ロボット用カスタムリチウムバッテリー:18650と21700のセル選択

ロボット用のカスタムリチウムバッテリーは、必要な動作時間に十分なエネルギーを供給し、モーター負荷を迅速に変化させるための放電能力も備えなければなりません。21700セルを使ってより高い公称容量を得ると、電流共有やパッケージングに問題が生じますが、18650セルでは起こりません。

GLOFLUXでは、バッテリーパック設計時にセルレベルの考慮事項、使用可能なエネルギー、抵抗、直列並列構成、機械的統合、製造を考慮して設計を最終決定します。

1. 18650 vs 21700:セルレベルの違い

両セルの違いは主に形状にあります。18650と21700セルは同じ電気的および化学的特性を共有しています。

技術パラメータ	18650	21700
名目寸法	18 × 65 mm	21×70mmです
個人の能力	モデル依存	多くの場合、細胞あたりの方が高い
エネルギー密度	化学や設計によります	化学や設計によります
放電電流	エネルギー/パワーのバリエーション	エネルギー/パワーのバリエーション
パック統合	狭い区画でも柔軟	細胞数が少なくなる可能性があります
熱挙動	抵抗と冷却依存	抵抗と冷却依存

セルのエネルギー密度とパックのエネルギー密度の違い

セルフォーマットがロボット機器に利益をもたらすかどうかを決定するパラメータは以下の2つです。

・重力エネルギー密度(Wh/kg):バッテリー質量、ロボットのペイロード、移動慣性に影響を与えます。

• 体積エネルギー密度(Wh/L):バッテリー区画内に収まる利用可能なエネルギー量を決定します。

より小さいセル(例:21700)は必要なセル数が少ないため、占有面積が少なくなります。しかし、大きなセルほどコンパクトな囲いの中でより多くのスペースを得られる可能性があります。

パックのエネルギー密度セル(すなわち一次記憶素子)だけでなく、セルホルダー、絶縁、バスバー、BMS回路、筐体の壁も要因となります。

2. 直列並列構成:容量は計算の半分に過ぎません

ロボット用のカスタムリチウムバッテリーの場合、直列接続はより高い電圧を提供し、並列接続は容量が高く負荷電流を分割します。

基本的な関係は以下の通りです:

• パック電圧:Vpack = Ns × Vcellです

・パック容量:Cパック = Np × Cセル

・名目エネルギー:E = Vpack × Cpack

・おおよその実行時間:t = 使用可能Wh / 平均負荷W

エンジニアリング比較:18650パックと21700パック

3.6Vの公称セルを用いた2つの仮想構成を考えます。

仕様	18650設計	21700 デザイン
セル容量	3,000mAh	4,500mAh
構成	4S3P	4S2P
細胞数	12	8
公称電圧	14.4V	14.4V
パック容量	9ああ	9ああ
名目エネルギー	129.6Wh	129.6Wh
18Aパック負荷時のセルあたりの電流	6A	9A

これは技術的な数値であり、GLOFLUXの製品仕様を検証したものではありません。

両パックは同じ名目エネルギーを提供しますが、21700の配置では同じ18Aパック負荷で各並列セルに50%多くの電流が流されます。

これによりセルの温度、電圧低下、放電能力に影響が出ます。エンジニアは、選択した各セルが動作温度およびSOC(充電状態)範囲で必要な電流を支えているかを確認する必要があります。

3. 放電性能:ロボットモーターのピーク負荷管理

ロボットモーターは比較的一定の電流で動作できますが、地形の不均一や加速度などの要因により過渡負荷が生じることがあります。

内部抵抗と電圧低下

Vの電圧降下は次のように近似できます

ΔV = I × R

有効抵抗はセル、相互接続、保護装置、配線によって補うことができます。

過度の電圧低下は、バッテリーのSOCが高い場合でもモータードライバーの電圧低下保護を引き起こすことがあります。

ロボット用のカスタムリチウムバッテリーについては、以下を評価することをお勧めします:

• 連続放電電流:バッテリーが指定温度およびSOC内で連続的に供給できる電流。

・パルス電流能力:バッテリーが一定時間提供できる最大電流。

・直流内部抵抗:定められたSOCと温度で測定されます。

・最低動作電圧:最悪の条件下で試験。

・BMS過電流閾値:加速および失速保護と連携。

セルのデータシートの電流定格は、常にパック全体の熱的および電気的限界の文脈で考慮されるべきです。

4. 熱管理とサイクル寿命制約

バッテリー加熱は次の関係に従って行われます。

Pheat = I^2R

したがって、同じ抵抗を通す電流を2倍にすると、抵抗熱は約4倍になります。

熱設計の考慮事項

密閉型ロボットシステムにおける重要な要素は以下の通りです:

・セル間の熱勾配

・NTCセンサーの熱ホットスポットに対する位置

・BMSの充放電熱保護

・バスバーの加熱および抵抗損失

• 充電およびSOC動作ウィンドウ

• 周期老化と生活

セルの熱性能は電流負荷、セル間隔、設計によって異なります。セルが大きいほど必ずしも熱性能が向上します。

バッテリー寿命は、同じ温度、充電、放電深度で比較セルと同等に考慮されるべきです。

5. バッテリーフォーマットをロボティクス用途にマッチさせる

セル選択はロボットカテゴリだけでなく、機械的制約やデューティサイクルに基づくべきです。

応用	工学的優先順位	選考考点
コンパクトサービスロボット	スペースと重量	18650 レイアウトの柔軟性
AGV/AMRプラットフォーム	実行時間とピーク出力	21700の収容能力と現在の能力
検査ロボット	連続運転	熱放散とエンクロージャー形状
ヒューマノイドロボット	大量分布	エネルギー重量比とピーク荷重
産業用ロボットシステム	運用期間	交換可能性と保守コスト

移動式ロボットの場合、最終比較には使用可能なWh、パック質量、設置容量、現在の能力、冷却要件、ライフサイクルコストを含めるべきです。

6. GLOFLUXにおけるバッテリーパック製造における焦点と組み合わせ

カスタムリチウムバッテリー製造にはセルの正確な特徴や機械的組立精度の要件があります。

GLOFLUXでは、円筒形セルの選択、バッテリーパックアーキテクチャおよびBMSの設計、筐体統合、機械組立のためのOEM/ODMサービスを提供しています。また、試作および生産サービスも提供しています。

寸法精度と組立制御

公開された14.4Vスマートバッテリー仕様には、寸法制御の文書化された例が掲載されています。

完成したバッテリー寸法	仕様
長さ	150.5 ± 0.3 mm
幅	77.4 ± 0.3 mm
厚さ	22.7 ± 0.3 mm
重量	445 ± 10 g

これらの許容範囲は、すべてのGLOFLUXロボティクスバッテリーパックに適用されるわけではなく、その特定のスマートバッテリーに適用されます。

ロボット用途の場合、設計図面にはエンクロージャー寸法、取り付け位置、コネクターの整列、断熱クリアランス、許容組立範囲の変動を別途定義すべきです。

セルの照合と品質検証

以上です品質システムには60の検査チェックポイントがあります、入荷資材から始まり、最終的に完成品の検査で締めくくられます。

生産の管理を考える際の主な要素は以下の通りです。

• 細胞容量、オームの法則のバランス、内部抵抗の一貫性を維持すること。

• 溶接の完全性と相互接続抵抗性。

• 絶縁、コネクタの極性、配線についてです。

• BMSの老化および保護機能。

設計に該当する場合、BMSはCAN、SMBus、I2Cなどの保護および通信機能を組み込むように構成可能です。

7. 検証およびOEM購入基準

ロボティクス用のカスタムリチウムバッテリーを承認する前に、エンジニアリングチームによって測定可能な受容基準が設定されるべきです。

検証エリア	必須検証
電気	容量、電圧低下、連続/パルス放電
熱	ピーク温度と細胞温度分布
機械的	振動、衝撃、取り付けの完全性
BMS	電流制限、バランス、故障応答
コンプライアンス	適用されるUN38.3および製品安全要件
製造	寸法検査とバッチトレーサビリティ

産業用途においては、IEC 62619の適用性も最終バッテリーシステムと比較して審査する必要があります。

OEM仕様には定格電圧、デューティサイクル、ピーク電流持続時間、区画図面、充電方法、環境条件、通信インターフェース、年間需要、保守期待が含まれます。

GLOFLUXでロボティクスバッテリーの設計

18650セルと21700セルを比較する際は、単なる公称セル容量だけでなく、バッテリーシステム全体の検証が重要です。

GLOFLUXでは、ロボティクスメーカー向けにセル選定、BMS統合、バッテリーパック設計と検証を提供しています。電気設計図や設置図面をご提供いただければ、当社のエンジニアリングチームがロボットのバッテリー構成を評価します。

よくある質問

Q1。GLOFLUXは18650と21700の両方のロボットバッテリーパックを提供していますか?

はい。GLOFLUXはAGV、AMR、サービスロボット、産業用ロボットシステム向けにカスタマイズされた18650および21700リチウムイオンバッテリーパックを提供しています。

Q2。GLOFLUXは18650セルと21700セルの間、どのように選択するのでしょうか?

必要な容量、放電電流、エネルギー密度、設置スペース、熱条件、パック構成を評価し、適切なセルを選定します。

Q3。GLOFLUXはロボットのバッテリー電圧と容量をカスタマイズできますか?

はい。ロボットの電気要件や設置スペースに応じて、電圧、容量、直列並列構成をカスタマイズしています。

Q4。GLOFLUXは高電流ロボットモーター用のバッテリーパックを設計できますか?

はい。私たちは連続電流、ピーク負荷持続時間、セル仕様、BMS保護要件に基づく高放電バッテリー設計をサポートしています。

Q5。GLOFLUXはどのようなBMS保護機能を提供していますか?

当社のカスタマイズ可能なBMSソリューションは、過充電、過放電、過電流、ショート回路保護をサポートし、必要に応じて温度監視も備えています。