Individuelle Lithiumbatterie für Robotik: 18650 vs 21700 Zellenauswahl

Eine maßgefertigte Lithiumbatterie für Robotik muss genug Energie liefern, um das Gerät für die erforderliche Betriebszeit zu betreiben, sowie genügend Entladekapazität, damit sich die Motorlasten schnell ändern können. Die Verwendung von 21.700-Zellen für eine höhere nominale Kapazität verursacht Probleme mit der Stromverteilung und der Verpackung, die 1.8.650-Zellen nicht verursachen würden.

Bei GLOFLUX betrachten wir Aspekte auf Zellebene bei der Konstruktion von Batteriepacks, wobei wir nutzbare Energie, Widerstand, serienparallele Konfiguration, mechanische Integration und Fertigung berücksichtigen, bevor wir das Design finalisieren.

1. 18650 vs 21700: Unterschiede auf Zellniveau

Der Unterschied zwischen den beiden Zellen liegt hauptsächlich in ihrer Form. Sowohl die Zellen von 18650 als auch 21700 teilen dieselben elektrischen und chemischen Eigenschaften.

Technischer Parameter	18650	21700
Nominale Abmessungen	18 × 65 mm	21 × 70 mm
Individuelle Kapazität	Modellabhängig	Oft höher pro Zelle
Energiedichte	Das hängt von Chemie und Design ab	Das hängt von Chemie und Design ab
Entladestrom	Energie-/Leistungsvarianten	Energie-/Leistungsvarianten
Pack integration	Flexibel in schmalen Fächern	Potenziell weniger Zellen
Thermisches Verhalten	Widerstands- und Kühlabhängigkeit	Widerstands- und Kühlabhängigkeit

Zellenergiedichte vs. Packenergiedichte

Zwei Parameter bestimmen, ob ein Zellformat Robotergeräten zugutekommt:

• Gravimetrische Energiedichte (Wh/kg): Beeinflusst Batteriemasse, Roboternutzlast und bewegte Trägheit.

• Volumetrische Energiedichte (Wh/L): Bestimmt, wie viel nutzbare Energie im Batteriefach passt.

Eine kleinere Zelle (z. B. 21700) nimmt weniger Platz ein, da weniger Zellen benötigt werden. Eine größere Zelle hingegen könnte in einem kompakten Gehäuse mehr Platz bieten.

Energiedichte eines Packsist nicht nur ein Faktor der Zelle (also des primären Speicherelements), sondern auch des Zellhalters, der Isolierung, der Sammelschienen, der BMS-Schaltung und der Wände des Gehäuses.

2. Serienparallele Konfiguration: Die Kapazität ist nur die Hälfte der Berechnung

Bei einer maßgeschneiderten Lithiumbatterie für Robotik liefern Serienverbindungen eine höhere Spannung, während Parallelverbindungen eine höhere Kapazität bieten und den Laststrom aufteilen.

Die grundlegenden Beziehungen sind:

• Packspannung: Vpack = Ns × Vcell

• Packkapazität: Cpack = Np × Ccell

• Nominale Energie: E = Vpack × Cpack

• Ungefähre Laufzeit: t = Nutzbares Wh / Durchschnittliche Last W

Ingenieurvergleich: 18650 vs 21700 Packs

Betrachten wir zwei hypothetische Konfigurationen mit 3,6V-Nominalzellen.

Spezifikation	Entwurf von 18650	21700 Entwurf
Zellkapazität	3.000mAh	4.500mAh
Konfiguration	4S3P	4S2P
Zellanzahl	12	8
Nennspannung	14,4V	14,4V
Packkapazität	9Ah	9Ah
Nominale Energie	129,6Wh	129,6Wh
Strom pro Zelle bei 18A Packlast	6A	9A

Illustrative technische Werte, nicht getestete GLOFLUX-Produktspezifikationen.

Obwohl beide Packs identische Nennenergie liefern, führt die 21700-Anordnung 50 % mehr Strom durch jede Parallelzelle bei derselben 18A-Packlast.

Dies wirkt sich auf Zelltemperatur, Spannungsabsenkung und Entladungsfähigkeit aus. Ingenieure müssen überprüfen, ob jede ausgewählte Zelle den erforderlichen Strom über die Betriebstemperatur und den SOC-Bereich (Ladezustand) der Zelle unterstützt.

3. Entladungsleistung: Management der Spitzenlasten von Robotermotoren

Während Robotermotoren mit einem relativ konstanten Strom arbeiten können, können Faktoren wie unebenes Gelände und Beschleunigung vorübergehende Lasten verursachen.

Innenwiderstand und Spannungsabsenkung

V-Spannungsabfall kann angenähert werden durch

ΔV = I × R

Der effektive Widerstand kann durch Zellen, Verbindungen, Schutzvorrichtungen und Verkabelung ausgleichbar gemacht werden.

Übermäßiger Spannungsabfall kann einen Unterspannungsschutz für den Motortreiber verursachen, selbst wenn die Batterie einen hohen SOC hat.

Für eine maßgeschneiderte Lithiumbatterie für die Robotik empfehlen wir, Folgendes zu bewerten:

• Kontinuierlicher Entladestrom: Der Strom, den die Batterie kontinuierlich über die angegebene Temperatur und SOC liefern kann.

• Impulsstrom-Fähigkeit: Maximaler Strom, den die Batterie für eine bestimmte Zeit liefern kann.

• Gleichstrom-Innenwiderstand: Gemessen bei einem definierten SOC und einer definierten Temperatur.

• Mindestbetriebsspannung: Getestet unter den schlimmsten Bedingungen.

• BMS-Überstromschwelle: Abgestimmt mit Beschleunigungs- und Strömungsabrissschutz.

Die Stromwerte von Zelldatenblättern sollten immer im Zusammenhang mit den thermischen und elektrischen Grenzen des gesamten Packs betrachtet werden.

4. Thermisches Management und Zykluslebensdauerbeschränkungen

Batterieheizung erfolgt gemäß folgender Beziehung:

Pheaten = I^2R

Daher erzeugt die Verdoppelung des Stroms mit demselben Widerstand etwa das Vierfache der Resistivwärme.

Thermische Designüberlegungen

Für geschlossene Robotersysteme gehören zu den entscheidenden Faktoren:

• Thermische Gradienten zwischen Zellen

• Positionierung der NTC-Sensoren in Bezug auf thermische Hotspots

• BMS-Lade-/Entladungs-Wärmeschutz

• Heiz- und Widerstandsverluste in Sammelschienen

• Lade- und SOC-Betriebsfenster

• Zyklusalterung und Leben

Die thermische Leistung einer Zelle hängt von der Stromlast, dem Abstand der Zelle und dem Design ab. Eine größere Zelle führt nicht immer zu besserer thermischer Leistung.

Die Batterielebensdauer sollte bei derselben Temperatur und mit derselben Lade- und Entladetiefe wie bei vergleichbaren Zellen berücksichtigt werden.

5. Anpassung von Batterieformaten an Robotikanwendungen

Die Zellauswahl sollte auf mechanischen Einschränkungen und Duty-Cycles basieren und nicht ausschließlich auf der Roboterkategorie.

Anwendung	Ingenieursvorrang	Auswahlüberlegung
Kompakte Serviceroboter	Platz und Gewicht	Flexibilität des Layouts von 18650
AGV/AMR-Bahnsteige	Laufzeit und Spitzenleistung	21700 Kapazität und aktuelle Kapazität
Inspektionsroboter	Kontinuierlicher Betrieb	Wärmeableitung und Gehäusegeometrie
Humanoide Roboter	Massenverteilung	Energie-Gewichts-Verhältnis und Spitzenlast
Industrielle Robotersysteme	Dienstzeit	Austauschbarkeit und Wartungskosten

Für mobile Roboter sollte der endgültige Vergleich nutzbare Wh, Packmasse, Installationsvolumen, aktuelle Kapazität, Kühlbedarf und Lebenszykluskosten umfassen.

6. Fokus und Kombination in der Batteriepackherstellung bei GLOFLUX

Es gibt Anforderungen an exakte Eigenschaften in den Zellen und mechanische Montagepräzision bei der Herstellung maßgeschneiderter Lithiumbatterien.

Bei GLOFLUX bieten wir OEM/ODM-Dienstleistungen für die Auswahl zylindrischer Zellen, die Gestaltung der Batteriepack-Architektur und BMS, die Integration des Gehäuses sowie mechanische Montage an. Wir bieten außerdem Prototypen- und Produktionsdienstleistungen an.

Maßgenauigkeit und Montagesteuerung

Unsere veröffentlichten 14,4V-Smart-Batterie-Spezifikationen bieten ein dokumentiertes Beispiel für Dimensionskontrolle:

Fertige Batteriedimension	Spezifikation
Länge	150,5 ± 0,3 mm
Breite	77,4 ± 0,3 mm
Dicke	22,7 ± 0,3 mm
Gewicht	445 ± 10 g

Diese Toleranzen gelten für genau diese smarte Batterie, nicht für alle GLOFLUX-Robotik-Akkupakete.

Für Roboteranwendungen sollten technische Zeichnungen die Abmessungen des Gehäuses, Montagepositionen, Verbindungsausrichtung, Isolationsfreiräume und zulässige Montagevariationen separat definieren.

Zellabstimmung und Qualitätsverifikation

Wir sind vorbei60 Inspektionspunkte in unserem Qualitätssystem, beginnend mit eingehenden Materialien und abschließend mit der Inspektion der fertigen Produkte.

Bei der Betrachtung der Produktionskontrolle gehören folgende Schlüsselfaktoren:

• Die Konsistenz der Zellkapazität, des Ohmschen Gesetzes und des internen Widerstands wird aufrechterhalten.

• Schweißintegrität und Verbindungswiderstand.

• Isolierung, Polarität der Steckverbinder und Verkabelung.

• Alterungs- und Schutzfunktionen des BMS.

Wo es für das Design anwendbar ist, können wir BMS so konfigurieren, dass es Schutz- und Kommunikationsfunktionen wie CAN, SMBus und I2C integriert.

7. Verifizierung und OEM-Kaufkriterien

Messbare Akzeptanzkriterien sollten von den Ingenieurteams festgelegt werden, bevor eine maßgeschneiderte Lithiumbatterie für Robotik genehmigt wird.

Validierungsbereich	Erforderliche Verifizierung
Elektrik	Kapazität, Spannungsabsenkung, kontinuierliche/Pulsentladung
Thermik	Spitzentemperatur und Zelltemperaturverteilung
Mechanisch	Vibration, Stoß, Montagestabilität
BMS	Stromgrenzen, Ausgleich, Fehlerantwort
Einhaltung	Anwendbare UN38.3- und Produktsicherheitsanforderungen
Herstellung	Dimensionsinspektion und Chargenrückverfolgbarkeit

Für industrielle Anwendungen sollte die Anwendbarkeit von IEC 62619 auch mit dem endgültigen Batteriesystem überprüft werden.

Eine OEM-Spezifikation sollte die Nennspannung, den Arbeitszyklus, die Spitzenstromdauer, Abteilungszeichnungen, die Lademethode, Umweltbedingungen, Kommunikationsschnittstellen, den Jahresbedarf und Wartungserwartungen enthalten.

Entwickeln Sie Ihre Roboterbatterie mit GLOFLUX

Beim Vergleich von 18650- und 21700-Zellen ist es wichtig, das gesamte Batteriesystem zu validieren und nicht nur die nominale Zellenkapazität.

Bei GLOFLUX bieten wir Zellauswahl, BMS-Integration sowie Batteriepack-Design und -validierung für Roboterhersteller an. Wenn Sie Ihre elektrischen und installationstechnischen Zeichnungen einreichen, bewertet unser Ingenieurteam die Batteriekonfigurationen für Ihren Roboter.

FAQs

F1. Bietet GLOFLUX sowohl 18650- als auch 21700-Roboterbatterien an?

Ja. GLOFLUX bietet maßgeschneiderte 18650- und 21700-Lithium-Ionen-Batteriepakete für AGVs, AMRs, Serviceroboter und industrielle Robotersysteme an.

F2. Wie wählt GLOFLUX zwischen 18650 und 21700 Zellen aus?

Wir bewerten die erforderliche Kapazität, den Entladestrom, die Energiedichte, den Installationsraum, die thermischen Bedingungen und die Packkonfiguration, bevor wir geeignete Zellen auswählen.

F3. Kann GLOFLUX die Batteriespannung und -kapazität des Roboters anpassen?

Ja. Wir passen Spannung, Kapazität und serienparallele Konfigurationen entsprechend den elektrischen Anforderungen des Roboters und dem verfügbaren Installationsraum an.

F4. Kann GLOFLUX Batteriepacks für Hochstrom-Robotermotoren entwerfen?

Ja. Wir unterstützen Hochentladungsbatterien, die auf Dauerstrom, Spitzenlastdauer, Zellspezifikationen und BMS-Schutzanforderungen basieren.

F5. Welche BMS-Schutzfunktionen bietet GLOFLUX?

Unsere individuell anpassbaren BMS-Lösungen unterstützen Schutz vor Überladung, Überentladung, Überstrom und Kurzschluss mit Temperaturüberwachung, wo erforderlich.