كيفية حساب سعة بطارية ليثيوم أيون

يتطلب حساب سعة بطارية أيون الليثيوم أكثر من مجرد إضافة السعة المطبوعة على كل خلية.

تعتمد السعة النهائية على كيفية توصيل الخلايا:

• اتصالات السلسلة تزيد من الجهد.

• تعمل التوصيلات المتوازية على زيادة سعة الأمبير في الساعة.

• تعمل التكوينات المتوازية على التوالي على زيادة الجهد والسعة.

على سبيل المثال، يمكن ترتيب أربع خلايا بقوة 3.7 فولت و1000 مللي أمبير بطرق مختلفة:

• 4S1P: 14.8 فولت تقريبًا، 1000 مللي أمبير

• 2S2P: 7.4 فولت تقريبًا، 2000 مللي أمبير

• 1S4P: 3.7 فولت تقريبًا، 4000 مللي أمبير

وبالتالي فإن نفس العدد من الخلايا يمكن أن ينتج مواصفات مختلفة جدًا لحزمة البطارية.

يشرح هذا الدليل كيفية حساب سعة بطارية أيون الليثيوم بوحدات mAh وAh وWh. كما يوضح أيضًا الفرق بين السعة المقدرة والسعة القابلة للاستخدام حتى يتمكن مهندسو OEM من إعداد مواصفات بطارية أكثر دقة.

لمعرفة العلاقة الأوسع بين الجهد والسعة ونظام إدارة المباني ووقت التشغيل، راجع تصميم حزمة بطارية ليثيوم أيون: الجهد الكهربي والسعة ونظام إدارة المباني ووقت التشغيل.

إجابة سريعة: كيف تحسب سعة حزمة البطارية؟

بالنسبة للخلايا المتطابقة بنفس السعة:

سعة العبوة بـ آه

سعة العبوة (Ah) = سعة الخلية الواحدة (Ah) × عدد الخلايا الموازية

سعة العبوة بـ mAh

سعة العبوة (مللي أمبير) = سعة خلية واحدة (مللي أمبير) × عدد مجموعات الخلايا المتوازية

حزمة الجهد

جهد الحزمة (V) = جهد الخلية الاسمي (V) × عدد الخلايا في السلسلة

حزمة الطاقة

طاقة العبوة (Wh) = جهد العبوة (V) × سعة العبوة (Ah)

يتم تمثيل عدد الخلايا المتصلة على التوالي S. بالرمز يتم تمثيل عدد الخلايا المتصلة على التوازي بالرمز P.

على سبيل المثال:

• 2S1P يعني خليتين متتاليتين ومسار واحد متوازي.

• 1S2P يعني مجموعة خلايا واحدة على التوالي وخليتين على التوازي.

• 3S2P يعني ثلاث مجموعات متسلسلة تحتوي على خليتين متوازيتين في كل مجموعة.

1. فهم السعة والجهد والطاقة

قبل حساب حزمة البطارية، من المهم التمييز بين ثلاث قيم أساسية.

سعة

تصف السعة مقدار الشحنة الكهربائية التي يمكن للبطارية تخزينها. يتم التعبير عنها عادة في:

• ملي أمبير ساعة، أو ماه

• ساعات أمبير، أو آه

التحويل هو:

1 آه = 1000 مللي أمبير

خلية 3000 مللي أمبير تعادل خلية 3 أمبير.

الجهد االكهربى

يصف الجهد الإمكانات الكهربائية للبطارية. يتم التعبير عنها عادة بالفولت.

بالنسبة للعديد من خلايا الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر القياسية، يبلغ الجهد الاسمي حوالي 3.6 فولت أو 3.7 فولت. وتعتمد القيمة الدقيقة على كيمياء الخلية ومواصفات الشركة المصنعة.

طاقة

تجمع الطاقة بين الجهد والسعة. يتم التعبير عنها بالواط ساعة.

الطاقة (Wh) = الجهد (V) × السعة (Ah)

لا يعني تصنيف mAh الأعلى دائمًا طاقة إجمالية أعلى إذا كان جهد البطارية مختلفًا.

على سبيل المثال:

• 3.7 فولت × 2 آه = 7.4 واط ساعي

• 7.4 فولت × 2 آه = 14.8 واط ساعي

تتمتع العبوتان بنفس سعة الأمبير في الساعة ولكنهما يتمتعان بطاقة مختلفة لأن جهدهما مختلف.

2. كيف تؤثر اتصالات السلسلة على السعة

عندما يتم توصيل الخلايا على التوالي، يتصل الطرف الموجب لخلية واحدة بالطرف السالب للخلية التالية.

اتصالات السلسلة تزيد من الجهد.

بالنسبة للخلايا المتطابقة المتصلة في سلسلة:

• يزيد الجهد

• آه القدرة لا تزال هي نفسها تقريبا

• يزداد إجمالي الطاقة بسبب زيادة الجهد

مثال: حزمة بطارية 2S1P

افترض أن كل خلية لديها:

• الجهد الاسمي: 3.7 فولت

• السعة: 1000 مللي أمبير

تحتوي حزمة 2S1P على خليتين متتاليتين.

حزمة الجهد:

3.7 فولت × 2 = 7.4 فولت

سعة العبوة:

1000 مللي أمبير

حزمة الطاقة:

7.4 فولت × 1 أمبير = 7.4 واط ساعي

لذلك، تكون حزمة البطارية 2S1P تقريبًا:

7.4 فولت، 1000 مللي أمبير، 7.4 واط

جدول تكوين السلسلة

هذه هي القيم الاسمية على أساس خلايا 3.7 فولت. جهد الشحن الكامل أعلى ويجب أخذه في الاعتبار عند اختيار الشاحن ونظام الحماية.

3. كيف تؤثر الاتصالات المتوازية على السعة

عندما يتم توصيل الخلايا على التوازي، يتم توصيل أطرافها الإيجابية معًا وأطرافها السالبة معًا.

الاتصالات المتوازية تزيد من القدرة.

بالنسبة للخلايا المتطابقة المتصلة بالتوازي:

• يبقى الجهد كما هو تقريبًا

• آه زيادة القدرات

• قد تزيد القدرة الحالية

• يزداد إجمالي الطاقة بسبب زيادة السعة

مثال: حزمة بطارية 1S2P

افترض أن كل خلية لديها:

• الجهد الاسمي: 3.7 فولت

• السعة: 1000 مللي أمبير

تحتوي حزمة 1S2P على خليتين متوازيتين.

حزمة الجهد:

3.7 فولت

سعة العبوة:

1000 ملي أمبير × 2 = 2000 ملي أمبير

حزمة الطاقة:

3.7 فولت × 2 آه = 7.4 واط ساعي

ولذلك، فإن حزمة بطارية 1S2P تقريبًا:

3.7 فولت، 2000 مللي أمبير، 7.4 واط

جدول التكوين الموازي

تفترض حسابات السعة الموازية أن الخلايا لها نفس النموذج والقدرة والحالة والخصائص الكهربائية.

4. كيفية حساب حزمة البطارية المتوازية

تجمع حزمة البطارية المتوازية المتسلسلة بين طريقتي الاتصال.

الصيغ العامة هي:

جهد العبوة = جهد الخلية × S

سعة العبوة = سعة الخلية × P

إجمالي عدد الخلايا = S × P

أين:

• S = عدد الخلايا في السلسلة

• P = عدد الخلايا المتوازية

مثال: حزمة بطارية 2S2P

افترض أن كل خلية لديها:

• الجهد الاسمي: 3.7 فولت

• السعة: 1000 مللي أمبير

بالنسبة لحزمة 2S2P:

حزمة الجهد:

3.7 فولت × 2 = 7.4 فولت

سعة العبوة:

1000 ملي أمبير × 2 = 2000 ملي أمبير

العدد الإجمالي للخلايا:

2 × 2 = 4 خلايا

حزمة الطاقة:

7.4 فولت × 2 آه = 14.8 واط ساعي

والنتيجة هي:

7.4 فولت، 2000 مللي أمبير، 14.8 واط

مثال: حزمة بطارية 3S2P

باستخدام نفس الخلايا 3.7 فولت، 1000 مللي أمبير:

حزمة الجهد:

3.7 فولت × 3 = 11.1 فولت

سعة العبوة:

1000 ملي أمبير × 2 = 2000 ملي أمبير

العدد الإجمالي للخلايا:

3 × 2 = 6 خلايا

حزمة الطاقة:

11.1 فولت × 2 آه = 22.2 واط ساعي

والنتيجة هي:

11.1 فولت، 2000 مللي أمبير، 22.2 واط

للحصول على شرح أوسع لكيفية تأثير هذه التكوينات على توافق الجهاز، راجع حزم البطاريات المتسلسلة مقابل المتوازية.

5. كيفية حساب العد الموازي المطلوب

إذا كانت سعة الهدف وقدرة الخلية الفردية معروفة، فيمكن تقدير العدد المطلوب من الخلايا المتوازية باستخدام:

العدد الموازي = سعة الحزمة المستهدفة ÷ سعة الخلية

مثال: 7.4 فولت، 3000 مللي أمبير

يفترض:

• الجهد الاسمي المستهدف: 7.4 فولت

• القدرة المستهدفة: 3000 مللي أمبير

• الجهد الاسمي للخلية: 3.7 فولت

• سعة الخلية: 1500 مللي أمبير

الخطوة 1: تحديد عدد السلسلة.

7.4 فولت ÷ 3.7 فولت = 2 ثانية

الخطوة الثانية: تحديد العدد الموازي.

3000 مللي أمبير ÷ 1500 مللي أمبير = 2P

التكوين الأولي هو :

2S2P

العدد الإجمالي للخلايا:

2 × 2 = 4 خلايا

مثال: 11.1 فولت، 5000 مللي أمبير

يفترض:

• الجهد الاسمي المستهدف: 11.1 فولت

• القدرة المستهدفة: 5000 مللي أمبير

• الجهد الاسمي للخلية: 3.7 فولت

• سعة الخلية: 2500 مللي أمبير

عدد السلسلة:

11.1 فولت ÷ 3.7 فولت = 3S

العد الموازي:

5000 مللي أمبير ÷ 2500 مللي أمبير = 2P

التكوين الأولي هو :

3S2P

العدد الإجمالي للخلايا:

3 × 2 = 6 خلايا

يوفر هذا الحساب التكوين الأولي. لا يزال التصميم النهائي بحاجة إلى التحقق من الطلب الحالي والمساحة المتاحة وإمكانية تفريغ الخلايا ومتطلبات الحماية وجدوى الإنتاج.

6. كيفية حساب طاقة حزمة البطارية بالواط

تعد سعة أمبير ساعة مفيدة لمقارنة البطاريات بنفس الجهد. تعتبر ساعات الوات أكثر فائدة عند مقارنة العبوات ذات مستويات الجهد المختلفة.

الصيغة هي:

طاقة العبوة (Wh) = جهد العبوة الاسمي (V) × سعة العبوة (Ah)

مقارنة المثال

قيمة mAh هي نفسها في هذا المثال، لكن إجمالي الطاقة يتغير مع الجهد.

ولهذا السبب لا ينبغي لفرق تصنيع المعدات الأصلية مقارنة حزم البطاريات باستخدام mAh وحدها. عندما يختلف الجهد، قارن واط/ساعة أيضًا.

7. السعة المقدرة مقابل السعة القابلة للاستخدام

عادةً ما تكون السعة المطبوعة على البطارية عبارة عن سعة مقدرة أو اسمية يتم قياسها في ظل ظروف اختبار محددة.

قد تكون القدرة الفعلية القابلة للاستخدام أقل بسبب:

• تيار التفريغ

• قطع الجهد

• درجة حرارة

• شيخوخة الخلايا

• المقاومة الداخلية

• حدود حماية BMS

• تحويل طاقة الجهاز

• احتياطي عمر الخدمة المطلوب

الصيغة المفاهيمية البسيطة هي:

السعة القابلة للاستخدام ≈ السعة المقدرة × عامل التخفيض المطبق

عامل التدهور ليس رقمًا عالميًا. يجب أن يتم إنشاؤه وفقًا لورقة بيانات الخلية وشروط التفريغ ومتطلبات التطبيق.

على سبيل المثال، قد لا توفر حزمة سعة 2000 مللي أمبير في الساعة 2000 مللي أمبير في الساعة بالضبط في كل تطبيق إذا:

• الحمل مرتفع.

• يتوقف الجهاز قبل أن تصل الخلية إلى الحد الأدنى من الجهد؛

• درجة الحرارة منخفضة؛

• لقد تقدم عمر العبوة.

• يقوم BMS بفصل الحمل للحماية.

ولذلك ينبغي تحديد الحزمة مع كليهما:

• القدرة المقدرة

• القدرة المطلوبة القابلة للاستخدام في ظل ظروف محددة

8. لماذا تعتبر مطابقة الخلايا مهمة؟

تفترض صيغة السعة الأساسية أن جميع الخلايا متطابقة.

يجب أن تكون الخلايا المستخدمة في نفس الحزمة متوافقة من حيث:

• سعة

• الجهد االكهربى

• المقاومة الداخلية

• نموذج الخلية

• دفعة الإنتاج

• حالة الشيخوخة

• حالة الشحن

إذا كانت الخلايا لها خصائص مختلفة بشكل كبير، فإن الخلية الأضعف قد تصل إلى حد الجهد الخاص بها في وقت أبكر من الخلايا الأخرى. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل السعة القابلة للاستخدام للحزمة الكاملة وزيادة متطلبات الموازنة.

لمناقشة أعمق حول عدم تناسق الخلايا، راجع لماذا تصبح حزم بطاريات الليثيوم أيون غير متناسقة وماذا تفعل.

في مواصفات OEM، من الأفضل تحديد نموذج الخلية المطلوب ومتطلبات المطابقة بدلاً من ذكر سعة البطارية المستهدفة فقط.

9. كيف تؤثر سعة الخلية على حجم العبوة

قد تؤدي الخلية ذات السعة الأعلى إلى تقليل عدد الخلايا المتوازية المطلوبة، ولكنها قد تكون أيضًا أكبر حجمًا أو لها خصائص تفريغ مختلفة.

يجب على مهندسي OEM تقييم:

• أبعاد الخلية

• تخطيط الحزمة

• المساحة المتوفرة

• القدرة المستهدفة

• الطلب الحالي

• وزن

• الظروف الحرارية

• توفر الخلية

على سبيل المثال، قد تسمح خلية بسعة 3000 مللي أمبير في الساعة بعدد متوازي أصغر من خلية بسعة 1500 مللي أمبير في الساعة. ومع ذلك، إذا كانت خلية 3000 مللي أمبير كبيرة جدًا أو لا يمكنها تلبية التيار المطلوب، فقد لا تكون الخيار الأفضل.

ولذلك ينبغي دمج حساب السعة مع مراجعة الجدوى الميكانيكية والكهربائية.

10. مثال لحساب السعة لحزمة OEM مخصصة

افترض أن جهاز OEM يتطلب:

• الجهد الاسمي: حوالي 7.4 فولت

• القدرة المستهدفة: 4000 مللي أمبير

• الجهد الاسمي للخلية: 3.7 فولت

• سعة الخلية: 2000 مللي أمبير

الخطوة 1: حساب عدد السلسلة.

7.4 فولت ÷ 3.7 فولت = 2 ثانية

الخطوة 2: حساب العدد الموازي.

4000 مللي أمبير ÷ 2000 مللي أمبير = 2P

الخطوة 3: حساب إجمالي عدد الخلايا.

2S × 2P = 4 خلايا

الخطوة 4: حساب الطاقة الاسمية.

7.4 فولت × 4 آه = 29.6 واط ساعي

مواصفات الحزمة الأولية هي:

2S2P، 7.4 فولت اسمي، 4000 مللي أمبير، حوالي 29.6 واط في الساعة

قبل الموافقة على هذا التكوين، يجب على الشركة المصنعة للبطارية والشركة المصنعة للبطارية التحقق مما يلي:

• ما إذا كانت الخلايا قادرة على توفير التيار المطلوب؛

• ما إذا كانت الحزمة تناسب المساحة المتاحة؛

• ما إذا كان نظام إدارة المباني مع التوازن مطلوبًا؛

• ما إذا كان الشاحن متوافقًا؛

• ما إذا كان الموصل والأسلاك يدعمان الحمل؛

• ما إذا كان يتم قياس القدرة المستهدفة في ظل ظروف الاختبار المطلوبة.

11. الأخطاء الشائعة في حساب سعة حزمة البطارية

الخطأ 1: إضافة سعة في السلسلة

حزمة 2S1P المصنوعة من خليتين سعة 1000 مللي أمبير ليست حزمة 2000 مللي أمبير. حوالي 7.4 فولت و 1000 مللي أمبير.

الخطأ الثاني: تجاهل العد الموازي

إذا كانت الحزمة تستخدم مسارات متوازية متعددة، فيجب ضرب السعة بعدد الخلايا المتوازية.

الخطأ 3: مقارنة مللي أمبير دون مقارنة الجهد

حزمة 2000 مللي أمبير عند 3.7 فولت وحزمة 2000 مللي أمبير عند 7.4 فولت لا تحتوي على نفس القدر من الطاقة.

الخطأ الرابع: استخدام جهد الشحن الكامل لحساب الطاقة

عادةً ما يتم حساب الطاقة الاسمية باستخدام الجهد الاسمي، وليس الحد الأقصى لجهد الشحن.

الخطأ الخامس: افتراض أن السعة المقدرة تساوي السعة القابلة للاستخدام

تعتمد السعة الفعلية القابلة للاستخدام على إعدادات التيار ودرجة الحرارة وجهد القطع والتقادم والحماية.

الخطأ السادس: خلط نماذج الخلايا المختلفة

لا ينبغي دمج الخلايا ذات السعات المختلفة أو المقاومة الداخلية أو ظروف الشيخوخة بشكل عرضي في نفس العبوة.

الخطأ السابع: تجاهل الطلب على طاقة الجهاز

حساب السعة وحده لا يحدد وقت التشغيل. يعتمد وقت التشغيل أيضًا على قوة الجهاز وكفاءة النظام.

لمعرفة طريقة حساب وقت التشغيل المنفصلة، ​​راجع كيفية حساب وقت التشغيل لحزمة بطارية الليثيوم.

12. قائمة مراجعة حساب السعة لمشتري OEM

قبل طلب عرض أسعار حزمة البطارية، تأكد مما يلي:

• الهدف الجهد الاسمي

• الحد الأدنى والحد الأقصى لجهد الجهاز

• القدرة المستهدفة في ماه أو آه

• الطاقة القابلة للاستخدام المطلوبة في Wh

• الجهد الاسمي للخلية

• قدرة الخلية المقدرة

• عدد السلاسل المطلوبة

• العد الموازي المطلوب

• إجمالي عدد الخلايا

• تيار مستمر

• الذروة الحالية

• درجة حرارة التشغيل

• مساحة البطارية المتوفرة

• طريقة الشحن

• BMS أو متطلبات الحماية

• شروط اختبار القدرات

• وقت التشغيل المتوقع

• النموذج الأولي وكمية الإنتاج

يجب أن يكون رقم السعة متصلاً دائمًا بحالة اختبار محددة. يعتبر عرض الأسعار الذي ينص على 'حزمة بطارية 4000 مللي أمبيرساعة' فقط غير مكتمل ما لم يحدد المورد أيضًا الجهد الكهربي ونموذج الخلية وظروف التكوين والقياس.

التعليمات

كيف يمكنني حساب سعة بطارية ليثيوم أيون؟

اضرب سعة خلية واحدة بعدد الخلايا المتصلة على التوازي. على سبيل المثال، توفر أربع خلايا بسعة 1000 مللي أمبير في تكوين 2S2P سعة تبلغ حوالي 2000 مللي أمبير في الساعة.

هل يؤدي الاتصال المتسلسل إلى زيادة سعة البطارية؟

لا، فالتوصيل المتسلسل يزيد الجهد. عادةً ما تظل سعة أمبير ساعة مساوية تقريبًا لسعة مجموعة متوازية واحدة.

هل يؤدي الاتصال المتوازي إلى زيادة سعة البطارية؟

نعم. يؤدي الاتصال المتوازي إلى زيادة سعة أمبير الساعة وفقًا لعدد الخلايا المتوازية.

ما هي سعة حزمة بطارية 2S2P؟

إذا تم تصنيف كل خلية عند 3.7 فولت و1000 مللي أمبير في الساعة، فإن حزمة 2S2P تبلغ حوالي 7.4 فولت و2000 مللي أمبير في الساعة، بإجمالي أربع خلايا.

كيف يمكنني حساب عدد ساعات وات حزمة البطارية؟

اضرب جهد الحزمة الاسمي بالسعة بالأمبير-ساعة. تحتوي العبوة 7.4 فولت و2 أمبير في الساعة على ما يقرب من 14.8 واط ساعة من الطاقة الاسمية.

هل بطارية 3.7 فولت 2000 مللي أمبير هي نفس بطارية 7.4 فولت 2000 مللي أمبير؟

رقم، تحتوي حزمة 7.4 فولت، 2000 مللي أمبير في الساعة على ضعف الطاقة الاسمية تقريبًا لحزمة 3.7 فولت، 2000 مللي أمبير في الساعة.

لماذا تكون سعة البطارية الفعلية أقل من القيمة المقدرة؟

يمكن أن تتأثر النتيجة بتيار التفريغ ودرجة الحرارة وجهد القطع وشيخوخة الخلايا والمقاومة الداخلية وإعدادات نظام إدارة المباني وظروف القياس.

كم عدد الخلايا التي أحتاجها لحزمة بطارية مخصصة؟

العدد الإجمالي للخلايا هو:

إجمالي الخلايا = عدد التسلسل × العدد الموازي

يجب أن يلبي العدد النهائي أيضًا متطلبات الجهد والسعة والتيار والحجم والوزن والحماية.

خاتمة

يبدأ حساب سعة بطارية أيون الليثيوم بفهم الفرق بين التوصيلات المتسلسلة والمتوازية.

الصيغ الأساسية هي:

جهد العبوة = جهد الخلية × عدد التسلسلات

سعة العبوة = سعة الخلية × العدد الموازي

إجمالي الخلايا = عدد التسلسل × العدد الموازي

طاقة الحزمة = جهد الحزمة × سعة الحزمة بالآه

على سبيل المثال، باستخدام خلايا 3.7 فولت، 1000 مللي أمبير في الساعة:

• 1S1P = 3.7 فولت، 1000 مللي أمبير

• 2S1P = 7.4 فولت، 1000 مللي أمبير

• 1S2P = 3.7 فولت، 2000 مللي أمبير

• 2S2P = 7.4 فولت، 2000 مللي أمبير

توفر هذه الحسابات نقطة البداية لتصميم حزمة البطارية. لا يزال يتعين فحص البطارية النهائية للتأكد من الطلب الحالي ومطابقة الخلايا والسعة القابلة للاستخدام ومتطلبات نظام إدارة المباني والملاءمة الميكانيكية وتوافق الشحن وجدوى الإنتاج.

إذا كنت تقوم بتطوير حزمة بطارية ليثيوم أيون مخصصة، فشارك الجهد المستهدف والسعة والطلب الحالي والمساحة المتاحة ومتطلبات وقت التشغيل والكمية المتوقعة مع فريق ZERNE الفني. توفر ZERNE حلولًا مخصصة لحزم بطاريات الليثيوم لمشاريع تصنيع المعدات الأصلية وتصنيع التصميم الشخصي ويمكن أن تساعد في تحويل هدف السعة الأولية إلى تكوين عملي للبطارية.