Посібник з вибору замінного акумуляторного блоку: як напруга, ємність, система управління акумулятором (BMS) та роз’єми діють у взаємодії

Після багатьох років роботи в сфері замінних акумуляторів ми помітили щось цікаве.

Багато клієнтів звертаються до нас із детальним переліком матеріалів (BOM): напруга, ємність, тип роз’єму, навіть моделі елементів — усе виглядає точно.
Але коли ми запитуємо чОМУ на основі чого було обрано ці параметри, відповідь часто така:

«Такі параметри використовував оригінальний акумулятор.»

Іноді необхідно скопіювати оригінальний дизайн — але робити це слід не автоматично.

А що, як у дизайні виробника обладнання (OEM) були компроміси?
А що, як певні компоненти більше не випускаються?
А що, як у вашому реальному застосуванні ця конфігурація більше не потрібна?

Справжній вибір акумулятора — це не дублювання.
Це розуміння того, як кожен параметр впливає на інші, — і оптимізація системи в цілому.

У цьому посібнику ми розглянемо чотири основні елементи будь-якого замінного акумуляторного блоку:

• Напруга

• Місткість

• BMS

• Роз’єм та зв’язок

Вони не існують незалежно одне від одного. Як тільки ви зрозумієте, який параметр визначає який, ви перестаєте бути «постачальником акумуляторів» й починаєте діяти як технічний партнер.

---

1. Напруга має першочергове значення — тут немає місця для домовленостей.

Будьмо чіткими:

Напруга — єдиний параметр у замінних акумуляторах, який практично зовсім не має гнучкості.

Двигуни потребують певної напруги для досягнення номінальної швидкості.
Плата друку (PCB) працює в межах фіксованих діапазонів напруги.

Подайте 24 В на пристрій, розрахований на 12 В — і пошкодження майже гарантовані.
Спробуйте живити систему на 48 В за допомогою 36 В — і запуск може взагалі не відбутися.

Зазвичай плутанина виникає між:

• Номінальна напруга (3,6 В / 3,7 В для NMC, 3,2 В для LFP)

• Напруга повністю зарядженого акумулятора (4,2 В для NMC, 3,65 В для LFP)

Якщо в оригінальному акумуляторі використовується хімія NMC, а ви перейдете на LFP, ваше зарядний пристрій та пристрій можуть інтерпретувати нижчу напругу повного заряду як «акумулятор не повністю заряджений».

Це не проблема хімії — це проблема сумісності системи.

Професійна порада

Коли клієнти запитують, чи забезпечить вища напруга більшу потужність, наша відповідь завжди така:

Так, технічно — але лише за умови, що підтверджено номінальні значення MOSFET, конденсаторів, обмеження зарядного пристрою та пороги захисту. Сліпі підвищення напруги часто призводять до прихованих ризиків щодо надійності.

---

2. Ємність: більше — не завжди краще; краще — це правильно підібрана ємність

Ємність легко реалізується, оскільки вона безпосередньо впливає на тривалість роботи.

Але з інженерної точки зору ємність обмежена двома факторами:

Фізична площа

Розміри відсіків для акумуляторів не збільшуються.
Щоб збільшити ємність, ви можете:

• Перейти на елементи живлення з вищою щільністю енергії

• Змінити форму-фактор

• Прийняти той факт, що вони просто не помістяться

Тут немає ніякого «чарівства».

Спроможність розряду (швидкість C)

Саме тут багато проектів заміни терплять невдачу.

Елементи живлення, з’єднані паралельно, не лише збільшують ємність — вони також розподіляють струм.

Приклад:

Оригінальна конструкція:
2 елементи живлення по 2500 мА·год, з’єднані паралельно
Кожен розрахований на 10 А → загальний неперервний струм = 20 А

Спроба заміни:
Одна комірка ємністю 5000 мА·год
Розрахована лише на постійний струм 15 А

Та сама ємність. Знижена потужність віддачі.

Результат? Провал напруги, теплове навантаження, нестабільна робота.

Професійна порада

Замість того, щоб запитувати:

«Яку ємність ви бажаєте?»

Ми запитуємо:

• Який нормальний робочий струм?

• Піковий струм?

• Скільки триває високе навантаження?

Реальні профілі навантаження мають набагато більше значення, ніж заявлені значення ємності в мА·год.

---

3. Роз’єми: фізичне підключення — це просто, а справжньою перешкодою є комунікація

Інтерфейси акумуляторів мають два рівні:

Фізичний рівень

Тип роз’єму, розташування контактів, напрямок виходу кабелю.

У разі зразків це, як правило, проста справа.

Рівень комунікації (саме тут проекти часто застопорюються)

Сучасні пристрої — пилососи, електроінструменти, садове обладнання — часто мають додаткові лінії передачі даних окрім позитивного й негативного виводів.

Ці лінії передають сигнали автентифікації або стану.

Акумулятор повідомляє: Я в порядку. Я авторизований.
Пристрій відповідає: Гаразд — ви можете працювати.

Якщо цей обмін ключами не вдасться, акумулятор може бути повністю зарядженим, але все одно непридатним до використання.

Самі лише напруга та ємність не вирішать цю проблему.

Професійна порада

Перед наданням цитати ми завжди перевіряємо:

• Чи є контакти для зв’язку?

• SMBus? I²C? Власний однопровідний протокол?

• Чи декодував наш завод раніше подібні платформи?

Це визначає, чи проект досягне серійного виробництва чи загине на етапі прототипу.

---

4. BMS: «Мозок», що керує безпекою та терміном служби

Вибір BMS завжди полягає у досягненні балансу.

Стратегія балансування

Для невеликих акумуляторних блоків із хорошою узгодженістю елементів пасивне балансування часто є достатнім.

Для високих серійних кількостей або застосувань з глибоким циклюванням активне балансування значно збільшує термін служби, зменшуючи розбіжність параметрів елементів.

Розумні Функції

Якщо вам потрібно точно визначити рівень заряду, необхідно використовувати підрахунок кулонів.

Якщо вам потрібна історія використання або діагностика, потрібна система управління батареєю (BMS) із функцією пам’яті.

Порогові значення захисту

Кожен параметр пов’язаний із реальними умовами:

• Напруга перевантаження → технічний паспорт елемента

• Перевищення струму → струм блокування двигуна

• Межі температури → середовище кінцевого користувача

Універсальної «найкращої» системи управління батареєю (BMS) не існує.

Існує лише найбільш підходяща BMS для вашого застосування.

Професійна порада

Ми не рекомендуємо найдорожчу систему управління батареєю (BMS).

Ми рекомендуємо правильну BMS.

Промислове обладнання надає перевагу міцності.
Європейська споживча електроніка надає перевагу сертифікації та резервуванню.

Різні ринки — різні стратегії.

---

Практична схема прийняття рішення щодо заміни акумулятора

Ось як ми підходимо до проектів усередині компанії:

Крок 1: Фіксація напруги

Підтвердження напруги пристрою → визначення кількості елементів, з’єднаних послідовно → хімічний склад стає вторинним фактором.

Крок 2: Вимірювання доступного простору

Відсік для акумулятора визначає формат елементів:
18650, 21700, полімерні (pouch) або призматичні.

Крок 3: Узгодження ємності та струму розряду

Оцінка потужності, необхідної для живлення → вибір елементів з акцентом на енергію або потужність → оптимізація ємності в межах фізичних обмежень.

Крок 4: Аналіз роз’єму та протоколу

Підрахунок проводів → ідентифікація каналу зв’язку → підтвердження можливості декодування.

Крок 5: Визначення логіки BMS

Встановлення параметрів захисту → вибір методу балансування → налаштування прошивки.

Лише після цього ми остаточно узгоджуємо перелік компонентів (BOM).

---

Остаточні думки

Найпоширенішою помилкою в проектах заміни акумуляторів є зосередження уваги на окремих технічних характеристиках замість системного підходу.

Напруга — це скелет.
Ємність — це м’язи.
З’єднувачі — це нерви.
BMS — це мозок.

Ігноруйте будь-який із них — і продуктивність знижується.

Наступного разу, коли клієнт запитає, чи можна замінити акумулятор, не відповідайте одразу.

Разом пройдіть цю структуру крок за кроком.

Коли ви можете пояснити, чОМУ чому певна конфігурація працює — а не просто те, що вона що існує, — ви переходите від постачальника до партнера з надання рішень.

І саме тут починаються довготривалі B2B-відносини.

---

Якщо ви зараз оцінюєте проект заміни акумулятора, будь ласка, зв’яжіться з нами, надіславши креслення або фотографії.
Правильні рішення на ранніх етапах можуть заощадити місяці розробки.