Mi az a moduláris tervezés?

Múlt hónapban hívott egy flottamenedzser Michiganből. Hűtőház, három műszakos tolóoszlopos targoncák. 80 V-os akkumulátorcsomagja 14 hónap után hibakódot dobott ki-a BMS kikapcsolva, a teherautó meghalt. Felhívta a szállítóját, 22 000 dollárt ajánlottak neki a cseréért, és hat hétig kellett várni.

 

Megkértük, hogy nyissa fel a borítót és küldjön néhány fotót. Kiderült, hogy a cellákat szerkezeti ragasztóval egyenesen a tálcára ragasztották. Nincsenek modulok, nincs szolgáltatás hozzáférés. Az egész csomag egy tömör blokk volt. Bárki is tervezte, valószínűleg néhány extra Wh/kg-ot próbált kicsikarni a specifikációs lapért, és most ez a fickó fizet ezért a döntésért.

 

Ez az a kontextus, amikor valaki a moduláris tervezésről kérdez bennünket. Valójában nem a meghatározásokról van szó,-hanem arról, hogy mi történik, ha valami rosszul sül el, ami végül mindig meg is történik.

 

Az alapötlet

A moduláris felépítés azt jelenti, hogy a cellákat külön egységekre (modulokra) kell rendezni, amelyeket kihúzhat és külön-külön dolgozhat rajta. Minden modul saját kerettel, saját elektromos csatlakozásokkal, saját termikus interfésszel rendelkezik. Amikor a csomagot szervizelni kell, akkor egy 60 kWh-s monolit helyett 5-10 kWh-s darabbal van dolgod.

Az alternatív megközelítés-Cellából-a-csomagba, cellából-a-házba, bárhogy is nevezze-, teljesen kihagyja ezeket a köztes struktúrákat. A sejtek egyenesen a csomagházba vagy akár a jármű padlójába kerülnek. Valószínűleg már láttad a marketinget: a CATL Qilin 72%-os térfogatkihasználást ér el, a BYD Blade cellái a tálca teljes szélességében futnak, a Tesla a 4680-asokat szerkezeti csomagokba hegeszti.

Ezek igazi mérnöki teljesítmények. Értelmesek az utasszállító elektromos járművekhez, ahol mindenki a hatótávolságon versenyez, és Ön több millió azonos egységet dob ​​ki. Az ipari alkalmazások azonban teljesen más helyzetet jelentenek.

Ahol megjelennek a problémák

Ha a sejteket szerkezeti ragasztóval kötik össze, nem lehet őket szétszedni anélkül, hogy valamit el ne romboljunk. Ugyanazok a termikus felületi anyagok, amelyek javítják a hőátadást, az egész szerelvényt is állandóvá teszik. Egy sejt elromlik, a csomag elromlik.

A személygépkocsi-tulajdonosok három évre lízingelnek, és becserélik. A targonca legalább tíz évig üzemel egy elosztó központban. A matematika másképp működik.

Ügyfélbázisunkban nyomon követtük a javítási költségeket, és a minta egységes. A modul-szintű szolgáltatás 400-800 dollárba kerül, beleértve a munkát. Teljes csomagcsere hasonló integrált kialakítással,{5}}amikor akár 15 000-25 000 USD-t is kaphat egyszeri alkalommal, plusz hetek átfutási idővel.

A leállások száma rontja a helyzetet. Az ABB 2024-es ipari felmérése (3,{3}} válaszadó) a nem tervezett leállásokat, amelyek átlagosan 125 000 USD/óra az ágazatokban,-az autógyártás eléri a 2 millió dollárt+. A raktárak fogynak alacsonyabban, de a Kínából érkező akkumulátorcsomagra tétlenül váró berendezések nem hoznak pénzt.

Ennek a biztosítási oldala is érdekes. Azt halljuk, hogy a nem-szervizelhető csomagokkal rendelkező berendezések teljes-veszteségi küszöbértéke módosul. Értelmes,{4}}ha egy kisebb ütközés 20 000 dolláros akkumulátorcserét jelent, akkor az „összesített” matematika meglehetősen gyorsan változik.

A hőkezelés bonyolulttá válik

Hőmérséklet-szabályozás az, ahol a moduláris architektúra igazán megérdemli a tartást, bár erről nem sok szó esik.

A lítiumcellák körülbelül 15 és 35 fok között akarnak maradni. Túl meleg és gyorsan lebomlanak-az optimális feletti minden 10 fokkal nagyjából felére csökkenti a ciklus élettartamát. Túl hideg és kapacitásvesztés, valamint a fagypont alatti töltés a lítiumbevonat kialakulását veszélyezteti. Rossz eredmények mindkét esetben.

A moduláris határok természetes termikus zónákat biztosítanak. Hűtőlemezeket helyezhet a modulok közé, folyadékot futtathat meghatározott csatornákon keresztül, elkülönítheti a problémás területeket. A rendszer könnyebben modellezhető és könnyebben felépíthető.

Teszteltük a konfigurációkat a modulházakban lévő fázis{0}}módosító anyagokkal. Ugyanaz az alaptermék szolgálja ki a szaúd-arábiai kültéri udvarokat és a kanadai hűtőtárolókat is. A hűtőházi tesztelés során az akkumulátorok 14+ órán át 0 fok felett maradtak -20 fokos környezetben a teljes kisütési ciklus után. A hőkezelés nélkül néhány órán belül fagypont alá kerül.

Az integrált csomaggal, ahol minden egy nagy hűtőlemezhez van kötve, ezt nem igazán lehet adaptálni. A hőrendszer a szerkezet. Az eltérő alkalmazás eltérő csomagkialakítást jelent.

Gyártási gazdaságosság-Nem az, amit elvárna

Az integrált tervezéseknél mindig a gyártási hatékonyságról van szó. Kevesebb alkatrész, gyorsabb összeszerelés, alacsonyabb költség. A Tesla a Model 3 csomag összeszerelését 7 óráról 17 percre csökkentette. Ezek a számok valósak.

Azon is alapulnak, hogy több millió azonos csomagot állítanak össze speciális automatizálással, amelyek telepítése több tízmillióba kerül.

Az ipari akkumulátorgyártás nem úgy néz ki. Egy tipikus targonca OEM-nek 24 V-tól 80 V-ig terjedő feszültségű csomagokra van szüksége, talán tucatnyi kapacitásváltozatban, amelyek különböző márkájú berendezések különböző alvázaihoz illeszkednek. A teljes termékcsaládban több tízezer darabról beszélünk, nem pedig egyetlen SKU-ról.

A moduláris architektúra kezeli ezt a változatosságot. Érvényesít egy modultervet, majd kombinálja a különböző mennyiségeket, hogy elérje azt a feszültséget és kapacitást, amelyre az ügyfélnek szüksége van. A csomag-szintű szerkezet alapvetően egy rack. Az új konfigurációk heteken belül kiszállításra kerülhetnek, mivel a kemény része-a modul-már elkészült.

A közelmúltbeli ipari telepítések mértéke jobban elárulja a történetet, mint az elmélet:

Ipari akkumulátorflotta telepítése (2023-2025)

Ami kiemelkedik: minden nagyobb telepítést igényes környezetben -bányászat, hűtőraktározás, repülőtéri üzemeltetés-moduláris felépítéssel végeztek. Az integrált megközelítés dominál a személyszállító elektromos járművekben. Különböző működési valóságok, eltérő architektúraválasztások.

Próbálja ezt megtenni integrált csomagokkal. Minden változatnak szüksége van saját szerszámokra, saját érvényesítésre, saját gyártási beállításra. Az autóipari méretekben nyújtott hatékonysági előny rugalmassági büntetéssé válik, ha széttöredezett ipari piacokat szolgál ki.

Költségpozíció

Az iparági árképzési adatok (a BloombergNEF évente tesz közzé felméréseket) az LFP-csomagok költségeit világszerte 81 USD/kWh körülire teszik, jelentős regionális eltérésekkel-Kína 84 USD/kWh körül, Észak-Amerika pedig inkább 121 USD/kWh körüli. Ez a 44%-os prémium a munkaerőköltségeket, az ellátási lánc érettségét és a termelési léptéket tükrözi.

Ezek vételárak. Nem rögzítik, mi történik tíz évnyi működés alatt.

Az évente 3000 órát üzemelő többműszakos{0}}villás targonca akkumulátorának valamikor szervizre lesz szüksége. Talán kétszer élete során, talán háromszor.

Moduláris csomagokon ez összesen 1500-2500 USD, beleértve az állásidő költségeit. Az integrált csomagokon 40 USD-ra számíthat,{5}}, ha csak egyszer is ki kell cserélnie az egész egységet.

A flottaüzemeltetők által közzétett TCO-tanulmányok egy mintát mutatnak:

Lítium kontra ólom-sav TCO-elemzés (több{1}}műszakos műveletek)

*Források: UgoWork flottaelemzés (50 teherautós Texas 3PL), Raymond Corporation benchmark adatok, OneCharge hűtőtároló telepítések*

A moduláris architektúra előzetes prémium-nevezzük 15-20%-többműszakos műveletek esetén általában 24-36 hónapon belül megtérül. Még az egyműszakos alkalmazások is öt éven belül megérkeznek.

Szabályozási Irány

Mind Kína, mind az EU olyan szabályozás felé mozdult el, amely a használható terveket részesíti előnyben.

A GB 38031-2020 (Kína elektromos járművek akkumulátorának biztonsági szabványa) hőterjedési akadályokat ír elő – ha az egyik cella elszabadul, a szomszédos celláknak legalább öt percet túl kell élniük, vagy a csomagnak figyelmeztetést kell adnia. A modulhatárok természetes helyet jelentenek ezeknek az akadályoknak.

A 2027-ig hatályba lépő EU akkumulátor-rendelet követelményeket támaszt a szénlábnyom követésére, az újrahasznosított tartalomra és az életciklus nyomon követésére vonatkozóan a „Battery Passport” rendszereken keresztül. Mindez könnyebb, ha az akkumulátorokat szétszedhetőek. A modulok kihúzhatók, osztályozhatók, elküldhetők a második-életű alkalmazásokhoz vagy újrahasznosíthatók. Az integrált csomagokat szét kell tépni.

A politikai irány meglehetősen egyértelmű: az akkumulátorok tartós cikkek, nem eldobhatóak. A pusztán a gyártás kényelmére optimalizált kialakítások idővel nagyobb súrlódásokkal szembesülnek.

Mit jelent ez a beszerzési döntések szempontjából

Az integrált architektúrák nem tévednek,{0}}csak más célokra vannak optimalizálva, mint amit az ipari alkalmazások igényelnek. A CATL és a BYD olyan autógyártók számára építenek, akiknek maximális energiasűrűségre van szükségük maximális gyártási mennyiség mellett. Ez egy jogos mérnöki probléma törvényes megoldással.

Az ipari berendezések eltérőek. Tíz-éves életciklus. Helyszíni szerviz ügyféltechnikusok által. Működési környezetek a fagyasztóktól a sivatagokig. Feszültség- és kapacitásváltozatok tucatjai a berendezésmárkák között.

Ha ez az Ön helyzete, érdemes feltenni a kérdéseket bármelyik akkumulátor-szállítónak:

A válaszok megmondják, hogy az Ön működési valóságához tervezett terméket vásárol-e, vagy olyat, ami véletlenül elérhető volt.

Évek óta készítünk moduláris csomagokat ipari alkalmazásokhoz, kifejezetten azért, mert az alkalmazások ezt követelik meg. A műszaki adatlapok számai nem olyan lenyűgözőek, mint amit a nagy autóakkumulátor-szállítóktól láthat. A tíz-éves tulajdonlási költség általában az.