Príručka pre výber náhradného batériového balíčka: Ako skutočne fungujú spoločne napätie, kapacita, systém riadenia batérie (BMS) a konektory

Po rokoch činnosti v oblasti náhradných batérií sme si všimli niečo zaujímavé.

Mnoho zákazníkov k nám prichádza s podrobným zoznamom materiálov (BOM): napätie, kapacita, typ konektora, dokonca aj modely článkov – všetko vyzerá presne.
Ale keď sa opýtame pREČO prečo boli tieto parametre zvolené, odpoveď je často:

„Takú batériu používala pôvodná výbava.“

Kopírovanie pôvodného návrhu je niekedy nevyhnutné – ale nemalo by sa stať automaticky.

Čo ak pôvodný návrh výrobcu obsahoval kompromisy?
Čo ak sú niektoré komponenty už zastarané alebo neprevádzkované?
Čo ak vaša skutočná aplikácia už túto konfiguráciu nepotrebuje?

Skutočný výber batérie nie je duplikácia.
Ide o pochopenie toho, ako každý parameter ovplyvňuje ostatné – a optimalizáciu celého systému.

V tomto sprievodcovi prejdeme štyri základné prvky ktorejkoľvek náhradnej batériovej súpravy:

• Napätie

• Objem

• BMS

• Konektor a komunikácia

Neprebývajú izolovane. Keď pochopíte, ktorý parameter ovplyvňuje ktorý, prestanete byť „dodávateľom batérií“ a začnete pôsobiť ako technický partner.

---

1. Napätie má prednosť – tu nie je priestor na vyjednávanie

Buďme jasní:

Napätie je jediný parameter náhradných batérií, ktorý má takmer nulovú flexibilitu.

Motory vyžadujú konkrétne napätie na dosiahnutie menovitej rýchlosti.
PCB fungujú v pevne stanovených rozsahoch napätia.

Pripojenie 24 V do zariadenia určeného pre 12 V takmer nevyhnutne spôsobí poškodenie.
Ak sa pokúsite napájať 48 V systém s 36 V, štart môže úplne zlyhať.

Kde sa často vyskytuje zmätok, je medzi:

• Menovité napätie (3,6 V / 3,7 V pre NMC, 3,2 V pre LFP)

• Napätie pri plnom nabití (4,2 V pre NMC, 3,65 V pre LFP)

Ak pôvodný batériový balík využíva chemické zloženie NMC a vy ho vymeníte za LFP, váš nabíjačka a zariadenie môžu nižšie napätie pri plnom nabití interpretovať ako „batéria nie je úplne nabitá“.

To nie je problém chemického zloženia – ide o problém kompatibility systému.

Profesionálna rada

Keď zákazníci otázku, či vyššie napätie poskytne väčší výkon, naša odpoveď je vždy:

Áno, technicky áno – ale iba v prípade, že sa overia hodnoty MOSFETov, kondenzátorov, obmedzenia nabíjačky a prahy ochrany.

---

2. Kapacita: Väčšia nie je nutne lepšia – lepšie prispôsobená je lepšia

Kapacita sa ľahko predáva, pretože sa priamo prejavuje v dobe prevádzky.

Z inžinierskeho hľadiska je kapacita však obmedzená dvoma faktormi:

Fyzický priestor

Batériové priestory sa nezväčšujú.
Ak chcete zvýšiť kapacitu, musíte buď:

• Prejsť na články s vyššou energetickou hustotou

• Zmeniť tvarový faktor

• Prijať skutočnosť, že jednoducho nevlezie

Žiadna mágia tu nie je.

Výstupná kapacita (C-koeficient)

Práve tu sa mnoho náhradných projektov nezdarí.

Paralelne zapojené články zvyšujú nielen kapacitu – tiež si delia prúd.

Príklad:

Pôvodný návrh:
2 články s kapacitou 2500 mAh zapojené paralelne
Každý s hodnotením 10 A → celkový trvalý prúd = 20 A

Pokús o náhradu:
Jediný článok s kapacitou 5000 mAh
Hodnotený len na 15 A trvalého prúdu

Rovnaká kapacita. Nižší výkon.

Výsledok? Pokles napätia, tepelné zaťaženie, nestabilný chod.

Profesionálna rada

Namiesto toho, aby sme sa pýtali:

„Koľko kapacity chcete?“

My sa pýtame:

• Aký je normálny prevádzkový prúd?

• Špičkový prúd?

• Ako dlho trvá vysoká záťaž?

Skutočné profily zaťaženia sú oveľa dôležitejšie ako uvádzané hodnoty kapacity v mAh.

---

3. Spojky: Fyzické prispôsobenie je jednoduché – komunikácia je skutočnou prekážkou

Rozhrania batérií majú dve vrstvy:

Fyzická vrstva

Typ konektora, rozmiestnenie kolíkov, smer výstupu kábla.

Pri vzorkách je to zvyčajne priamočiare.

Komunikačná vrstva (tu sa projekty často zaseknú)

Moderné zariadenia – vysávače, elektrické náradie, záhradné vybavenie – často obsahujú okrem kladného a záporného svorkového vývodu aj dátové vedenia.

Tieto vedenia prenášajú signály overenia totožnosti alebo stavu.

Batéria hovorí: Som v poriadku. Som autorizovaná.
Zariadenie odpovedá: V poriadku – môžeš prevádzkovať.

Ak tento ručný podpis zlyhá, batéria sa môže úplne nabiť, ale stále by bola nepoužiteľná.

Samotné napätie a kapacita nestačia na vyriešenie tohto problému.

Profesionálna rada

Pred poskytnutím ponuky vždy overujeme:

• Sú k dispozícii komunikačné kolíky?

• SMBus? I2C? Vlastný jednovodičový protokol?

• Naša výrobná základňa už predtým dekódovala podobné platformy?

To rozhoduje o tom, či sa projekt dostane do sériovej výroby – alebo zanikne v štádiu prototypu.

---

4. BMS: Mozog, ktorý riadi bezpečnosť a životnosť

Výber BMS je vždy otázkou vyváženosti.

Stratégia vyvážovania

Pre malé balíky s dobrou konzistenciou článkov je pasívne vyváženie často postačujúce.

Pre aplikácie s vysokým počtom článkov zapojených do série alebo pre hlboké cyklovania aktívne vyváženie výrazne predĺži životnosť tým, že zníži rozptyl napätia medzi článkami.

Chytré funkcie

Ak potrebujete presný stav nabitia (SoC), potrebujete počítanie coulombov.

Ak potrebujete históriu používania alebo diagnostiku, potrebujete riadiaci systém batérií (BMS) s pamäťou.

Prahy ochrany

Každý parameter sa vzťahuje na skutočné podmienky:

• Napätie pri prebití → technický list článku

• Prepínací prúd → prúd zablokovania motora

• Teplotné limity → prostredie koncového používateľa

Neexistuje univerzálny „najlepší BMS“.

Iba ten najvhodnejší pre vašu aplikáciu.

Profesionálna rada

Nepodporujeme najdrahší systém riadenia batérií (BMS).

Odporúčame ten správny.

Pri priemyselných zariadeniach má prednosť odolnosť.
Európske spotrebné elektronické zariadenia kladú dôraz na certifikáciu a redundanciu.

Rôzne trhy, rôzne stratégie.

---

Praktický rozhodovací tok pri výmene batérie

Takto pristupujeme k projektom interným spôsobom:

Krok 1: Upevnite napätie

Potvrďte napätie zariadenia → určte počet sériovo zapojených článkov → chemické zloženie sa stáva sekundárnym.

Krok 2: Zmerajte dostupný priestor

Batériový priestor určuje formát článkov:
18650, 21700, vakové alebo hranolové.

Krok 3: Prispôsobte kapacitu a vybíjanie

Posúďte požiadavky na výkon → vyberte články pre energiu alebo výkon → optimalizujte kapacitu v rámci fyzických obmedzení.

Krok 4: Analyzujte konektor a protokol

Spočítajte vodiče → identifikujte komunikáciu → potvrďte schopnosť dekódovania.

Krok 5: Definujte logiku BMS

Nastavte ochranné hodnoty → vyberte vyváženie → nakonfigurujte firmvér.

Až potom dokončíme zoznam materiálov (BOM).

---

Záverečné myšlienky

Najväčšou chybou pri projektoch náhradných batérií je zameranie sa na jednotlivé technické špecifiká namiesto celého systému.

Napätie je kostra.
Kapacita je sval.
Konektory sú nervy.
BMS je mozog.

Ak zanedbáte ktorýkoľvek z nich, výkon poklesne.

Nasledujúci raz, keď vás zákazník spýta, či je možné batériu vymeniť, neodpovedajte okamžite.

Spoločne prejdite touto rámcovou štruktúrou.

Keď dokážete vysvetliť, pREČO prečo konfigurácia funguje — nie len čo je to — presúvate sa od dodávateľa k partnerovi poskytujúcemu riešenia.

A práve tu začínajú dlhodobé B2B vzťahy.

---

Ak momentálne hodnotíte projekt náhrady batérie, neváhajte nás kontaktovať s výkresmi alebo fotografiami.
Správne rozhodnutia v skorom štádiu môžu ušetriť mesiace vývojového času.