Sarja vs. rinnakkaiset akut: mikä kokoonpano sopii OEM-laitteeseen?

Litiumionikennojen kytkentätapa määrittää akun sähköisen peruskäyttäytymisen.

• Sarjakytkennät lisäävät jännitettä.

• Rinnakkaisliitännät lisäävät kapasiteettia ja virtakykyä.

• Sarjan rinnakkaiskokoonpanot lisäävät jännitettä ja kapasiteettia samanaikaisesti.

OEM-laitteen oikean akkukokoonpanon on vastattava:

• Laitteen jännitealue

• Vaadittu kapasiteetti

• Jatkuva ja huippuvirta

• Kestoaikatavoite

• Laturin muotoilu

• BMS- tai PCM-vaatimukset

• Käytettävissä oleva asennustila

• Paino- ja lämpörajoitukset

• Tuotanto- ja testausvaatimukset

Valinta sarjan ja rinnakkaisen välillä ei siis ole vain sähkölaskemista. Se on järjestelmätason suunnittelupäätös.

Pikavastaus: Sarja vs. rinnakkaisakut

Esimerkiksi käyttämällä 3,7 V, 2500 mAh kennoja:

• 2S1P = 7,4 V, 2500 mAh

• 1S2P = 3,7 V, 5000 mAh

• 2S2P = 7,4 V, 5000 mAh

Oikea kokoonpano riippuu tavoitejännitteestä, kapasiteetista, virrasta ja mekaanisesta rakenteesta.

1. Mitä 'S' ja 'P' tarkoittavat?

Akun kokoonpano kirjoitetaan yleensä kirjaimilla S ja P.

S Means -sarja

Numero ennen S:tä osoittaa sarjaan kytkettyjen solujen tai soluryhmien lukumäärän.

Esimerkkejä:

• 1S: yksi soluryhmä sarjassa

• 2S: kaksi soluryhmää sarjassa

• 3S: kolme soluryhmää sarjassa

• 4S: neljä soluryhmää sarjassa

Sarjakytkennät lisäävät jännitettä.

P tarkoittaa rinnakkaista

Numero ennen P:tä osoittaa kunkin sarjaryhmän sisällä rinnakkain kytkettyjen solujen lukumäärän.

Esimerkkejä:

• 1P: yksi solu jokaisessa rinnakkaisryhmässä

• 2P: kaksi solua rinnakkain

• 3P: kolme solua rinnakkain

• 4P: neljä solua rinnakkain

Rinnakkaisliitännät lisäävät kapasiteettia ja virtakykyä.

Solujen kokonaismäärä

Solujen kokonaismäärä on:

Solut yhteensä = S × P

Esimerkiksi:

• 2S1P = 2 solua

• 1S2P = 2 solua

• 2S2P = 4 solua

• 3S2P = 6 solua

2. Kuinka sarjan akut toimivat

Sarjaan kytketyt kennot yhdistetään päästä päähän. Yhden solun positiivinen napa kytkeytyy seuraavan solun negatiiviseen napaan.

Vastaavat solut sarjassa:

Pakettijännite = Kennojen jännite × Sarjassa olevien kennojen lukumäärä

Amp-tuntikapasiteetti pysyy suunnilleen yhtä suurena kuin yhden solun tai yhden rinnakkaisryhmän kapasiteetti.

Esimerkki: 2S1P Pack

Oletetaan, että jokaisessa solussa on:

• Nimellisjännite: 3,7 V

• Kapasiteetti: 2500 mAh

2S1P-paketti sisältää:

• Jännite: 3,7 V × 2 = 7,4 V

• Kapasiteetti: 2500 mAh

• Energia: 7,4 V × 2,5 Ah = 18,5 Wh

Tulos on:

7,4 V, 2500 mAh, 18,5 Wh

Esimerkki: 3S1P Pack

Käyttämällä samoja soluja:

• Jännite: 3,7 V × 3 = 11,1 V

• Kapasiteetti: 2500 mAh

• Energia: 11,1 V × 2,5 Ah = 27,75 Wh

Tulos on:

11,1 V, 2500 mAh, 27,75 Wh

Sarjakokoonpano sopii, kun laite tai tehojärjestelmä vaatii korkeampaa nimellisjännitettä.

3. Kuinka rinnakkaiset akut toimivat

Rinnakkain kytkettyjen kennojen positiiviset navat on kytketty yhteen ja negatiiviset liittimet toisiinsa.

Vastaavat solut rinnakkain:

Pakkauksen kapasiteetti = Solun kapasiteetti × Rinnakkaisten solujen lukumäärä

Jännite pysyy suunnilleen yhtä suurena kuin yhden kennon tai yhden sarjaryhmän jännite.

Esimerkki: 1S2P Pack

Oletetaan, että jokaisessa solussa on:

• Nimellisjännite: 3,7 V

• Kapasiteetti: 2500 mAh

1S2P-paketti sisältää:

• Jännite: 3,7 V

• Kapasiteetti: 2500 mAh × 2 = 5000 mAh

• Energia: 3,7 V × 5 Ah = 18,5 Wh

Tulos on:

3,7 V, 5000 mAh, 18,5 Wh

Rinnakkaiskonfiguraatio sopii, kun laite toimii samalla jännitteellä kuin yksi kenno tai sarjaryhmä, mutta tarvitsee enemmän kapasiteettia, pidemmän käyttöajan tai suurempaa virtakapasiteettia.

4. Sarjat vs. rinnakkaiset: mitä muutoksia?

Yksityiskohtaiset kapasiteettikaavat käsitellään Litiumioniakun kapasiteetin laskeminen.

5. Mikä on sarja-rinnakkaisakku?

Useimmat mukautetut OEM-akut käyttävät sarja- ja rinnakkaisliitäntöjen yhdistelmää.

Sarjan rinnakkaispakkauksessa käytetään:

• Sarjakytkennät vaaditun jännitteen saavuttamiseksi;

• Rinnakkaisliitännät vaaditun kapasiteetin ja virtakyvyn saavuttamiseksi.

Esimerkki: 2S2P Pack

Käyttää neljää 3,7 V, 2500 mAh kennoa:

• Sarjojen määrä: 2

• Rinnakkaisluku: 2

• Soluja yhteensä: 4

• Nimellisjännite: 7,4 V

• Kapasiteetti: 5000 mAh

• Energia: 37 Wh

Laskeminen:

3,7 V × 2 = 7,4 V

2500 mAh × 2 = 5000 mAh

7,4 V × 5 Ah = 37 Wh

Tulos on:

7,4 V, 5000 mAh, 37 Wh

2S2P-kokoonpano voi olla sopiva OEM-laitteelle, joka tarvitsee 7,4 V:n alustan ja enemmän energiaa kuin 2S1P-paketti pystyy tarjoamaan.

6. Käytännön vertailu käyttämällä samoja kahta solua

Kahta identtistä 3,7 V, 2500 mAh kennoa käyttämällä kennot voidaan kytkeä eri tavoin.

Molemmat kokoonpanot sisältävät suunnilleen saman nimellisenergian, koska ne käyttävät samoja kahta kennoa. Ne eivät kuitenkaan ole keskenään vaihdettavissa.

Laite on suunniteltava oikein:

• Tulojännite;

• Latausjännite;

• Nykyinen;

• BMS;

• Liitin;

• Mekaaninen asettelu.

Tämä on tärkeä seikka OEM-suunnittelun kannalta: kahdella akulla voi olla samanlaiset wattitunnit, mutta ne eivät silti sovellu samalle tuotteelle.

7. Milloin OEM-laitteen tulee käyttää sarjakokoonpanoa?

Sarjakonfiguraatiota harkitaan yleensä, kun laite vaatii suuremman jännitteen kuin yksi kenno pystyy tarjoamaan.

Tyypillisiä syitä ovat:

• Moottori tai tehojärjestelmä vaatii suurempaa jännitettä;

• Korkeampi jännite voi vähentää virtaa tietyllä tehotasolla;

• Laite käyttää jo 2S-, 3S- tai 4S-sähköarkkitehtuuria;

• Muuntajaa tai moottoriohjainta varten tarvitaan korkeampi jännitetulo;

• Saatavilla olevat järjestelmäkomponentit on suunniteltu tietylle jännitealustalle.

Vakiotehoiselle kuormitukselle:

Virta = Teho ÷ Jännite

Samalla teholla korkeampi akun jännite voi vähentää pakkauksesta otettua virtaa. Tämä voi vaikuttaa johtimien kokoon, liittimen valintaan ja tehonhallinnan suunnitteluun.

Suurempi jännite ei kuitenkaan tarkoita automaattisesti parempaa suorituskykyä. Laitteen elektroniikan, laturin, eristyksen, BMS:n ja moottoriohjaimen on tuettava valittua jännitettä.

Käytännön jännitetason vertailuja, katso 7,4 V vs. 11,1 V vs. 14,8 V akut.

8. Milloin OEM-laitteen tulisi käyttää rinnakkaista kokoonpanoa?

Rinnakkaiskonfiguraatiota harkitaan yleensä, kun laite tarvitsee enemmän kapasiteettia tai suurempaa virtaa samalla nimellisjännitteellä.

Tyypillisiä syitä ovat:

• Pidempi vaadittu käyttöaika;

• Korkeampi jatkuva virta;

• Lyhyt korkea nykyinen kysyntä;

• Enemmän energiaa samalla jännitealustalla;

• Sellaisen solun käyttö, jonka yksilöllinen kapasiteetti on rajoitettu;

• Tarve jakaa virta useiden solujen kesken.

Rinnakkaissolut voivat jakaa virran, mutta suunnittelussa on silti otettava huomioon:

• Solujen yhteensovittaminen;

• Nykyinen jakelu;

• Yhteyden vastus;

• Solun lämpötila;

• Hitsauksen laatu;

• BMS tai suojasuunnittelu;

• Mekaaninen tuki.

Rinnakkaisia ​​soluja ei pidä käsitellä automaattisesti identtisinä. Erot sisäisessä resistanssissa tai lataustilassa voivat vaikuttaa virran jakamiseen ja pitkän aikavälin pakkauksen johdonmukaisuuteen.

9. Solujen yhteensopivuusvaatimukset

Sekä sarja- että rinnakkaisakut vaativat yhteensopivia kennoja.

Samassa pakkauksessa käytettävien solujen tulee vastata asiaankuuluvia ominaisuuksia, kuten:

• Malli;

• Nimelliskapasiteetti;

• Jännite;

• Sisäinen vastus;

• Tuotanto erä;

• Ikääntymisen tila;

• Lämpötilahistoria.

Miksi yhteensopivuus on tärkeää sarjapakkauksissa?

Sarjapaketissa heikoin kenno voi saavuttaa ylä- tai alajänniterajansa ennen muita kennoja. Tämä voi vähentää käytettävää pakkauskapasiteettia ja aiheuttaa ennenaikaisen suojakatkon.

Miksi vastaavuus on tärkeää rinnakkaispakkauksissa?

Rinnakkaisryhmässä kennot, joilla on erilainen jännite tai sisäinen vastus, eivät välttämättä jaa virtaa tasaisesti. Yksi kenno voi kuljettaa enemmän kuormaa tai vastaanottaa enemmän latausvirtaa kuin toinen.

Lisätietoja pakkausten epäjohdonmukaisuudesta ja solueroista on kohdassa Miksi litiumioniakut muuttuvat epäjohdonmukaisiksi ja mitä tehdä?.

10. BMS-vaatimukset sarja- ja rinnakkaispakkauksille

Akun hallintajärjestelmän on vastattava pakkauskokoonpanoa.

Sarjan paketit

Pakkaus, jossa on useita soluja sarjassa, vaatii yleensä yksittäisten soluryhmien seurantaa.

BMS saattaa joutua toimittamaan:

• Solun jännitteen seuranta;

• Solujen tasapainotus;

• Ylilataussuoja;

• Ylipurkaussuojaus;

• Ylivirtasuojaus;

• Oikosulkusuojaus;

• Lämpötilan seuranta.

Sarjamäärän kasvaessa BMS on suunniteltava vastaavalle solumäärälle.

Rinnakkaispaketit

Rinnakkaiskennot voivat jakaa saman jännitteen mittauspisteen, mutta BMS:n tai suojajärjestelmän on silti otettava huomioon:

• Kokonaisvirta;

• Solujen yhteensovittaminen;

• Lämpötila;

• Latauskäyttäytyminen;

• Yhteyden vastus;

• Vikaolosuhteet.

Sarjan rinnakkaispakkaukset

Sarjan rinnakkaispakkaus vaatii tyypillisesti BMS:n valvomaan jokaista sarjaryhmää samalla kun se hallitsee paketin kokonaisvirtaa.

BMS tulee valita akun suunnitteluvaiheessa, eikä sitä saa lisätä kennokokoonpanon viimeistelyn jälkeen.

11. Latausvaatimukset

Sarja- ja rinnakkaiskokoonpanot vaativat erilaisia ​​latausnäkökohtia.

Sarjan lataus

Laturin on tuettava sarjan kokonaisjännitettä.

Esimerkiksi:

• 1S-paketti: yhdelle kennolle suunniteltu laturi;

• 2S-paketti: 2S-akulle suunniteltu laturi;

• 3S-paketti: 3S-akulle suunniteltu laturi;

• 4S-paketti: 4S-akulle suunniteltu laturi.

Yksikennolle suunniteltua laturia ei saa käyttää suoraan monisarjapakkauksen kanssa.

Rinnakkaislataus

Rinnakkaispakkaus käyttää edelleen yhden kennon tai yhden sarjaryhmän jännitettä, mutta latausjärjestelmä saattaa joutua syöttämään enemmän virtaa tai hyväksymään pidemmän latausajan.

Sarja-rinnakkaislataus

Latausjärjestelmän on vastattava molempia:

• Sarjan kokonaisjännite;

• Pakkauksen kapasiteetti ja latausvirran vaatimukset.

Laturi, akku ja BMS tulee testata yhtenä järjestelmänä.

12. Yhdistä kokoonpano OEM-laitteen kanssa

Oikea kokoonpano riippuu laitteen todellisista vaatimuksista.

Tämä on vain alustava valintaopas. Lopullinen kokoonpano tulee myös tarkistaa nykyisen kysynnän, mittojen, latauksen, lämpötilan ja tuotantovaatimusten perusteella.

13. OEM-esimerkki: Kokoonpanon valitseminen 7,4 V:n laitteelle

Oletetaan, että OEM-tuote vaatii:

• Nimellisjännite: noin 7,4 V;

• Tavoitekapasiteetti: 5000 mAh;

• Jatkuva virta: kohtalainen;

• Kompakti suorakaiteen muotoinen akkulokero;

• Ladattava toiminta;

• Solutason seuranta.

Alustava kokoonpano voisi olla:

2S2P käyttäen 3,7 V, 2500 mAh kennoja

Laskeminen:

• Jännite: 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• Kapasiteetti: 2500 mAh × 2 = 5000 mAh;

• Solut yhteensä: 2 x 2 = 4 solua;

• Nimellisenergia: 7,4 V × 5 Ah = 37 Wh.

Suunnitteluryhmän on sitten vahvistettava:

• Onko 2S-jännitealue yhteensopiva laitteen kanssa;

• Tarvitaanko 2S BMS ja tasapainotus;

• Kannattavatko solut virtaa;

• Onko laturi suunniteltu 2S:lle;

• Sopiiko pakkaus koteloon;

• Tukeeko liitin tarvittavaa virtaa;

• Onko akku läpäissyt suunnitellun testin.

ZERNE:n 7,4 V:n litiumakkupakkauksen sivua voidaan käyttää tuotetason vertailukohtana 2S-akkukokoonpanoissa, kun taas mukautetut mallit tulee arvioida suhteessa todelliseen OEM-laitteeseen.

14. Korkeajännitelaitteen konfigurointiesimerkki

Oletetaan, että toinen OEM-tuote vaatii:

• Nimellisjännite: noin 11,1 V;

• Kapasiteetti: 5000 mAh;

• Vakaa teho jatkuvan käytön aikana.

Alustava kokoonpano voisi olla:

3S2P käyttäen 3,7 V, 2500 mAh kennoja

Laskeminen:

• Jännite: 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• Kapasiteetti: 2500 mAh × 2 = 5000 mAh;

• Solut yhteensä: 3 x 2 = 6 solua;

• Nimellisenergia: 11,1 V × 5 Ah = 55,5 Wh.

11,1 V:n akku vaatii laturin ja BMS:n, joka on suunniteltu 3S-kokoonpanoon.

Katso olemassa oleva tuoteviite ZERNE:stä 11,1 V litiumakkupakkaussivu.

15. Mekaanisen suunnittelun näkökohdat

Sarja- ja rinnakkaisliitännät vaikuttavat myös fyysiseen pakkausasetteluun.

Suunnittelijan tulee ottaa huomioon:

• Solun suuntaus;

• Soluvälit;

• Hitsaus kohdat;

• Kiskot tai johtimet;

• Eristys;

• BMS:n sijainti;

• Kaapelin reititys;

• Liittimen sijainti;

• Kotelon mitat;

• Lämmön hajoaminen;

• Kiinnityspisteet;

• Tärinä ja isku.

Sähköisesti oikea kokoonpano voi silti olla sopimaton, jos se ei sovi käytettävissä olevaan koteloon.

Sylinterimäisten kennopakettien tapauksessa kennojärjestely voi vaikuttaa pakkauksen leveyteen, pituuteen ja korkeuteen. Pussikennopakkauksissa sarja- ja rinnakkaiskielekkeiden sijainnit voivat vaikuttaa sisäiseen sijoitteluun ja kaapelin ulostuloon.

Yksityiskohtaiset paristotilan välykset, puristus- ja turpoamisvarat tulee käsitellä erikseen LiPo-akkulokeron muotoilu: välys ja turvotus.

16. Yleiset sarjat ja rinnakkaissuunnitteluvirheet

Virhe 1: Olettaen, että sarja lisää mAh:ta

Sarjakytkennät lisäävät jännitettä, ei normaalisti ampeerituntikapasiteettia.

Virhe 2: Oletetaan, että rinnakkainen lisää jännitettä

Rinnakkaiset kennot säilyttävät suunnilleen saman jännitteen kuin yksi kenno tai yksi sarjaryhmä.

Virhe 3: Laturin käyttäminen väärään sarjamäärään

1S-paketin laturi ei sovi 2S-, 3S- tai 4S-pakkaukseen.

Virhe 4: Yhdistä vertaansa vailla olevat solut

Erilaiset kapasiteetti-, kestävyys- tai ikääntymisolosuhteet voivat heikentää pakkauksen yhtenäisyyttä ja käyttökelpoisuutta.

Virhe 5: BMS:n valitseminen pakkausasettelun jälkeen

Sarjojen lukumäärä, nykyinen kysyntä ja tiedonsiirtovaatimukset tulee tietää ennen BMS:n valintaa.

Virhe 6: Vain mAh vertailu

3,7 V:n 5000 mAh:n pakkaus ja 7,4 V:n 5000 mAh:n pakkaus eivät sisällä yhtä paljon energiaa.

Virhe 7: Huippuvirran huomioiminen

Kokoonpanon on tuettava laitteen huipputarvetta, ei vain sen keskimääräistä virtaa.

17. Sarja- ja rinnakkaisakkujen tarkistuslista

Ennen kuin hyväksyt akun kokoonpanon, vahvista:

• Laitteen nimellisjännite;

• Laitteen minimi- ja maksimijännite;

• Tavoitekapasiteetti;

• Jatkuva virta;

• Huippuvirta;

• Vaadittu sarjamäärä;

• Vaadittu rinnakkaisluku;

• Solun malli ja kapasiteetti;

• Solujen kokonaismäärä;

• Solujen yhteensopivuusvaatimukset;

• BMS- tai PCM-rakenne;

• Yhteensopivuus laturin kanssa;

• Liittimen ja kaapelin luokitus;

• Mekaaninen istuvuus;

• Lämpötilaolosuhteet;

• Ajonaikainen tavoite;

• Testausvaatimukset;

• Odotettu tuotantomäärä.

Katso laajemmat akun suunnittelukriteerit Litium-Ion-akun rakenne: jännite, kapasiteetti, BMS ja käyttöaika.

FAQ

Mitä eroa on sarja- ja rinnakkaisakulla?

Sarja-akku lisää jännitettä, kun taas rinnakkaisakku lisää kapasiteettia ja virtakykyä. Sarja-rinnakkaispaketti yhdistää molemmat tehosteet.

Lisääkö akkujen kytkeminen sarjaan kapasiteettia?

Normaalisti ei. Saman kapasiteetin kennojen kytkeminen sarjaan lisää jännitettä samalla kun ampeerituntikapasiteetti pysyy suunnilleen samana.

Lisääkö akkujen kytkeminen rinnan jännitettä?

Normaalisti ei. Saman jännitteen kennojen kytkeminen rinnan lisää kapasiteettia samalla kun jännite pysyy suunnilleen samana.

Mitä 2S2P tarkoittaa?

2S2P tarkoittaa kahta sarjaan kytkettyä soluryhmää, joissa kussakin ryhmässä on kaksi solua rinnakkain. Se sisältää yhteensä neljä solua.

Mikä on 2500 mAh:n soluja käyttävän 2S2P-paketin kapasiteetti?

Pakkauksen kapasiteetti on noin 5000 mAh. Jos kennojen nimellisjännite on 3,7 V, pakettijännite on noin 7,4 V.

Tarvitsevatko sarjan akut BMS:n?

Monisarjaiset litiumakut vaativat yleensä asianmukaisen suojauksen ja tasapainotuksen. Tarkka BMS-rakenne riippuu kennokemiasta, sarjamäärästä, virrasta, laturista ja sovelluksesta.

Ovatko sarja-rinnakkaisakut parempia kuin sarja- tai rinnakkaisakut?

Ei automaattisesti. Sarjan rinnakkaiskokoonpano on hyödyllinen, kun laite vaatii sekä suurempaa jännitettä että suurempaa kapasiteettia, mutta lopullinen valinta riippuu sovelluksesta ja fyysisistä rajoituksista.

Voidaanko eri akkukennoja kytkeä rinnakkain?

Kennoja ei pidä yhdistää satunnaisesti, jos ne eroavat mallin, kapasiteetin, jännitteen, sisäisen resistanssin tai kunnon osalta. Hyväksytyssä akun suunnittelussa tulee käyttää yhteensopivia ja oikein sovitettuja kennoja.

Johtopäätös

Akun konfiguroinnin perussääntö on:

Sarja lisää jännitettä.

Rinnakkais lisää kapasiteettia ja virtakapasiteettia.

Sarjan rinnakkaiskäyttö lisää sekä jännitettä että kapasiteettia.

OEM-laitteen oikean kokoonpanon on vastattava myös:

• Jännitealue;

• Kapasiteetti ja energia;

• Nykyinen kysyntä;

• Laturi;

• BMS;

• Solujen yhteensovittaminen;

• Mekaaninen tila;

• Liitin;

• Lämpötila;

• Testausvaatimukset.

Esimerkiksi:

• 2S1P tarjoaa korkeamman jännitteen;

• 1S2P tarjoaa suuremman kapasiteetin samalla kennojännitteellä;

• 2S2P tarjoaa sekä suuremman jännitteen että suuremman kapasiteetin.

Jos olet kehittämässä mukautettua akkupakettia, jaa laitteen jännite, kapasiteettitavoite, nykyinen tarve, mitat, lataustapa ja odotettu määrä ZERNE-tekniikan tiimille. ZERNE tarjoaa mukautettuja litiumakkuratkaisuja OEM- ja ODM-projekteihin ja voi auttaa arvioimaan sopivan sarja-, rinnakkais- tai sarja-rinnakkaiskokoonpanon.