المشاهدات: 0 المؤلف: فريق المحتوى الفني للبطارية ZERNE وقت النشر: 2026-08-28 المنشأ: موقع
تحدد الطريقة التي يتم بها توصيل خلايا أيون الليثيوم السلوك الكهربائي الأساسي لحزمة البطارية.
اتصالات السلسلة تزيد من الجهد.
تعمل الاتصالات المتوازية على زيادة السعة والقدرة الحالية.
تعمل التكوينات المتوازية على التوالي على زيادة الجهد والسعة في نفس الوقت.
بالنسبة لجهاز OEM، يجب أن يتطابق التكوين الصحيح لحزمة البطارية مع ما يلي:
نطاق جهد الجهاز
القدرة المطلوبة
المستمر والذروة الحالية
هدف وقت التشغيل
تصميم الشاحن
متطلبات BMS أو PCM
مساحة التثبيت المتاحة
الحدود الوزنية والحرارية
متطلبات الإنتاج والاختبار
وبالتالي فإن الاختيار بين التوالي والتوازي ليس مجرد حساب كهربائي. إنه قرار تصميم على مستوى النظام.
إعدادات |
التأثير الرئيسي |
استخدام OEM النموذجي |
|---|---|---|
مسلسل |
يزيد الجهد |
الأجهزة التي تتطلب جهد تشغيل أعلى |
موازي |
يزيد من القدرة والقدرة الحالية |
الأجهزة التي تتطلب وقت تشغيل أطول أو تيارًا أعلى بنفس الجهد |
سلسلة موازية |
يزيد الجهد والقدرة |
الأجهزة التي تتطلب جهدًا أعلى وطاقة أكبر |
على سبيل المثال، باستخدام خلايا 3.7 فولت، 2500 مللي أمبير في الساعة:
2S1P = 7.4 فولت، 2500 مللي أمبير
1S2P = 3.7 فولت، 5000 مللي أمبير
2S2P = 7.4 فولت، 5000 مللي أمبير
يعتمد التكوين الصحيح على الجهد المستهدف والسعة والتيار والتصميم الميكانيكي.
عادةً ما تتم كتابة تكوين حزمة البطارية باستخدام الحروف S و P.
يشير الرقم الموجود قبل S إلى عدد الخلايا أو مجموعات الخلايا المتصلة في سلسلة.
أمثلة:
1S: مجموعة خلايا واحدة متسلسلة
2S: مجموعتان من الخلايا على التوالي
3S: ثلاث مجموعات من الخلايا متسلسلة
4S: أربع مجموعات من الخلايا متسلسلة
اتصالات السلسلة تزيد من الجهد.
يشير الرقم الموجود قبل P إلى عدد الخلايا المتصلة بالتوازي داخل كل مجموعة متسلسلة.
أمثلة:
1P: خلية واحدة في كل مجموعة متوازية
2P: خليتين متوازيتين
3P: ثلاث خلايا متوازية
4P: أربع خلايا متوازية
تعمل الاتصالات المتوازية على زيادة السعة والقدرة الحالية.
العدد الإجمالي للخلايا هو:
إجمالي الخلايا = S × P
على سبيل المثال:
2S1P = 2 خليتين
1S2P = 2 خليتين
2S2P = 4 خلايا
3S2P = 6 خلايا
الخلايا المتصلة في سلسلة متصلة من طرف إلى طرف. يتصل الطرف الموجب لخلية واحدة بالطرف السالب للخلية التالية.
بالنسبة للخلايا المتطابقة في السلسلة:
جهد العبوة = جهد الخلية × عدد الخلايا في السلسلة
تظل سعة أمبير ساعة مساوية تقريبًا لسعة خلية واحدة أو مجموعة متوازية واحدة.
افترض أن كل خلية لديها:
الجهد الاسمي: 3.7 فولت
السعة: 2500 مللي أمبير
توفر حزمة 2S1P ما يلي:
الجهد: 3.7 فولت × 2 = 7.4 فولت
السعة: 2500 مللي أمبير
الطاقة: 7.4 فولت × 2.5 آه = 18.5 وات
والنتيجة هي:
7.4 فولت، 2500 مللي أمبير، 18.5 واط
باستخدام نفس الخلايا:
الجهد: 3.7 فولت × 3 = 11.1 فولت
السعة: 2500 مللي أمبير
الطاقة: 11.1 فولت × 2.5 آه = 27.75 واط ساعة
والنتيجة هي:
11.1 فولت، 2500 مللي أمبير، 27.75 واط ساعي
يكون تكوين السلسلة مناسبًا عندما يتطلب الجهاز أو نظام الطاقة جهدًا اسميًا أعلى.
الخلايا المتصلة على التوازي تكون أطرافها الموجبة متصلة ببعضها البعض وأطرافها السالبة متصلة ببعضها البعض.
للخلايا المتطابقة على التوازي:
سعة العبوة = سعة الخلية × عدد الخلايا الموازية
يظل الجهد مساويًا تقريبًا لجهد خلية واحدة أو مجموعة سلسلة واحدة.
افترض أن كل خلية لديها:
الجهد الاسمي: 3.7 فولت
السعة: 2500 مللي أمبير
توفر حزمة 1S2P ما يلي:
الجهد: 3.7 فولت
السعة: 2500 ملي أمبير × 2 = 5000 ملي أمبير
الطاقة: 3.7 فولت × 5 آه = 18.5 وات
والنتيجة هي:
3.7 فولت، 5000 مللي أمبير، 18.5 واط
يكون التكوين المتوازي مناسبًا عندما يعمل الجهاز بنفس الجهد كخلية واحدة أو مجموعة متسلسلة ولكنه يحتاج إلى سعة أكبر أو وقت تشغيل أطول أو قدرة تيار أعلى.
الخصائص الكهربائية |
اتصال السلسلة |
اتصال متوازي |
|---|---|---|
الجهد االكهربى |
يزيد |
يبقى كما هو تقريبا |
آه القدرة |
يبقى كما هو تقريبا |
يزيد |
طاقة |
يزيد مع الجهد |
يزداد مع القدرة |
القدرة الحالية |
يعتمد على مسار سلسلة واحدة |
يمكن أن تزيد مع الخلايا المتوازية |
تعقيد BMS |
عادة ما يزيد مع عدد السلاسل |
يتطلب مطابقة الخلايا المتوازية |
متطلبات الشاحن |
يجب أن يتطابق مع الجهد العالي للحزمة |
يجب أن يتطابق مع جهد العبوة وقدرتها |
غرض نموذجي |
تطابق جهاز الجهد العالي |
زيادة وقت التشغيل أو التيار بنفس الجهد |
يتم تغطية صيغ القدرة التفصيلية في كيفية حساب سعة بطارية ليثيوم أيون.
تستخدم معظم حزم بطاريات OEM المخصصة مجموعة من التوصيلات المتسلسلة والمتوازية.
تستخدم الحزمة المتوازية المتسلسلة ما يلي:
اتصالات متسلسلة لتحقيق الجهد المطلوب؛
التوصيلات المتوازية لتحقيق القدرة المطلوبة والقدرة الحالية.
باستخدام أربع خلايا 3.7 فولت، 2500 مللي أمبير:
عدد المسلسلات: 2
العدد الموازي: 2
مجموع الخلايا: 4
الجهد الاسمي: 7.4 فولت
السعة: 5000 مللي أمبير
الطاقة: 37 واط
حساب:
3.7 فولت × 2 = 7.4 فولت
2500 مللي أمبير × 2 = 5000 مللي أمبير
7.4 فولت × 5 آه = 37 واط ساعي
والنتيجة هي:
7.4 فولت، 5000 مللي أمبير، 37 واط ساعي
قد يكون تكوين 2S2P مناسبًا لجهاز OEM الذي يحتاج إلى منصة 7.4 فولت وطاقة أكبر مما يمكن أن توفره حزمة 2S1P.
باستخدام خليتين متطابقتين بقدرة 3.7 فولت و2500 مللي أمبير في الساعة، يمكن توصيل الخلايا بطرق مختلفة.
إعدادات |
الجهد االكهربى |
سعة |
طاقة |
الفائدة الرئيسية |
|---|---|---|---|---|
2S1P |
7.4 فولت |
2500 مللي أمبير |
18.5 واط |
الجهد العالي |
1S2P |
3.7 فولت |
5000 مللي أمبير |
18.5 واط |
قدرة أعلى في الجهد المنخفض |
يحتوي كلا التكوينين على نفس الطاقة الاسمية تقريبًا لأنهما يستخدمان نفس الخليتين. ومع ذلك، فهي ليست قابلة للتبديل.
يجب أن يكون الجهاز مصممًا بالشكل الصحيح:
جهد الإدخال
شحن الجهد.
حاضِر؛
خدمات إدارة المباني؛
موصل؛
التخطيط الميكانيكي.
هذه نقطة مهمة لتصميم OEM: يمكن أن تتمتع حزمتا البطاريات بقدرة واط ساعة متشابهة ولكنهما لا تزالان غير مناسبتين لنفس المنتج.
يتم أخذ التكوين المتسلسل عمومًا في الاعتبار عندما يتطلب الجهاز جهدًا أعلى مما يمكن أن توفره خلية واحدة.
تشمل الأسباب النموذجية ما يلي:
يتطلب المحرك أو نظام الطاقة جهدًا أعلى؛
يمكن للجهد العالي أن يقلل التيار عند مستوى طاقة معين؛
يستخدم الجهاز بالفعل بنية كهربائية 2S أو 3S أو 4S؛
هناك حاجة إلى مدخلات جهد أعلى للمحول أو وحدة التحكم في المحرك؛
تم تصميم مكونات النظام المتاحة لمنصة جهد محددة.
لتحميل الطاقة الثابتة:
التيار = الطاقة ÷ الجهد
وبنفس الطاقة، يمكن أن يؤدي ارتفاع جهد البطارية إلى تقليل التيار المسحوب من العبوة. قد يؤثر هذا على حجم الموصل واختيار الموصل وتصميم إدارة الطاقة.
ومع ذلك، فإن الجهد العالي لا يعني تلقائيًا أداءً أفضل. يجب أن تدعم إلكترونيات الجهاز والشاحن والعزل ونظام إدارة المباني ووحدة التحكم في المحرك الجهد المحدد.
للحصول على مقارنات عملية لمستوى الجهد، انظر حزم البطاريات 7.4 فولت مقابل 11.1 فولت مقابل 14.8 فولت.
يتم أخذ التكوين المتوازي عمومًا في الاعتبار عندما يحتاج الجهاز إلى سعة أكبر أو تيار أعلى بنفس الجهد الاسمي.
تشمل الأسباب النموذجية ما يلي:
وقت تشغيل أطول مطلوب؛
تيار مستمر أعلى.
الطلب القصير الحالي العالي.
مزيد من الطاقة ضمن نفس منصة الجهد؛
استخدام خلية ذات قدرة فردية محدودة؛
تحتاج إلى توزيع التيار عبر خلايا متعددة.
يمكن للخلايا المتوازية مشاركة التيار، لكن التصميم يجب أن يأخذ في الاعتبار ما يلي:
مطابقة الخلايا؛
التوزيع الحالي
مقاومة الاتصال
درجة حرارة الخلية؛
جودة اللحام
BMS أو تصميم الحماية؛
الدعم الميكانيكي.
لا ينبغي التعامل مع الخلايا المتوازية على أنها متطابقة تلقائيًا. يمكن أن تؤثر الاختلافات في المقاومة الداخلية أو حالة الشحن على المشاركة الحالية واتساق الحزمة على المدى الطويل.
تتطلب حزم البطاريات المتسلسلة والمتوازية خلايا متوافقة.
يجب أن تتطابق الخلايا المستخدمة في نفس العبوة مع الخصائص ذات الصلة مثل:
نموذج؛
القدرة الاسمية
الجهد االكهربى؛
المقاومة الداخلية
دفعة الإنتاج
حالة الشيخوخة
تاريخ درجة الحرارة.
في الحزمة المتسلسلة، قد تصل الخلية الأضعف إلى حد الجهد العلوي أو الأدنى قبل الخلايا الأخرى. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل سعة الحزمة القابلة للاستخدام ويتسبب في قطع الحماية قبل الأوان.
في المجموعة المتوازية، قد لا تتشارك الخلايا ذات الجهد أو المقاومة الداخلية المختلفة التيار بالتساوي. قد تحمل إحدى الخلايا حمولة أكبر أو تستقبل تيار شحن أكثر من الأخرى.
لمزيد من المعلومات حول عدم تناسق الحزمة واختلافات الخلايا، راجع لماذا تصبح حزم بطاريات الليثيوم أيون غير متناسقة وماذا تفعل.
يجب أن يتطابق نظام إدارة البطارية مع تكوين الحزمة.
تتطلب الحزمة التي تحتوي على خلايا متعددة متسلسلة بشكل عام مراقبة مجموعات الخلايا الفردية.
قد يحتاج نظام إدارة المباني إلى توفير:
مراقبة جهد الخلية؛
موازنة الخلايا.
حماية فاحش.
حماية الإفراط في التفريغ.
حماية التيار الزائد.
حماية ماس كهربائى.
مراقبة درجة الحرارة.
ومع زيادة عدد السلاسل، يجب تصميم نظام إدارة المباني ليناسب العدد المقابل من الخلايا.
قد تتشارك الخلايا المتوازية في نفس نقطة قياس الجهد، لكن لا يزال نظام إدارة المباني (BMS) أو نظام الحماية بحاجة إلى مراعاة ما يلي:
إجمالي التيار؛
مطابقة الخلايا؛
درجة حرارة؛
سلوك الشحن؛
مقاومة الاتصال
ظروف الخطأ.
تتطلب الحزمة المتوازية المتسلسلة عادةً من BMS مراقبة كل مجموعة سلسلة أثناء إدارة إجمالي الحزمة الحالية.
يجب اختيار نظام إدارة المباني أثناء مرحلة تصميم البطارية، وعدم إضافته بعد الانتهاء من تكوين الخلية.
تتطلب التكوينات المتسلسلة والمتوازية اعتبارات شحن مختلفة.
يجب أن يدعم الشاحن الجهد الإجمالي للسلسلة.
على سبيل المثال:
حزمة 1S: شاحن مصمم لخلية واحدة؛
حزمة 2S: شاحن مصمم لبطارية 2S؛
حزمة 3S: شاحن مصمم لبطارية 3S؛
حزمة 4S: شاحن مصمم لبطارية 4S.
لا ينبغي استخدام الشاحن المصمم لخلية واحدة مباشرة مع حزمة متعددة السلاسل.
لا تزال الحزمة المتوازية تستخدم جهد خلية واحدة أو مجموعة سلسلة واحدة، ولكن قد يحتاج نظام الشحن إلى توفير تيار أكثر أو قبول وقت شحن أطول.
يجب أن يتطابق نظام الشحن مع كلاً من:
إجمالي سلسلة الجهد.
سعة العبوة ومتطلبات الشحن الحالية.
يجب اختبار الشاحن والبطارية ونظام إدارة المباني كنظام واحد.
يعتمد التكوين الصحيح على المتطلبات الفعلية للجهاز.
متطلبات تصنيع المعدات الأصلية |
اتجاه التكوين |
|---|---|
ارتفاع جهد التشغيل |
زيادة عدد المسلسلات |
وقت تشغيل أطول بنفس الجهد |
زيادة العدد الموازي |
ارتفاع التيار المستمر |
فكر في الخلايا المتوازية والخلايا ذات التيار العالي المناسبة |
ارتفاع الجهد والقدرة |
استخدم التكوين المتوازي للسلسلة |
مساحة محدودة للغاية |
تقييم تنسيق الخلية وتخطيط الحزمة |
اتصالات البطارية الذكية |
حدد نظام إدارة المباني (BMS) والموصل المتوافقين |
منتج بسيط ذو خلية واحدة |
فكر في حل حماية 1S |
منتج متعدد الخلايا قابل للشحن |
تقييم التوازن ونظام إدارة المباني على مستوى الحزمة |
هذا مجرد دليل اختيار أولي. يجب أيضًا التحقق من التكوين النهائي وفقًا للطلب الحالي والأبعاد والشحن ودرجة الحرارة ومتطلبات الإنتاج.
افترض أن منتج OEM يتطلب:
الجهد الاسمي: حوالي 7.4 فولت؛
القدرة المستهدفة: 5000 مللي أمبير؛
التيار المستمر: معتدل.
حجرة بطارية مستطيلة مدمجة؛
عملية قابلة للشحن.
مراقبة مستوى الخلية.
التكوين الأولي يمكن أن يكون:
2S2P باستخدام خلايا 3.7 فولت، 2500 مللي أمبير
حساب:
الجهد: 3.7 فولت × 2 = 7.4 فولت؛
السعة: 2500 مللي أمبير × 2 = 5000 مللي أمبير؛
إجمالي الخلايا: 2 × 2 = 4 خلايا؛
الطاقة الاسمية: 7.4 فولت × 5 آه = 37 واط ساعة.
يجب على فريق التصميم بعد ذلك تأكيد ما يلي:
ما إذا كان نطاق الجهد 2S متوافقًا مع الجهاز؛
ما إذا كان نظام إدارة المباني 2S مع الموازنة مطلوبًا؛
ما إذا كانت الخلايا قادرة على دعم التيار؛
ما إذا كان الشاحن مصممًا لـ 2S؛
ما إذا كانت العبوة تناسب العلبة؛
ما إذا كان الموصل يدعم التيار المطلوب؛
ما إذا كانت البطارية تجتاز الاختبار المخطط له.
زيرن يمكن استخدام صفحة حزمة بطارية الليثيوم 7.4 فولت كمرجع على مستوى المنتج لتكوينات حزمة بطارية 2S، بينما يجب تقييم التصميمات المخصصة مقابل جهاز OEM الفعلي.
افترض أن منتج OEM آخر يتطلب:
الجهد الاسمي: حوالي 11.1 فولت؛
السعة: 5000 مللي أمبير؛
إخراج مستقر أثناء التشغيل المستمر.
التكوين الأولي يمكن أن يكون:
3S2P باستخدام خلايا 3.7 فولت، 2500 مللي أمبير
حساب:
الجهد: 3.7 فولت × 3 = 11.1 فولت؛
السعة: 2500 مللي أمبير × 2 = 5000 مللي أمبير؛
مجموع الخلايا: 3 × 2 = 6 خلايا؛
الطاقة الاسمية: 11.1 فولت × 5 آه = 55.5 واط ساعة.
تتطلب حزمة 11.1 فولت شاحنًا وBMS مصممًا لتكوين 3S.
للحصول على مرجع منتج موجود، راجع ZERNE صفحة حزمة بطارية الليثيوم 11.1 فولت.
تؤثر الاتصالات المتسلسلة والمتوازية أيضًا على تخطيط الحزمة الفعلية.
يجب على المصمم أن يأخذ بعين الاعتبار:
اتجاه الخلية.
تباعد الخلايا.
نقاط اللحام
قضبان التوصيل أو الموصلات؛
العزل؛
موقع نظام إدارة المباني؛
توجيه الكابل؛
موقف الموصل.
أبعاد السكن
تبديد الحرارة.
نقاط التركيب
الاهتزاز والتأثير.
قد يظل التكوين الصحيح كهربائيًا غير مناسب إذا لم يكن مناسبًا للعلبة المتوفرة.
بالنسبة لحزم الخلايا الأسطوانية، قد يؤثر ترتيب الخلايا على عرض العبوة وطولها وارتفاعها. بالنسبة لحزم الخلايا الحقيبةية، قد تؤثر مواقع علامات التبويب المتسلسلة والمتوازية على التخطيط الداخلي ومخرج الكابل.
ينبغي التعامل مع الخلوصات التفصيلية لحجرة البطارية وبدلات الضغط والانتفاخ بشكل منفصل تصميم حجرة بطارية LiPo: الخلوص والتورم.
تعمل التوصيلات المتسلسلة على زيادة الجهد، وليس سعة الأمبير في العادة.
تحتفظ الخلايا المتوازية بنفس الجهد تقريبًا مثل خلية واحدة أو مجموعة سلسلة واحدة.
الشاحن المخصص لحزمة 1S غير مناسب لحزمة 2S أو 3S أو 4S.
يمكن أن تؤدي ظروف السعة أو المقاومة أو التقادم المختلفة إلى تقليل اتساق العبوة والأداء القابل للاستخدام.
يجب معرفة عدد السلاسل والطلب الحالي ومتطلبات الاتصال قبل اختيار نظام إدارة المباني.
لا تحتوي حزمة 3.7 فولت، 5000 مللي أمبير في الساعة وحزمة 7.4 فولت، 5000 مللي أمبير في الساعة على نفس القدر من الطاقة.
يجب أن يدعم التكوين ذروة الطلب على الجهاز، وليس فقط متوسط التيار.
قبل الموافقة على تكوين البطارية، تأكد مما يلي:
الجهاز الجهد الاسمي.
جهاز الحد الأدنى والحد الأقصى للجهد.
القدرة المستهدفة؛
تيار مستمر
الذروة الحالية.
عدد السلاسل المطلوبة؛
العد الموازي المطلوب؛
نموذج الخلية وقدرتها؛
إجمالي عدد الخلايا.
متطلبات مطابقة الخلايا؛
هيكل BMS أو PCM؛
توافق الشاحن؛
تصنيف الموصل والكابل؛
ملاءمة ميكانيكية؛
ظروف درجة الحرارة.
هدف وقت التشغيل؛
متطلبات الاختبار؛
حجم الإنتاج المتوقع.
للحصول على معايير تصميم البطارية الأوسع، راجع تصميم حزمة بطارية ليثيوم أيون: الجهد الكهربي والسعة ونظام إدارة المباني ووقت التشغيل.
تعمل حزمة البطاريات المتسلسلة على زيادة الجهد، بينما تعمل حزمة البطاريات المتوازية على زيادة السعة والقدرة الحالية. تجمع الحزمة المتوازية المتسلسلة بين كلا التأثيرين.
عادة، لا. يؤدي توصيل الخلايا ذات السعة المتساوية على التوالي إلى زيادة الجهد بينما تظل سعة الأمبير في الساعة كما هي تقريبًا.
عادة، لا. يؤدي توصيل الخلايا ذات الجهد المتساوي على التوازي إلى زيادة السعة مع الحفاظ على نفس الجهد تقريبًا.
2S2P يعني مجموعتين من الخلايا متصلتين على التوالي، مع وجود خليتين متصلتين بالتوازي في كل مجموعة. أنه يحتوي على أربع خلايا في المجموع.
سعة العبوة حوالي 5000 مللي أمبير. إذا كان الجهد الاسمي للخلايا 3.7 فولت، فإن جهد العبوة يبلغ حوالي 7.4 فولت.
تتطلب حزم بطاريات الليثيوم متعددة السلسلة عمومًا الحماية والتوازن المناسبين. يعتمد الهيكل الدقيق لـ BMS على كيمياء الخلية وعدد السلسلة والتيار والشاحن والتطبيق.
ليس تلقائيا. يكون التكوين المتوازي المتسلسل مفيدًا عندما يتطلب الجهاز جهدًا أعلى وسعة أعلى، لكن الاختيار النهائي يعتمد على التطبيق والقيود المادية.
لا ينبغي أن يتم توصيل الخلايا معًا بشكل عرضي إذا كانت تختلف في النموذج أو السعة أو الجهد أو المقاومة الداخلية أو الحالة. يجب أن يستخدم تصميم البطارية المؤهل خلايا متوافقة ومتطابقة بشكل صحيح.
القاعدة الأساسية لتكوين حزمة البطارية هي:
سلسلة تزيد من الجهد.
بالتوازي يزيد من القدرة والقدرة الحالية.
تعمل السلسلة المتوازية على زيادة الجهد والسعة.
بالنسبة لجهاز OEM، يجب أن يتطابق التكوين الصحيح أيضًا مع:
نطاق الجهد
القدرة والطاقة.
الطلب الحالي
شاحن؛
خدمات إدارة المباني؛
مطابقة الخلايا؛
المساحة الميكانيكية
موصل؛
درجة حرارة؛
متطلبات الاختبار.
على سبيل المثال:
يوفر 2S1P جهدًا أعلى؛
يوفر 1S2P سعة أعلى بنفس جهد الخلية؛
يوفر 2S2P جهدًا أعلى وقدرة أعلى.