Paano Kalkulahin ang Kapasidad ng Pack ng Baterya ng Lithium-Ion

Ang pagkalkula ng kapasidad ng lithium-ion na baterya pack ay nangangailangan ng higit pa kaysa sa pagdaragdag ng kapasidad na naka-print sa bawat cell.

Ang huling kapasidad ay depende sa kung paano konektado ang mga cell:

• Ang mga koneksyon sa serye ay nagpapataas ng boltahe.

• Ang mga parallel na koneksyon ay nagpapataas ng kapasidad ng amp-hour.

• Ang mga series-parallel na configuration ay nagpapataas ng boltahe at kapasidad.

Halimbawa, apat na 3.7 V, 1000 mAh na mga cell ang maaaring isaayos sa iba't ibang paraan:

• 4S1P: humigit-kumulang 14.8 V, 1000 mAh

• 2S2P: humigit-kumulang 7.4 V, 2000 mAh

• 1S4P: humigit-kumulang 3.7 V, 4000 mAh

Ang parehong bilang ng mga cell ay maaaring makabuo ng ibang mga detalye ng pack ng baterya.

Ipinapaliwanag ng gabay na ito kung paano kalkulahin ang kapasidad ng pack ng baterya ng lithium-ion sa mAh, Ah at Wh. Nililinaw din nito ang pagkakaiba sa pagitan ng na-rate na kapasidad at magagamit na kapasidad para makapaghanda ang mga inhinyero ng OEM ng mas tumpak na detalye ng baterya.

Para sa mas malawak na kaugnayan sa pagitan ng boltahe, kapasidad, BMS at runtime, tingnan Lithium-Ion Battery Pack Design: Boltahe, Kapasidad, BMS at Runtime.

Mabilis na Sagot: Paano Mo Kinakalkula ang Kapasidad ng Battery Pack?

Para sa mga katugmang cell na may parehong kapasidad:

Pack Capacity sa Ah

Kapasidad ng pack (Ah) = Kapasidad ng isang cell (Ah) × Bilang ng mga cell na magkatulad

Pack Capacity sa mAh

Kapasidad ng pack (mAh) = Kapasidad ng isang cell (mAh) × Bilang ng mga magkakatulad na pangkat ng cell

Pack Boltahe

Pack voltage (V) = Nominal cell voltage (V) × Bilang ng mga cell sa serye

Pack Energy

Pack energy (Wh) = Pack voltage (V) × Pack capacity (Ah)

Ang bilang ng mga cell na konektado sa serye ay kinakatawan ng S . Ang bilang ng mga cell na konektado sa parallel ay kinakatawan ng P.

Halimbawa:

• Ang ibig sabihin ng 2S1P ay dalawang cell sa serye at isang parallel na landas.

• Ang ibig sabihin ng 1S2P ay isang cell group sa serye at dalawang cell na magkatulad.

• Ang ibig sabihin ng 3S2P ay tatlong serye ng mga pangkat na may dalawang magkatulad na mga cell sa bawat pangkat.

1. Unawain ang Kapasidad, Boltahe at Enerhiya

Bago kalkulahin ang isang baterya pack, mahalagang makilala sa pagitan ng tatlong pangunahing halaga.

Kapasidad

Inilalarawan ng kapasidad kung gaano karaming singil sa kuryente ang maiimbak ng baterya. Ito ay karaniwang ipinahayag sa:

• Milliamp-hours, o mAh

• Amp-hours, o Ah

Ang conversion ay:

1 Ah = 1000 mAh

Ang 3000 mAh cell ay katumbas ng isang 3 Ah cell.

Boltahe

Inilalarawan ng boltahe ang potensyal na elektrikal ng baterya. Ito ay karaniwang ipinahayag sa volts.

Para sa maraming karaniwang lithium-ion at lithium-polymer na mga cell, ang nominal na boltahe ay humigit-kumulang 3.6 V o 3.7 V. Ang eksaktong halaga ay depende sa cell chemistry at detalye ng tagagawa.

Enerhiya

Pinagsasama ng enerhiya ang boltahe at kapasidad. Ito ay ipinahayag sa watt-hours.

Enerhiya (Wh) = Boltahe (V) × Kapasidad (Ah)

Ang mas mataas na rating ng mAh ay hindi palaging nangangahulugan ng mas mataas na kabuuang enerhiya kung iba ang boltahe ng baterya.

Halimbawa:

• 3.7 V × 2 Ah = 7.4 Wh

• 7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Ang dalawang pack ay may parehong amp-hour na kapasidad ngunit magkaibang enerhiya dahil magkaiba ang kanilang mga boltahe.

2. Paano Nakakaapekto ang Mga Serye na Koneksyon sa Kapasidad

Kapag ang mga cell ay konektado sa serye, ang positibong terminal ng isang cell ay kumokonekta sa negatibong terminal ng susunod na cell.

Ang mga koneksyon sa serye ay nagpapataas ng boltahe.

Para sa mga katugmang cell na konektado sa serye:

• Tumataas ang boltahe

• Ang kapasidad ng Ah ay nananatiling halos pareho

• Tumataas ang kabuuang enerhiya dahil tumataas ang boltahe

Halimbawa: 2S1P Battery Pack

Ipagpalagay na ang bawat cell ay mayroong:

• Nominal na boltahe: 3.7 V

• Kapasidad: 1000 mAh

Ang isang 2S1P pack ay naglalaman ng dalawang cell sa serye.

Pack boltahe:

3.7 V × 2 = 7.4 V

Kapasidad ng pack:

1000 mAh

Pack energy:

7.4 V × 1 Ah = 7.4 Wh

Samakatuwid, ang isang 2S1P battery pack ay tinatayang:

7.4 V, 1000 mAh, 7.4 Wh

Talaan ng Configuration ng Serye

Ito ay mga nominal na halaga batay sa 3.7 V na mga cell. Ang full-charge na boltahe ay mas mataas at dapat isaalang-alang kapag pumipili ng charger at sistema ng proteksyon.

3. Paano Nakakaapekto ang Parallel Connections sa Kapasidad

Kapag ang mga cell ay konektado sa parallel, ang kanilang mga positibong terminal ay konektado magkasama at ang kanilang mga negatibong terminal ay konektado magkasama.

Ang mga parallel na koneksyon ay nagdaragdag ng kapasidad.

Para sa mga katugmang cell na konektado nang magkatulad:

• Ang boltahe ay nananatiling halos pareho

• Ah tumataas ang kapasidad

• Maaaring tumaas ang kasalukuyang kakayahan

• Tumataas ang kabuuang enerhiya dahil tumataas ang kapasidad

Halimbawa: 1S2P Battery Pack

Ipagpalagay na ang bawat cell ay mayroong:

• Nominal na boltahe: 3.7 V

• Kapasidad: 1000 mAh

Ang isang 1S2P pack ay naglalaman ng dalawang cell na magkapareho.

Pack boltahe:

3.7 V

Kapasidad ng pack:

1000 mAh × 2 = 2000 mAh

Pack energy:

3.7 V × 2 Ah = 7.4 Wh

Samakatuwid, ang isang 1S2P battery pack ay tinatayang:

3.7 V, 2000 mAh, 7.4 Wh

Parallel Configuration Table

Ipinapalagay ng mga kalkulasyon ng parallel na kapasidad na ang mga cell ay may parehong modelo, kapasidad, kondisyon at mga katangiang elektrikal.

4. Paano Magkalkula ng Series-Parallel Battery Pack

Pinagsasama ng series-parallel na battery pack ang parehong paraan ng koneksyon.

Ang mga pangkalahatang formula ay:

Boltahe ng pack = Boltahe ng cell × S

Kapasidad ng pack = Kapasidad ng cell × P

Kabuuang bilang ng cell = S × P

saan:

• S = bilang ng mga cell sa serye

• P = bilang ng mga cell na magkatulad

Halimbawa: 2S2P Battery Pack

Ipagpalagay na ang bawat cell ay mayroong:

• Nominal na boltahe: 3.7 V

• Kapasidad: 1000 mAh

Para sa isang 2S2P pack:

Pack boltahe:

3.7 V × 2 = 7.4 V

Kapasidad ng pack:

1000 mAh × 2 = 2000 mAh

Kabuuang bilang ng mga cell:

2 × 2 = 4 na cell

Pack energy:

7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Ang resulta ay:

7.4 V, 2000 mAh, 14.8 Wh

Halimbawa: 3S2P Battery Pack

Gamit ang parehong 3.7 V, 1000 mAh na mga cell:

Pack boltahe:

3.7 V × 3 = 11.1 V

Kapasidad ng pack:

1000 mAh × 2 = 2000 mAh

Kabuuang bilang ng mga cell:

3 × 2 = 6 na cell

Pack energy:

11.1 V × 2 Ah = 22.2 Wh

Ang resulta ay:

11.1 V, 2000 mAh, 22.2 Wh

Para sa mas malawak na paliwanag kung paano nakakaapekto ang mga configuration na ito sa compatibility ng device, tingnan Serye vs. Parallel Battery Pack.

5. Paano Kalkulahin ang Kinakailangang Parallel Count

Kung alam ang target na kapasidad at indibidwal na kapasidad ng cell, ang kinakailangang bilang ng mga parallel na cell ay maaaring tantiyahin sa:

Parallel count = Target pack capacity ÷ Cell capacity

Halimbawa: 7.4 V, 3000 mAh Target

Ipagpalagay na:

• Target na nominal na boltahe: 7.4 V

• Target na kapasidad: 3000 mAh

• Nominal na boltahe ng cell: 3.7 V

• Kapasidad ng cell: 1500 mAh

Hakbang 1: Tukuyin ang bilang ng serye.

7.4 V ÷ 3.7 V = 2S

Hakbang 2: Tukuyin ang parallel na bilang.

3000 mAh ÷ 1500 mAh = 2P

Ang paunang pagsasaayos ay:

2S2P

Kabuuang bilang ng mga cell:

2 × 2 = 4 na cell

Halimbawa: 11.1 V, 5000 mAh Target

Ipagpalagay na:

• Target na nominal na boltahe: 11.1 V

• Target na kapasidad: 5000 mAh

• Nominal na boltahe ng cell: 3.7 V

• Kapasidad ng cell: 2500 mAh

Bilang ng serye:

11.1 V ÷ 3.7 V = 3S

Parallel count:

5000 mAh ÷ 2500 mAh = 2P

Ang paunang pagsasaayos ay:

3S2P

Kabuuang bilang ng mga cell:

3 × 2 = 6 na cell

Ang pagkalkulang ito ay nagbibigay ng paunang pagsasaayos. Ang panghuling disenyo ay kailangan pa ring i-verify ang kasalukuyang pangangailangan, magagamit na espasyo, kakayahan sa paglabas ng cell, mga kinakailangan sa proteksyon at pagiging posible sa produksyon.

6. Paano Kalkulahin ang Battery Pack Energy sa Wh

Ang kapasidad ng amp-hour ay kapaki-pakinabang para sa paghahambing ng mga baterya na may parehong boltahe. Ang mga watt-hour ay mas kapaki-pakinabang kapag naghahambing ng mga pack na may iba't ibang antas ng boltahe.

Ang formula ay:

Enerhiya ng pack (Wh) = Nominal na boltahe ng pack (V) × Kapasidad ng pack (Ah)

Halimbawang Paghahambing

Ang halaga ng mAh ay pareho sa halimbawang ito, ngunit ang kabuuang enerhiya ay nagbabago sa boltahe.

Ito ang dahilan kung bakit hindi dapat ihambing ng mga OEM team ang mga pack ng baterya gamit ang mAh lamang. Kapag nag-iba ang boltahe, ihambing din ang watt-hours.

7. Na-rate na Kapasidad kumpara sa Nagagamit na Kapasidad

Ang kapasidad na naka-print sa isang baterya ay karaniwang isang rate o nominal na kapasidad na sinusukat sa ilalim ng tinukoy na mga kondisyon ng pagsubok.

Ang aktwal na kapasidad na magagamit ay maaaring mas mababa dahil sa:

• Kasalukuyang naglalabas

• Cutoff na boltahe

• Temperatura

• Pagtanda ng cell

• Panloob na pagtutol

• Mga limitasyon sa proteksyon ng BMS

• Pag-convert ng kapangyarihan ng device

• Kinakailangang reserbang buhay-serbisyo

Ang isang simpleng formula ng konsepto ay:

Nagagamit na kapasidad ≈ Na-rate na kapasidad × Naaangkop na derating factor

Ang derating factor ay hindi isang unibersal na numero. Dapat itong maitatag ayon sa datasheet ng cell, mga kondisyon sa paglabas at mga kinakailangan sa aplikasyon.

Halimbawa, ang isang 2000 mAh pack ay maaaring hindi maghatid ng eksaktong 2000 mAh sa bawat application kung:

• Ang pagkarga ay mataas;

• Huminto ang aparato bago maabot ng cell ang pinakamababang boltahe nito;

• Ang temperatura ay mababa;

• Ang pack ay may edad na;

• Dinidiskonekta ng BMS ang load para sa proteksyon.

Samakatuwid, ang pack ay dapat na tinukoy sa pareho:

• Na-rate na kapasidad

• Kinakailangan ang kakayahang magamit sa ilalim ng tinukoy na mga kondisyon

8. Bakit Mahalaga ang Cell Matching

Ipinapalagay ng pangunahing formula ng kapasidad na ang lahat ng mga cell ay tugma.

Ang mga cell na ginamit sa parehong pack ay dapat magkatugma sa mga tuntunin ng:

• Kapasidad

• Boltahe

• Panloob na pagtutol

• Modelo ng cell

• Batch ng produksyon

• Kalagayan ng pagtanda

• Estado ng pagsingil

Kung ang mga cell ay may makabuluhang magkakaibang mga katangian, ang pinakamahinang cell ay maaaring maabot ang limitasyon ng boltahe nito nang mas maaga kaysa sa iba. Maaari nitong bawasan ang magagamit na kapasidad ng kumpletong pack at mapataas ang mga kinakailangan sa pagbabalanse.

Para sa mas malalim na talakayan ng hindi pagkakapare-pareho ng cell, tingnan ang Bakit Nagiging Pabagu-bago ang Mga Lithium-Ion Battery Pack at Ano ang Dapat Gawin.

Sa isang detalye ng OEM, mas mabuting tukuyin ang kinakailangang modelo ng cell at pagtutugma ng mga kinakailangan sa halip na sabihin lamang ang target na kapasidad ng baterya.

9. Paano Nakakaapekto ang Kapasidad ng Cell sa Laki ng Pack

Maaaring bawasan ng mas mataas na kapasidad na cell ang bilang ng mga parallel na cell na kailangan, ngunit maaari rin itong pisikal na mas malaki o may iba't ibang katangian ng discharge.

Dapat suriin ng mga inhinyero ng OEM:

• Mga sukat ng cell

• Layout ng pack

• Magagamit na espasyo

• Target na kapasidad

• Kasalukuyang demand

• Timbang

• Mga kondisyon ng init

• Ang pagkakaroon ng cell

Halimbawa, ang 3000 mAh cell ay maaaring magbigay ng mas maliit na parallel count kaysa sa 1500 mAh cell. Gayunpaman, kung ang 3000 mAh cell ay masyadong malaki o hindi matugunan ang kinakailangang kasalukuyang, maaaring hindi ito ang pinakamahusay na pagpipilian.

Samakatuwid, ang pagkalkula ng kapasidad ay dapat na pinagsama sa mekanikal at elektrikal na pagsusuri sa pagiging posible.

10. Halimbawa ng Pagkalkula ng Kapasidad para sa Custom na OEM Pack

Ipagpalagay na ang isang OEM device ay nangangailangan ng:

• Nominal na boltahe: humigit-kumulang 7.4 V

• Target na kapasidad: 4000 mAh

• Nominal na boltahe ng cell: 3.7 V

• Kapasidad ng cell: 2000 mAh

Hakbang 1: Kalkulahin ang bilang ng serye.

7.4 V ÷ 3.7 V = 2S

Hakbang 2: Kalkulahin ang parallel na bilang.

4000 mAh ÷ 2000 mAh = 2P

Hakbang 3: Kalkulahin ang kabuuang bilang ng cell.

2S × 2P = 4 na cell

Hakbang 4: Kalkulahin ang nominal na enerhiya.

7.4 V × 4 Ah = 29.6 Wh

Ang paunang detalye ng pack ay:

2S2P, 7.4 V nominal, 4000 mAh, humigit-kumulang 29.6 Wh

Bago maaprubahan ang configuration na ito, dapat i-verify ng OEM at manufacturer ng baterya ang:

• Kung ang mga cell ay maaaring magbigay ng kinakailangang kasalukuyang;

• Kung ang pack ay umaangkop sa magagamit na espasyo;

• Kung kinakailangan ang isang BMS na may pagbabalanse;

• Kung tugma ang charger;

• Kung sinusuportahan ng konektor at mga kable ang pagkarga;

• Kung ang target na kapasidad ay sinusukat sa ilalim ng mga kinakailangang kondisyon ng pagsubok.

11. Mga Karaniwang Pagkakamali sa Pagkalkula ng Kapasidad ng Battery Pack

Pagkakamali 1: Pagdaragdag ng Kapasidad sa Serye

Ang 2S1P pack na ginawa mula sa dalawang 1000 mAh cell ay hindi isang 2000 mAh pack. Ito ay humigit-kumulang 7.4 V at 1000 mAh.

Pagkakamali 2: Pagbabalewala sa Parallel Count

Kung ang pack ay gumagamit ng maraming parallel path, ang kapasidad ay dapat na i-multiply sa bilang ng mga parallel na cell.

Pagkakamali 3: Paghahambing ng mAh Nang Walang Paghahambing ng Boltahe

Ang isang 2000 mAh pack sa 3.7 V at isang 2000 mAh pack sa 7.4 V ay hindi naglalaman ng parehong dami ng enerhiya.

Pagkakamali 4: Paggamit ng Full-Charge Voltage para sa Pagkalkula ng Enerhiya

Ang nominal na enerhiya ay karaniwang kinakalkula gamit ang nominal na boltahe, hindi ang pinakamataas na boltahe sa pagsingil.

Pagkakamali 5: Ipagpalagay na Ang Na-rate na Kapasidad ay Katumbas ng Nagagamit na Kapasidad

Ang aktwal na magagamit na kapasidad ay depende sa kasalukuyang, temperatura, cutoff na boltahe, pagtanda at mga setting ng proteksyon.

Pagkakamali 6: Paghahalo ng Iba't Ibang Modelo ng Cell

Ang mga cell na may iba't ibang kapasidad, panloob na resistensya o mga kondisyon ng pagtanda ay hindi dapat pagsamahin nang basta-basta sa parehong pack.

Pagkakamali 7: Pagbabalewala sa Demand ng Power ng Device

Ang pagkalkula ng kapasidad lamang ay hindi tumutukoy sa runtime. Ang oras ng pagpapatakbo ay nakasalalay din sa kapangyarihan ng device at kahusayan ng system.

Para sa hiwalay na paraan ng pagkalkula ng runtime, tingnan Paano Kalkulahin ang Runtime para sa Lithium Battery Pack.

12. Checklist ng Pagkalkula ng Kapasidad para sa mga Mamimili ng OEM

Bago humiling ng panipi sa battery pack, kumpirmahin:

• Target na nominal na boltahe

• Minimum at maximum na boltahe ng device

• Target na kapasidad sa mAh o Ah

• Kinakailangang magagamit na enerhiya sa Wh

• Nominal na boltahe ng cell

• Ang kapasidad ng cell rate

• Kinakailangang bilang ng serye

• Kinakailangan ang parallel count

• Kabuuang bilang ng cell

• Patuloy na kasalukuyang

• Pinakamataas na kasalukuyang

• Temperatura ng pagpapatakbo

• Magagamit na espasyo ng baterya

• Paraan ng pagsingil

• Mga kinakailangan sa BMS o proteksyon

• Mga kondisyon ng pagsubok sa kapasidad

• Inaasahang runtime

• Prototype at dami ng produksyon

Ang bilang ng kapasidad ay dapat palaging konektado sa isang tinukoy na kondisyon ng pagsubok. Ang isang quotation na nagsasaad lamang ng '4000 mAh battery pack' ay hindi kumpleto maliban kung tinutukoy din ng supplier ang boltahe, modelo ng cell, configuration at mga kondisyon ng pagsukat.

FAQ

Paano ko makalkula ang kapasidad ng pack ng baterya ng lithium-ion?

I-multiply ang kapasidad ng isang cell sa bilang ng mga cell na konektado sa parallel. Halimbawa, ang apat na 1000 mAh cell sa isang 2S2P configuration ay nagbibigay ng humigit-kumulang 2000 mAh na kapasidad.

Pinapataas ba ng isang serye na koneksyon ang kapasidad ng baterya?

Hindi. Ang isang serye na koneksyon ay nagpapataas ng boltahe. Ang kapasidad ng amp-hour ay karaniwang nananatiling humigit-kumulang katumbas ng kapasidad ng isang parallel na grupo.

Ang parallel connection ba ay nagpapataas ng kapasidad ng baterya?

Oo. Ang isang parallel na koneksyon ay nagdaragdag sa kapasidad ng amp-hour ayon sa bilang ng mga parallel na cell.

Ano ang kapasidad ng isang 2S2P battery pack?

Kung ang bawat cell ay na-rate sa 3.7 V at 1000 mAh, ang isang 2S2P pack ay humigit-kumulang 7.4 V at 2000 mAh, na may apat na kabuuang cell.

Paano ko kalkulahin ang watt-hours ng battery pack?

I-multiply ang nominal pack voltage sa kapasidad sa amp-hours. Ang isang 7.4 V, 2 Ah pack ay naglalaman ng humigit-kumulang 14.8 Wh ng nominal na enerhiya.

Ang 3.7 V, 2000 mAh na baterya ba ay pareho sa isang 7.4 V, 2000 mAh na baterya?

Hindi. Ang 7.4 V, 2000 mAh pack ay naglalaman ng humigit-kumulang dalawang beses sa nominal na enerhiya ng 3.7 V, 2000 mAh pack.

Bakit mas mababa ang aktwal na kapasidad ng baterya kaysa sa na-rate na halaga?

Ang resulta ay maaaring maapektuhan ng discharge current, temperatura, cutoff voltage, cell aging, internal resistance, mga setting ng BMS at mga kondisyon ng pagsukat.

Ilang cell ang kailangan ko para sa isang custom na battery pack?

Ang kabuuang bilang ng cell ay:

Kabuuang mga cell = Bilang ng serye × Parallel na bilang

Ang huling bilang ay dapat ding matugunan ang boltahe, kapasidad, kasalukuyang, sukat, timbang at mga kinakailangan sa proteksyon.

Konklusyon

Ang pagkalkula ng kapasidad ng pack ng baterya ng lithium-ion ay nagsisimula sa pag-unawa sa pagkakaiba sa pagitan ng mga serye at parallel na koneksyon.

Ang mga pangunahing formula ay:

Boltahe ng pack = Boltahe ng cell × Bilang ng serye

Kapasidad ng pack = Kapasidad ng cell × Parallel na bilang

Kabuuang mga cell = Bilang ng serye × Parallel na bilang

Pack energy = Pack voltage × Pack capacity sa Ah

Halimbawa, gamit ang 3.7 V, 1000 mAh na mga cell:

• 1S1P = 3.7 V, 1000 mAh

• 2S1P = 7.4 V, 1000 mAh

• 1S2P = 3.7 V, 2000 mAh

• 2S2P = 7.4 V, 2000 mAh

Ang mga kalkulasyong ito ay nagbibigay ng panimulang punto para sa disenyo ng battery pack. Ang panghuling baterya ay dapat pa ring suriin para sa kasalukuyang pangangailangan, pagtutugma ng cell, kapasidad na magagamit, mga kinakailangan sa BMS, mekanikal na fit, compatibility sa pagsingil at pagiging posible sa produksyon.

Kung gumagawa ka ng custom na lithium-ion na baterya pack, ibahagi ang target na boltahe, kapasidad, kasalukuyang demand, available na espasyo, kinakailangan sa runtime at inaasahang dami sa teknikal na koponan ng ZERNE. Nagbibigay ang ZERNE ng mga custom na solusyon sa lithium battery pack para sa mga proyekto ng OEM at ODM at maaaring makatulong na i-convert ang paunang target na kapasidad sa isang praktikal na configuration ng baterya.