبه شده اند) در محاسبات ما مهم هستند. پس قانون اهم به صورت زیر ذکر شده است:
ولتاژ (V) مساوی جریان (I) ضرب در مقاومت (R)
معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری ۴ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
محاسبه تعداد سلول های مورد نیاز
اولین کاری که لازم است انجام دهیم مشخص کردن تعداد سلول های مورد نیاز برای پاسخگویی به نیازهای جریان و ولتاژ طراحی پک است.در شروع کار با ولتاژ فشرده مورد نظر به آسانی می توانید تعداد سلول های ( با این فرض که یک سلول مطلوب را برای کار با آن دارید ) مورد نیاز برای ایجاد ولتاژ سیستم محاسبه کنید. ولتاژ سیستم بطور کلی برمبنای نیازهای ولتاژ موتور الکتریکی در سیستم است. زمانی که این ولتاژ معلوم باشد یک موضوع خیلی ساده تعیین تعداد سلول های مورد نیاز به صورت سری برای تولید این ولتاژ با استفاده از تقسیم ولتاژ فشرده (Vp)بر ولتاژ سلول (Vc)است:
معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری ۴ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
محاسبه انرژی و ظرفیت کاربرد باتری
پس برای محاسبه انرژی پک ، با این فرض که یک پک ۲۵ کیلووات بر ساعت مطلوب است، ولتاژ فشرده (Vp) را در ظرفیت (Ip) ضرب می کنیم. البته فرض می شود که شما ظرفیت مورد نیاز یا جریان پک / نوعی خاص باتری را می دانید .
محاسبه انرژی باتری در پایان عمر مصرفی
البته تمامی محاسبات فرض می کنند که شما می توانید از ۱۰۰ درصد باتری برای دست یابی به این دامنه استفاده کنند که در واقعیت تنها می توانید از حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد این باتری پک به انتخاب سلول و پروفایل کاربردی می باشد. این بدان معناست که ۲۵ کیلووات بر ساعت باید مقدار انرژی باشد که در این طراحی سیستم قابل استفاده است. بعبارت دیگر، ما باید قادر باشیم تا ۲۵ کیلووات بر ساعت انرژی را از پک برداشته و بنابراین، اگر حاشیه های ایمنی را در بالا و پائین حفظ کنیم و تنها از ۸۰ درصد کل انرژی استفاده کنیم، به تعیین مقدار کل انرژی ضروری نیاز داریم. یعنی محاسبه سریع دیگر با تفسیم انرژی مورد نیاز قابل استفاده بر ۸۰ درصد (در این جا فرض می شود که سیستم تنها از ۸۰ درصد کل انرژی استفاده می کند)به صورت زیر بدست می آید :
محاسبه توان سیستم
با محاسبات بنیادی که یادآوری شد می توانیم شناخت عمیق تری را نسبت به سیستم مورد نظر پیدا کنیم. علاوه بر فرمول های نشان داده شده فوق که برمبنای قانون اهم هستند امکان استفاده از چندین مشتق از این فرمول ها برای محاسبه توان و استفاده از توان(به اهم)در محاسبات شما وجود دارد. در این مثال، ما قانون اهم را با قانون ژول برای ایجاد یک فرمول جهت تعیین توان برقی(مجددا به وات ) ترکیب کرده ایم . توان سیستم را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد :
معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری ۴ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
حداکثر دشارژ پیوسته
برای محاسبه حداکثر جریان تخلیه پیوستعه که سیستم می تواند فراهم کند، لازم است تعداد سلول ها را بطور موازی (Np) در جریان سلول (Ic) در حداکثر میزان C (CMax) ضرب کنیم تا حداکثر جریان دشارژ (IMax Continuous) به آمپر بدست آید. روش دیگر انجام این کار استفاده از حداکثر جریان دشارژ است که توسط تولیدکننده سلول در ورقه داده های آنها ضرب در تعداد سلول ها بطور موازی ارائه شده است تا یک برآورد نزدیک از حداکثر جریان تخلیه بدست آید.
محاسبه ولتاژهای شارژ
حداکثر ولتاژ شارژ بطور ساده برابر با کل تعداد سلول ها به صورت سری ضرب در حداکثر ولتاژ سلول است که توسط تولیدکننده سلول تعیین شده است.
تبدیل نیازهای مشتری به طرح های مرتبط با هر کلاس
حال که یک شناخت پایه از انواع فرمول های مورد نیاز در مشخص کردن یک مفهوم پک لیتیوم یون بنیادی داریم، باید بطور مختصر در مورد اسناد نیاز مشتری صحبت کنیم. اسناد نیاز مشتری می تواند از صدها صفحه برای مشتریان خبره تر تا بصورت یک خط توصیف کننده خیلی ساده برای شرکت هایی که با فن آوری های باتری کمتر آشنا هستند متغیر باشند. اما در هر دو مورد مهم ترین کاری که باید قبل از شروع طراحی باتری خود انجام دهید و مفهومی سازی آن بحث با مشتری در مورد نیازها و مهم ترین ویژگی های این نیازها است.
معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری ۴ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
نسبت های توان به انرژی
موضوع دیگری که باید مشخص شود بحث در مورد نسبت های توان به انرژی است. نسبت توان به انرژی یک عدد مشخص است ه بسیاری از مشتریان و طراحان سیستم برای آن برای ارزیابی سریع تناسب یک فن آوری خاص برای مورد کاربردی خود استفاده می کنند. برنامه های کاربردی توان بالا نظیر باتری خودروی نوع خاموش و روشن ۱۲ ولتی، معمولاَ توان خیلی بیشتری را در رابطه با مقدار انرزِ که در کلاس باتری ذخیره می شوند دارند. در این مورد ممکن است یک نسبت بین ۱۵ تا ۱ و ۲۰ به ۱ را شاهد باشیم . این نسبت مقدار توانی را نشان می دهد که باتری قادر به تأمین انرژی در مقایسه با انرژی ذخیره شده روی برد را دارد.
سیستم های ایستگاهی / ثابت و شبکه ای بزرگ
فرمول ها، محاسبات و عملیات مشابه ای وجود دارند که می توانند در ارزیابی و اندازه گیری یک سیستم ذخیره انرژی مبتنی بر باتری برای یک سیستم ساکن یا شبکه بزرگ بکار روند. چالش بیشتر تولیدکنندگان باتری این است که مقدار و سطح جزئیات نیازها از این نوع موارد کاربردی معمولا خیلی کمتر از جزئیات مورد انتظار از یکی از خودروسازان بزرگ می باشد.
خلاصه ای از فرمول های عرضه شده
درست همانند کلاس جبر پایه در دبیرستان، دو متغیر را دارید که می توانید با استفاده از آنها متغیر سوم را محاسبه کنید. در زیر لیستی از محاسبات قرار دارند که در این فصل لحاظ شده اند. با این فرمول ها باید قادر باشید تا بیشتر محاسبات بنیادی لازم برای شناخت مقدماتی از عملکرد سیستم ذخیره انرژی خود را بدست آورید.
معیارهای طراحی و انتخاب کلاس باتری ۴ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
دستورالعمل های طراحی و بهترین شیوه ها
شاید مهم ترین جنبه شروع کار تدوین یک طراحی کلاس باتری جدید است تا اطمینان حاصل شود که شما یک دیدگاه کامل و شناخت از نیازهای واقعی مشتری را دارید. بسیاری از بزرگترین تولیدکنندگان تجهیزات اصل خودرو اسناد نیازمندی پیچیده و خیلی فصلی را تولید می کنند. این مورد بهترین سناریو است چون به شما یک درک کامل از تمامی نیازهای مختلف را می دهد.
از سویی دیگر، ممکن است خود را در حال کار با یک مشتری کوچک پیدا کنید که فاقد یک مجموعه از الزامات می باشد و مجبور هستید بطور منسجم با این افراد کار کنید تا یک شناخت کامل از عملکرد سیستم ذخیره سازی انرژی خود بدست آورید. در این مرحله پرسش چندین سوال تا حد امکان مهم است. من غالبا شروع کار را با طرح سوال در مورد نیازهای برق موتور الکتریکی مطابق زمان انجام کار برقی ارزشمند یافتم. زمانی که جمع آوری این نوع اطلاعات را شروع کنید می توانید کار را با استفاده از برخی محاسبات فوق برای کمک به اندازه گیری باتری شروع کنید تا به انتظارات مشتری پاسخ دهید.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
