Mis on modulaarne disain?

Sain eelmisel kuul kõne Michigani autopargi haldurilt. Külmhoone, kolmes vahetuses töömahuga tõstukid. Tema 80 V akuplokk andis 14 kuu pärast veakoodi -BMS lukustatud, veok surnud. Helistas oma tarnijale, talle pakuti asendamise eest 22 000 dollarit ja kuus{8}}nädalat ootamist.

 

Palusime tal kaane avada ja mõned fotod saata. Selgus, et rakud liimiti struktuurliimiga otse alusele. Pole mooduleid ega juurdepääsu teenusele. Kogu pakk oli üks kindel plokk. Kes iganes selle kujundas, üritas ilmselt spetsifikatsioonilehe jaoks paar lisaWh/kg välja pigistada ja nüüd maksab see mees selle otsuse eest.

 

See on kontekst, kui keegi küsib meilt mooduldisaini kohta. Asi pole tegelikult määratlustes,-vaid selles, mis juhtub, kui asjad lähevad valesti, mida nad lõpuks alati ka teevad.

 

Põhiidee

Modulaarne disain tähendab rakkude korraldamist eraldi üksusteks (mooduliteks), mida saate välja tõmmata ja eraldi töötada. Igal moodulil on oma raam, oma elektriühendused, oma termiline liides. Kui pakk vajab hooldust, on 60 kWh monoliidi asemel tegemist 5–10 kWh tükiga.

Alternatiivne lähenemine-Cell-to-pack, Cell-to-chassii, kuidas iganes soovite seda nimetada-jätab need vahepealsed struktuurid täielikult vahele. Rakud lähevad otse pakendi korpusesse või isegi sõiduki põrandasse. Tõenäoliselt olete turundust näinud: CATL-i Qilin saavutab 72% mahu, BYD-i Blade elemendid töötavad kogu aluse laiuses, Tesla keevitab nende 4680-d konstruktsioonipakettideks.

Need on tõelised inseneri saavutused. Need on mõistlikud reisijate elektrisõidukite jaoks, kus kõik võistlevad sõiduulatuse numbrite pärast ja teie tembeldate välja miljoneid identseid ühikuid. Kuid tööstuslikud rakendused on täiesti erinev olukord.

Kus ilmnevad probleemid

Kui rakud on liimitud struktuurliimiga, ei saa te neid lahti võtta midagi hävitamata. Samad soojusliidese materjalid, mis parandavad soojusülekannet, muudavad ka kogu koostu püsivaks. Üks rakk läheb halvaks, pakk läheb pahaks.

Sõiduautode omanikud liisivad kolmeks aastaks ja vahetavad sisse. Tõstuk töötab jaotuskeskuses vähemalt kümme aastat. Matemaatika toimib teisiti.

Oleme jälginud remondikulusid kogu oma kliendibaasis ja muster on ühtlane. Mooduli-taseme teenus maksab 400-800 dollarit koos tööjõuga. Täielik komplekti asendamine võrreldaval integreeritud disainil,{5}}kui saate isegi ühekordselt 15 000–25 000 dollarit, millele lisandub nädalaid täitmisaega.

Seisakute arvud muudavad selle hullemaks. ABB 2024. aasta tööstusuuringus (3,{3}} vastajat) leiti, et planeerimata seisakud on sektorite lõikes keskmiselt 125 000 dollarit tunnis-autotootmine saavutab 2 miljonit dollarit+. Laod käivad madalamal, kuid Hiinast pärit akut ootavad jõude seisvad seadmed ei teeni raha.

Ka selle kindlustuse pool on huvitav. Oleme kuulnud, et mittehoolduskõlblike pakettidega-seadmete kogukao künniseid kohandatakse. Mõistlik-kui väike kokkupõrge tähendab 20 000 dollari suurust aku vahetamist, muutub summaarne matemaatika üsna kiiresti.

Soojusjuhtimine muutub keeruliseks

Temperatuuri reguleerimine on koht, kus modulaarne arhitektuur tõesti teenib oma püsivust, kuigi sellest ei räägita palju.

Liitiumelemendid tahavad jääda umbes 15 kraadi ja 35 kraadi vahele. Liiga kuum ja lagunevad kiiresti-iga 10 kraadi võrra optimaalsest kõrgemal, lühendab tsükli eluiga ligikaudu poole võrra. Liiga külm ja kaotate võimsuse ning laadimine alla külmumise ohustab liitiumkatte. Halvad tulemused mõlemal juhul.

Modulaarsed piirid annavad teile looduslikud termilised tsoonid. Moodulite vahele saab panna jahutusplaate, juhtida vedelikku läbi kindlaksmääratud kanalite, isoleerida probleemsed alad. Süsteemi on lihtsam modelleerida ja lihtsam ehitada.

Oleme testinud konfiguratsioone moodulikorpuste faasi{0}}muutusmaterjalidega. Sama põhitoode teenindab nii välihoove Saudi Araabias kui ka külmhooneid Kanadas. Külmhoone testimisel püsisid akud pärast täielikku tühjenemistsüklit -20 kraadises keskkonnas üle 0 kraadi 14+ tundi. Ilma soojusjuhtimiseta olete mõne tunni jooksul alla külmumise.

Integreeritud pakendiga, kus kõik on ühendatud ühe suure jahutusplaadiga, ei saa te seda tegelikult kohandada. Soojussüsteem on struktuur. Erinev rakendus tähendab erinevat pakendikujundust.

Tootmisökonoomika-Mitte see, mida ootate

Integreeritud disainilahenduste samm on alati seotud tootmise efektiivsusega. Vähem osi, kiirem kokkupanek, madalam hind. Tesla lõikas Model 3 paki kokkupanekut 7 tunnist 17 minutini. Need numbrid on reaalsed.

Need põhinevad ka miljonite identsete spetsiaalse automatiseerimisega pakettide ehitamisel, mille seadistamine maksab kümneid miljoneid.

Tööstuslik akude tootmine ei näe välja midagi sellist. Tüüpiline kahveltõstuki OEM vajab pakette vahemikus 24 V kuni 80 V ja võib olla tosina võimsusvariandi vahel, mis sobivad erinevate seadmete markide erinevate šassiitega. Me räägime kümnetest tuhandetest ühikutest kogu tootesarjas, mitte miljonitest ühest SKU-st.

Moodularhitektuur tegeleb sellise mitmekesisusega. Kinnitate ühe mooduli kujunduse, seejärel kombineerite erinevaid koguseid, et saavutada mis tahes pinge ja võimsus, mida klient vajab. Paki-taseme struktuur on põhimõtteliselt rack. Uued konfiguratsioonid võidakse tarnida nädalate jooksul, kuna -mooduli- raske osa on juba tehtud.

Hiljutiste tööstuslike kasutuselevõtu ulatus räägib paremini kui teooria:

Tööstusliku akupargi kasutuselevõtt (2023–2025)

Mis paistab silma: iga suurem kasutuselevõtt nõudlikes keskkondades-kaevandamine, külmhoone, lennujaamade käitamine- toimus modulaarse konstruktsiooniga. Reisijate elektrisõidukites domineerib integreeritud lähenemisviis. Erinevad toimimisreaalsused, erinevad arhitektuurivalikud.

Proovige seda teha integreeritud pakettidega. Iga variant vajab oma tööriistu, oma valideerimist, oma tootmisseadistust. Tõhususe eelis autotööstuses muutub killustatud tööstusturgude teenindamisel paindlikkuse trahviks.

Kulu positsioon

Tööstusharu hinnakujundusandmed (BloombergNEF avaldab igal aastal uuringud) näitavad, et LFP-paketi kulud on maailmas umbes 81 dollarit kWh kohta, kusjuures piirkondlikud erinevused on olulised-Hiinas umbes 84 dollarit kWh kohta, Põhja-Ameerikas pigem 121 dollarit kWh kohta. See 44% lisatasu kajastab tööjõukulusid, tarneahela küpsust ja tootmismahtu.

Need on ostuhinnad. Nad ei jäädvusta seda, mis toimub kümne tegevusaasta jooksul.

Aastas 3000 tundi töötava mitme vahetusega tõstuki{0}}aku vajab mingil hetkel hooldust. Võib-olla kaks korda oma elu jooksul, võib-olla kolm korda.

Moodulpakettide puhul on see kokku 1500–2500 dollarit, sealhulgas seisakukulud. Integreeritud pakendite puhul maksate 40 dollarit000+, kui peate kogu seadme kasvõi korra välja vahetama.

Avaldatud TCO uuringud sõidukipargi operaatoritelt näitavad järgmist mustrit:

Liitium vs plii{0}}happe TCO analüüs (mitme{1}}vahetusega toimingud)

*Allikad: UgoWorki autopargi analüüs (50 veokiga Texas 3PL), Raymond Corporationi võrdlusandmed, OneCharge'i külmhoonete kasutuselevõtt*

Modulaarse arhitektuuri esialgne lisatasu-nimetage seda 15-20%-tasub mitu vahetust töötamise korral tavaliselt tagasi 24-36 kuu jooksul. Isegi ühe vahetuse rakendused jõuavad sinna viie aasta jooksul.

Regulatiivne suund

Nii Hiina kui ka EL on liikunud eeskirjade poole, mis soosivad töökorras disaini.

GB 38031-2020 (Hiina elektrisõidukite aku ohutusstandard) nõuab termilise leviku tõkkeid – kui üks element läheb lahti, peavad külgnevad elemendid vastu pidama vähemalt viis minutit või pakk peab hoiatama. Moodulite piirid on nende tõkete seadmiseks loomulik koht.

2027. aastaks kehtima hakkav ELi akumäärus lisab nõuded süsiniku jalajälje jälgimise, ringlussevõetud sisu ja elutsükli jälgitavuse kohta akupassi süsteemide kaudu. Kõik see on lihtsam, kui akud on mõeldud lahtivõtmiseks. Moodulid saab tõmmata, klassifitseerida, saata teise kasutusea-rakendustesse või taaskasutada. Integreeritud pakendid tuleb osadeks rebida.

Poliitiline suund on üsna selge: akud on kestvuskaubad, mitte ühekordsed. Puhtalt valmistamise mugavuse huvides optimeeritud disainilahendused puutuvad aja jooksul kokku rohkem hõõrdumisega.

Mida see tähendab hankimisotsuste jaoks

Integreeritud arhitektuurid ei ole valed,{0}}need on lihtsalt optimeeritud erinevate eesmärkide jaoks, kui tööstuslikud rakendused nõuavad. CATL ja BYD ehitavad autotootjatele, kes vajavad maksimaalset energiatihedust maksimaalse tootmismahu juures. See on õigustatud inseneriprobleem koos legitiimse lahendusega.

Tööstusseadmed on erinevad. Kümme{1}}aastast elutsüklit. Väliteenindus klienditehnikute poolt. Töökeskkonnad sügavkülmadest kõrbeteni. Kümned pinge- ja võimsusvariandid seadmete kaubamärkide lõikes.

Kui see on teie olukord, tasub küsida mis tahes aku tarnijalt küsimusi:

Vastused ütlevad teile, kas ostate midagi, mis on loodud teie tööreaalsuse jaoks, või midagi, mis juhtus olema saadaval.

Oleme aastaid ehitanud tööstuslike rakenduste jaoks mõeldud moodulpakette just seetõttu, et rakendused seda nõuavad. Tehniliste andmete lehtede numbrid pole nii muljetavaldavad kui suurte autoakude tarnijate andmed. Kümne{2}}aasta omamiskulu on tavaliselt.