冷蔵設備用のリチウム電池パックの指定方法: 充電、結露、および検証
バッテリー駆動の車両がシフトの開始時に冷凍倉庫に入ります。最初の 1 時間は、すべてが正常に見えます。その後、加速が弱まり、充電状態の表示が予想よりも早く下がり、パレットを持ち上げているときに装置が停止します。
バッテリーは暖かい充電エリアに移動されます。電圧は回復しますが、充電器は起動を拒否します。
保守チームが検査する頃には、コネクタの周囲に湿気が発生していました。
これは 1 つの問題ではありません。これは温度に関連した一連の問題であり、設計時に分離する必要があります。
保冷用リチウム電池は電圧とアンペアアワーだけでは選べません。プロジェクトでは、バッテリーが冷えているときにどのように放電するか、どこで充電するか、どのように暖まるか、結露をどのように制御するか、温度センサーやヒーターが故障した場合に何が起こるかを定義する必要があります。 
短い答え
冷蔵室機器の場合は、少なくとも 4 つの異なる条件を指定します。
| 状態 | 技術的な主な質問 |
|---|---|
| 冷蔵 | 非アクティブなバッテリーは保管温度と保管期間に耐えられますか? |
| コールドディスチャージ | 過度の電圧降下を起こさずに必要な電流を供給できますか? |
| コールド充電 | 充電はどのセル温度で、またどの電流で開始できますか? |
| 寒冷地から温暖地への移行 | システムは結露関連の障害をどのように防止しますか? |
これらの条件は互換性がありません。
低温で保管できるバッテリーは、その温度での放電が自動的に承認されるわけではありません。冷凍庫で放電する可能性のあるバッテリーでも、充電する前に温める必要がある場合があります。
適切なソリューションとは、適切なセル、温度検知、BMS 制限、断熱エンクロージャ、制御された加熱、および定義された操作手順を組み合わせたものです。
低温によってバッテリーの性能が変化する理由
リチウムイオン電池の動作は、電気化学反応と、電解質および電極を通るイオンの移動に依存します。これらのプロセスは一般に、温度が下がると遅くなります。
実際の効果には次のようなものがあります。
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内部抵抗が高くなります。
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負荷時の電圧降下が大きくなります。
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使用可能な容量が少なくなります。
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電力能力の低下。
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ウォームアップ時間が長くなる。
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信頼性の低い電圧ベースの SOC 推定。
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充電制限の厳格化。
NASA のバッテリー工学レポートには、温度が低いと化学活性が低下し、内部抵抗が増加することが記載されています。また、低温では放電負荷が高まると容量と電圧の低下が早くなることが説明されています。完全なディスカッションは、 NASA航空宇宙飛行バッテリープログラムレポート。
これが、冷蔵室のバッテリー パックがライトや電子機器に正しく電力を供給しても、トラクション モーター、リフト アクチュエーター、またはコンプレッサーの始動時に故障する理由です。
バッテリーにはまだエネルギーが残っています。難しいのは、すべてのセルを最小許容電圧以上に保ちながらエネルギーを供給することです。
常温放電と低温充電は別の問題です
この違いは購入時に見落とされがちです。
寒冷時の放電
放電中、抵抗が大きいほど電圧降下が大きくなります。
電圧降下 = 電流 × 抵抗
バッテリー システムのセルと接続抵抗の組み合わせが 50 ミリオームであると仮定します。
20A での単純化した電圧降下は次のとおりです。
20A × 0.050Ω = 1V
80Aの場合:
80A × 0.050Ω = 4V
長時間のコールドソーク後に抵抗がさらに増加すると、電圧マージンは再び小さくなります。
結果は次のようになります。
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加速が弱い。
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インバータの不足電圧。
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早すぎるバッテリー低下アラーム。
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BMS セル不足電圧保護。
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見かけ上の稼働時間の短縮。
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負荷停止後の電圧回復。
室温での容量テストでは、この動作は明らかになりません。
寒い中での充電
不適切な充電条件下では低温によりアノードに金属リチウムが析出するリスクが高まる可能性があるため、充電には個別の制御が必要です。
国立再生可能エネルギー研究所を通じて発表された研究では、安全な充電条件が温度、充電速度、電極設計、充電状態にどのように依存するかについて説明しています。に関する研究を参照してください。 温度の影響とリチウムメッキを避けるための安全な充電ライン。
テキサス・インスツルメンツのガイダンスバッテリー温度検知とJEITA充電地域は、代表的な低温しきい値として 0°C を使用し、それを下回ると充電が停止され、低温領域では充電パラメータが低下します。
この値をすべてのバッテリー仕様に盲目的にコピーすべきではありません。実際の制限は以下から取得する必要があります。
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選択したセルのメーカー。
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パック構造です。
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充電システム。
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BMS 構成。
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プロジェクト固有の検証。
重要な点は、寒冷地でのリチウム電池の充電には明確なルールが必要であるということです。 「充電器が決める」というのは完全な制御戦略ではありません。
室内だけでなくセルの温度を定義する
倉庫のサーモスタットが気温を報告します。 BMS はセルの温度を理解する必要があります。
これらの数値は大幅に異なる場合があります。
寒い部屋に入ったバッテリーは、しばらくの間、周囲の空気よりも暖かいままになることがあります。バッテリに高い負荷がかかると、エンクロージャの外側が冷たい空気に覆われている場合でも、内部で熱が発生することがあります。加熱中、ヒーターに近いセルは、遠くにあるセルよりも早く温まる場合があります。
関連する測定場所には次のものが含まれます。
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予想される最も冷たいセル グループ。
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最も暖かいと予想される細胞グループ。
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モジュールの中心。
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エンクロージャの壁。
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BMS またはパワー エレクトロニクス。
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充電コネクタです。
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ヒーターの表面です。
単一のセンサーを暖かい BMS ボードの近くに配置すると、最も冷たいセルが承認された温度に達する前に充電できる場合があります。
センサーが多すぎても問題は自動的に解決されません。 BMS は、それらをどのように解釈するかを定義する必要があります。
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充電は最低温度から始まりますか?
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放電電流は最低温度または平均温度に依存しますか?
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センサー間のどのような差が異常とみなされますか?
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センサーがオープンまたはショートした場合はどうなりますか?
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ありえない温度は故障として扱われますか?
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どの温度がマシンコントローラーに送信されますか?
これらの決定はインターフェース仕様に属します。
一体型ヒーターが合理的な場合
低温リチウム電池は、アプリケーションが充電またはセルシステムの許容温度以下での高出力動作を必要とする場合、内蔵ヒーターを使用することがあります。
ヒーターは単に筐体内に設置される付属品ではありません。これは、バッテリーのエネルギー、制御、安全アーキテクチャの一部になります。
図 1. 低温バッテリー設計では、絶縁、複数の温度センサー、および制御された加熱を組み合わせることができます。温度の均一性については、正確な配置を検証する必要があります。
ヒーター設計が答えるべき質問
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ヒーターに電力を供給するものは何ですか?
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セルの充電が始まる前に充電器から操作できますか?
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バッテリーのエネルギーを使用できますか?
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加熱に対して保護される SOC 予備量はどれですか?
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ヒーターの動作を制御するセンサーはどれですか?
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許容開始温度は何度ですか?
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加熱終了温度は何度ですか?
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異なるセルの位置はどれくらいの速さで温まりますか?
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ヒーターリレーまたはMOSFETがオンのままだとどうなりますか?
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温度センサーが故障するとどうなりますか?
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必要な場所がすべて温かくなるまで、充電はロックアウトされますか?
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加熱しながら機器を動作させることはできますか?
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ヒーターのステータスは CAN または RS485 経由で入手できますか?
ヒーターはコールドスタートまたはコールドチャージ機能を向上させますが、エネルギーも消費します。
実行時の計算にヒーターのエネルギーを含める
公称バッテリエネルギーは、マシンが利用できるエネルギーと等しくありません。
冷蔵室での単純化された計算は次のとおりです。
利用可能な機器のエネルギー = 温度調整されたバッテリーのエネルギー − ヒーターのエネルギー − 変換損失 − 保護された予備量
充電前またはスタンバイ中にヒーターが電力を使用する場合、その需要をデューティ サイクルに含める必要があります。
たとえば、バッテリーは各シフトの一部を消費する可能性があります。
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充電前のウォーミングアップ。
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休憩中の体温維持。
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冷浸後の再加熱。
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機器に電力を供給します。
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アラームと安全なシャットダウンに備えて予備を保持します。
設計チームは、モーターが回転している時間だけでなく、稼働日全体をモデル化する必要があります。
一般的な「コールド容量削減」パーセンテージを割り当てることは避けてください。結果は、セルのタイプ、温度、電流、SOC、熱設計、カットオフ電圧によって異なります。提案されたセルとパックの実際の曲線またはテスト データを要求します。
断熱は効果がありますが、熱は発生しません
断熱材は熱の伝わりを遅くします。冷えたバッテリーが自然に温まるわけではありません。
これは 2 つの状況で重要になります。
まず、断熱材は、冷凍庫に入れた後、温かいバッテリーが有用な温度を維持するのに役立ちます。これにより、低温室での短いデューティ サイクル中のパフォーマンスが向上する可能性があります。
第二に、十分に長い時間冷やした後、バッテリー全体が周囲の温度に近づきます。断熱材はそれが起こる速度を変えるだけです。
したがって、仕様では以下を定義する必要があります。
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初期バッテリー温度。
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冷蔵室の気温。
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バッテリー周囲の空気の速度。
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寒い部屋の中で過ごす時間。
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その期間中の機器の負荷。
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休憩時間。
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充電場所。
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ウォームアップに使用できる時間。
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参入と退出の繰り返し。
30 分間の訪問では良好に動作したバッテリーでも、8 時間浸漬すると動作が大きく異なる場合があります。
冷凍庫から出した後によく結露が発生する
寒い部屋自体が空気が乾燥している可能性があります。冷えたバッテリーがより暖かく湿気の多い場所に入ると、より危険な湿気イベントが発生する可能性があります。
バッテリーの表面が周囲の空気の露点より低いままであると、筐体、コネクタ、およびケーブルの表面に水が結露する可能性があります。
ヴァイサラの説明露点と結露は、表面が近くの空気を飽和まで冷却するときにどのように水分が形成されるかを説明します。
この移行は以下に影響を与える可能性があります。
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コネクタの接点。
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充電インターフェース。
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BMS 通信ピン。
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圧力ベント。
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エンクロージャの継ぎ目。
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ファスナー。
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ラベル。
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ケーブルグランド。
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外部温度センサー。
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サービス開始。
コネクタは、完全に嵌合されている場合は許容可能ですが、充電のために接続されていない場合は保護が不十分な場合があります。
IP 評価がすべての答えではない理由
侵入保護テストと結露テストは、さまざまな問題に対処します。
エンクロージャは外部からの水の侵入に耐える可能性がありますが、温度サイクル、閉じ込められた湿った空気、または圧力変化によって引き起こされる湿気にさらされます。逆に、結露管理用に設計されたエンクロージャでも、清掃、氷、偶発的な水への暴露に対する適切な侵入戦略が必要です。
現在IEC 60068-2-30:2025では、一般に試験片上に結露が生じる温度と湿度の繰り返し試験について説明しています。これは、プロジェクトで湿熱サイクルを評価する必要がある場合に有用な参考情報となりますが、実際の製品と市場に合わせて適切なテスト計画を選択する必要があります。
考えられる設計対策には次のようなものがあります。
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コネクタを開く前に順応を制御します。
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コネクタキャップ。
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密閉または保護された充電接点。
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適切なガスケットとケーブルグランドの材質。
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正当な場合には耐湿性 PCB 保護。
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エンクロージャの要件を損なうことのない排水経路。
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環境に合わせて選択された均圧コンポーネント。
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重要な用途における湿度または結露の検出。
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湿気が存在する場合の充電を防止する手順。
「防水バッテリー」は技術要件としては広すぎます。
シール、プラスチック、ケーブルも寒さで変化する
最も注目されるのはセルですが、バッテリー システムの残りの部分も同じ環境に耐えなければなりません。
低温は次のような影響を与える可能性があります。
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ガスケットの圧縮。
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ケーブルの柔軟性。
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コネクタのラッチ動作。
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プラスチックの耐衝撃性。
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粘着性能。
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ディスプレイの読みやすさ。
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スイッチとコンタクタの動作。
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潤滑剤。
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圧力の均一化。
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ポッティングおよび封止材料。
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熱膨張の違い。
室温での組み立て中に曲がりやすいケーブルは、冷凍庫で硬くなる可能性があります。繰り返し動作すると、コネクタまたはケーブル グランドに応力が伝わる可能性があります。
取り外し可能なバッテリーの場合は、コンポーネントが冷えており、オペレーターが手袋を着用しているときに、挿入、取り外し、ロックをテストします。技術的には互換性があるが、取り扱いが難しいコネクタは、現場での信頼性の問題になる可能性があります。
充電器が冷蔵室の外にある可能性がありますが、バッテリーはまだ冷えています
バッテリーを暖かい充電室に移動しても、セルはすぐには温まりません。
エンクロージャの表面が最初に温度を変化させます。内部セル質量は、充電閾値をはるかに下回ったままになる可能性があります。
安全な充電シーケンスは次のようになります。
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充電器がバッテリーを検出します。
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バッテリー温度データが検証されました。
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通常の充電は無効のままです。
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ヒーターが取り付けられている場合は、外部電力によってヒーターが作動します。
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BMS はセルの最小温度と最大温度を監視します。
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必要な条件が満たされた場合にのみ充電が開始されます。
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充電電流は最初は制限されている場合があります。
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システムは温度分布を監視し続けます。
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通常充電は承認された地域内でのみ可能です。
充電器と BMS はこの動作について同意する必要があります。
そうしないと、充電器が起動と停止を繰り返したり、一般的な障害を表示したり、バッテリー セルが冷たいままの状態で独自の周囲温度センサーに基づいて充電を開始したりする可能性があります。
完全な制御ステート マシンを指定する
冷蔵リチウム電池については、関連するすべての状態で許可されるアクションを文書化します。
| バッテリーの状態 | 放電 | 充電 | ヒータ | 必要な機器の対応 |
| 常温 | 通常の制限ごとに | 通常の制限ごとに | オフ | 通常動作 |
| 寒いが退院は許可される | おそらく定格が下げられる | 制限されているか無効になっています | 必要に応じて | 必要に応じてピーク電力を制限する |
| 退院するには寒すぎる | 障害者または厳しく制限されている | 無効 | 許可される場合があります | 安全なシャットダウンまたはウォームアップ |
| 温暖化 | プロジェクト定義 | 通常は準備が整うまでロックアウトされます | の上 | 温暖化ステータスを表示する |
| 温度センサーの故障 | 制限されているか無効になっています | 無効 | 安全なデフォルト | 障害を報告する |
| センサー差が大きすぎる | 制限付き | 無効 | プロジェクト定義 | サービスに関する警告 |
| 結露・順化状態 | プロジェクト定義 | 無効 | 制御された | コネクタへのアクセスを防止する |
| ヒーター故障 | ディレーティングまたは無効化 | 加温が必要な場合は無効になります | 故障 | サービス状況の報告 |
正確な温度値と電流制限は、検証されたバッテリー設計から得られる必要があります。このテーブルは、普遍的なしきい値ではなく、存在する必要があるロジックを定義します。
冷蔵電池の検証計画
バッテリーは、単独のパックとしてだけでなく、機器の一部としてテストする必要があります。
現在IEC 60068-2-1:2025 低温試験規格機器やコンポーネントを低温で使用、輸送、保管する能力に対処します。通電された試験片と通電されていない試験片、および梱包状態と未梱包状態を区別します。
OEM プロジェクトの場合、環境計画は実際の運用サイクルに関連付けられている必要があります。
図 2. 検証では、コールドソーク、代表的な負荷、温度測定、充電ロジック、および制御された低温から高温への移行を組み合わせる必要があります。
ステージ 1: 室温のベースラインを確立する
コールド テストの前に、次のことを記録します。
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使える容量。
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負荷時の電圧。
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ピーク電流応答。
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セル電圧の差。
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温度分布。
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充電器の動作。
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BMSデータ。
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機器のランタイム。
ベースラインがなければ、低温の影響と既存の設計の問題を区別するのは困難です。
ステージ 2: バッテリー全体をコールドソークする
内部温度が安定するまで十分な時間をとってください。
複数の場所の温度を記録します。エンクロージャの表面が冷たく感じられるため、セルコアがチャンバー温度に達しているとは考えないでください。
ステージ 3: 実際の負荷プロファイルを適用する
可能な限り実機を使用してください。それ以外の場合は、以下を再現するプログラム可能な負荷を使用します。
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起動電流。
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平均電流。
-
ピーク電流。
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ピーク期間。
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アイドル期間。
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加速を繰り返す。
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シフト終了時の SOC。
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回生電流 (該当する場合)。
テスト全体を通じてパック電圧と最小セルグループ電圧を監視します。
ステージ 4: 常温充電とウォームアップ ロジックのテスト
次のことを確認します。
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承認された条件外では充電は無効のままです。
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ヒーターは許可された場合にのみ始動します。
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充電器の電力とバッテリーの電力は正しく管理されます。
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セル温度は十分に均一に上昇します。
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意図した状態で充電が開始されます。
-
BMS は正しい状態を報告します。
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センサーの障害により安全な応答が生成されます。
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ヒーターの故障によって制御不能な加熱が発生することはありません。
ステージ 5: 開始と終了のサイクルを繰り返し実行する
定義された寒い環境と暖かい環境の間でシステムを移動します。
観察する:
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表面の湿気。
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コネクターの状態。
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該当する場合は絶縁抵抗。
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通信の安定性。
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シール性能。
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腐食の危険性。
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充電ロックアウト。
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乾燥または順応時間。
1 回の移行では、数か月にわたる冷蔵室サービスを表すのに十分ではありません。
ステージ 6: 経年劣化および最悪の状態をテストする
通常、完全に充電された新しいバッテリーを使用するのが最も簡単なケースです。
次のことも考慮してください。
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低いSOC。
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熟成された代表的なパック。
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最大許容荷重。
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最長の冷水浸漬。
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最低動作温度。
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繰り返されるピーク電流。
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最大ケーブル長。
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最小ウォームアップ時間。
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センサーの許容差。
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ヒーター出力のバリエーション。
許容限界はテストを開始する前に書き込む必要があります。
よくある仕様の間違い
最低周囲温度のみを使用する
周囲温度は、セル温度、ウォームアップ時間、空気速度、またはデューティ サイクルを定義しません。
保管温度と充電温度を同じものとして扱う
パックは、充電が許可されていない温度で保管しても耐えられる場合があります。
ヒーターがあらゆる寒さの問題を解決すると仮定する
ヒーターには電力、センサー、制御ロジック、均一性、および障害保護が必要です。また、機器の稼働時間が短縮される可能性もあります。
寒冷地から温暖地への移動を無視する
バッテリーは乾燥低温テストに合格しても、結露時にコネクタの問題が発生することがあります。
フル充電時のみテスト
電圧マージンは、SOC が高いときに最大になります。失敗は多くの場合、シフトの終わり近くに発生します。
単一の温度センサーに依存する
1 つの暖かいセンサーで、セル モジュールの冷たい部分を隠すことができます。
充電場所を定義する前にバッテリーを選択する
冷凍庫内、エアロック内、または暖かいサービス ルーム内で充電すると、3 つの異なるシステム要件が発生します。
蓄電池のRFQに含めるべき内容
バッテリーのサプライヤーに以下を提供してください。
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機器の種類と操作機能。
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公称電圧範囲と許容電圧範囲。
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平均電流、連続電流、ピーク電流。
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ピーク電流の持続時間と繰り返し。
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必要なランタイム。
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最低冷蔵室空気温度。
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最高温度。
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コールドソーク期間。
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バッテリー周囲の空気の速度。
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保管温度範囲。
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充電場所。
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充電前にセル温度が必要です。
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ウォームアップに使用できる時間。
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暖房用に利用可能な充電器の電力。
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バッテリーのエネルギーでヒーターを動作させることができるかどうか。
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湿度と結露の状態。
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寒冷地から温暖地への移行の頻度。
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必要なエンクロージャ保護。
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コネクタの嵌合および抜去手順。
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ケーブルの柔軟性と動きの要件。
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BMS通信インターフェース。
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必要な温度とヒーターのデータ。
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障害と回復の動作。
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環境試験規格または顧客試験方法。
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ターゲット市場と該当するコンプライアンス要件。
最終的な温度制限が不明な場合は、機器のルートと動作スケジュールを提供してください。タイムラインでは、単一の最低温度数値が満たしていない要件が明らかになることがよくあります。
Dailymag エネルギーと低温アプリケーション
Dailymag Energy の公開 Web サイトでは、低温保冷庫カスタマイズされたリチウムイオン電池ソリューションを使用する業界の間で。
この声明は、公開されたアプリケーションの方向性を裏付けるものです。すべての Dailymag 製品に共通の温度範囲を確立するものではありません。
現在の公開情報には、次の共通の値が 1 つも提供されていません。
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最低充電温度。
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最低吐出温度。
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寒冷時の容量保持。
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ヒーターの電力。
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ウォームアップタイム。
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IP 評価。
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結露耐性。
したがって、これらのパラメータは、選択したセル、エンクロージャ、プロジェクトについて確認する必要があります。
購入者は利用可能な商品を確認できますDailymag Energy バッテリー製品ただし、環境適合性が技術的に審査されるまで、標準製品を冷凍庫用途に割り当てるべきではありません。
よくある質問
リチウム電池は0℃以下でも動作しますか?
一部のリチウム電池システムは 0°C 未満でも放電できますが、使用可能な容量、電圧、電流能力が低下する可能性があります。許可される制限は、選択したセルと完成したパックの検証によって異なります。
同じバッテリーを 0°C 以下で充電できますか?
そう思い込まないでください。充電制限は、放電制限よりも厳しい場合があります。セルとパックの仕様に従い、調整された BMS と充電器制御を使用してください。
バッテリーヒーターを使用するとすぐに充電できますか?
必ずしもそうとは限りません。充電は、必要なセル温度条件が満たされた後にのみ開始してください。最も冷たいセルが温まる前に、エンクロージャの表面が温かくなる場合があります。
ヒーターは充電器の電力を使用する必要がありますか?それともバッテリーの電力を使用する必要がありますか?
いずれの配置も可能である。充電器の電力は蓄えられたエネルギーの消費を回避し、バッテリー駆動の加熱は自律的なウォームアップをサポートする可能性があります。この選択は、SOC の予備、配線、および障害の動作に影響します。
ランタイムが冷凍庫に入るのはなぜですか?
低温では内部抵抗が増加し、使用可能な容量が減少する可能性があります。ヒーターの消費と機器の電圧カットオフにより、実効稼働時間がさらに短縮される可能性があります。
暖かい部屋に戻るとバッテリーが回復するのはなぜですか?
温度が上昇すると、内部抵抗が減少し、電圧性能が向上する可能性があります。この回復は、バッテリーが冷蔵室の負荷要件を満たしていることを証明するものではありません。
IP等級は結露を防止しますか?
それ自体ではありません。結露は、表面温度、湿度、閉じ込められた空気、温度サイクルによって発生する可能性があります。別途評価が必要となります。
温度センサーはどこに設置すればよいですか?
セルモジュールやその他の重要なコンポーネントの最も冷たい部分と最も暖かい関連部分を表すことができる場所にセンサーを配置します。最終的な位置は熱試験によって検証する必要があります。
バッテリーをどのくらいの時間冷やしておく必要がありますか?
定義された内部測定点が必要な安定状態に達するのに十分な長さ。持続時間は、バッテリーの質量、絶縁体、チャンバーのエアフロー、およびテスト方法によって異なります。
室温での容量データを冷蔵室用バッテリーパックに使用できますか?
これはベースラインとして機能しますが、実際の負荷プロファイルでの低温テストに代わることはできません。
冷凍庫のドアをバッテリー仕様の一部として扱う
バッテリーは 1 つの固定された環境を経験しません。
暖かい状態で冷凍庫に入り、冷却しながら動作し、休憩中は冷たいままで、エアロックを通って出て、湿った空気に遭遇し、セルが温まる前に充電器に接続される可能性があります。
それぞれの遷移により、電気的および湿気の状態が変化します。
したがって、信頼性の高い冷蔵リチウム電池プロジェクトでは、以下を定義する必要があります。
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周囲温度だけではなく、セル温度。
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充電制限と放電制限を個別に設定します。
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完全なコールドソーク後のピークパワー動作。
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加熱電力と制御ロジック。
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低温から高温までの結露管理。
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コネクタとケーブルの動作。
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障害応答。
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完成した機械の環境テスト。
Dailymag Energy は、同社の Web サイトで低温冷蔵倉庫として特定されている用途を含む、産業機器に適合するカスタマイズされたリチウムイオン バッテリー パックを提供しています。
プロジェクト固有のレビューを開始するには、冷蔵室の温度、負荷波形、充電場所、ウォームアップ時間、湿度条件、および完全な動作スケジュールを準備します。
Dailymag Energy エンジニアリングおよび営業チームにお問い合わせください冷蔵電池の仕様について議論します。




