Paket Baterai Seri vs. Paralel: Konfigurasi Mana yang Sesuai dengan Perangkat OEM?

Cara sel litium-ion dihubungkan menentukan perilaku kelistrikan dasar baterai.

• Koneksi seri meningkatkan tegangan.

• Koneksi paralel meningkatkan kapasitas dan kemampuan saat ini.

• Konfigurasi seri-paralel meningkatkan tegangan dan kapasitas secara bersamaan.

Untuk perangkat OEM, konfigurasi paket baterai yang benar harus sesuai:

• Kisaran tegangan perangkat

• Kapasitas yang dibutuhkan

• Arus kontinu dan puncak

• Target waktu proses

• Desain pengisi daya

• Persyaratan BMS atau PCM

• Ruang instalasi yang tersedia

• Batas berat dan termal

• Persyaratan produksi dan pengujian

Oleh karena itu, memilih antara seri dan paralel bukan hanya perhitungan kelistrikan. Ini adalah keputusan desain tingkat sistem.

Jawaban Cepat: Paket Baterai Seri vs. Paralel

Misalnya, menggunakan sel 3,7 V, 2500 mAh:

• 2S1P = 7,4V, 2500mAh

• 1S2P = 3,7V, 5000mAh

• 2S2P = 7,4V, 5000mAh

Konfigurasi yang tepat bergantung pada tegangan target, kapasitas, arus, dan desain mekanis.

1. Apa Arti 'S' dan 'P'?

Konfigurasi paket baterai biasanya ditulis menggunakan huruf S dan P.

S Berarti Seri

Angka sebelum S menunjukkan jumlah sel atau kelompok sel yang dihubungkan secara seri.

Contoh:

• 1S: satu kelompok sel secara seri

• 2S: dua kelompok sel secara seri

• 3S: tiga kelompok sel secara seri

• 4S: empat kelompok sel secara seri

Koneksi seri meningkatkan tegangan.

P Berarti Paralel

Angka sebelum P menunjukkan jumlah sel yang terhubung secara paralel dalam setiap kelompok seri.

Contoh:

• 1P: satu sel di setiap grup paralel

• 2P: dua sel secara paralel

• 3P: tiga sel secara paralel

• 4P: empat sel secara paralel

Koneksi paralel meningkatkan kapasitas dan kemampuan saat ini.

Jumlah Sel Total

Jumlah selnya adalah:

Jumlah sel = S × P

Misalnya:

• 2S1P = 2 sel

• 1S2P = 2 sel

• 2S2P = 4 sel

• 3S2P = 6 sel

2. Cara Kerja Paket Baterai Seri

Sel-sel yang dihubungkan secara seri dihubungkan ujung ke ujung. Terminal positif suatu sel terhubung ke terminal negatif sel berikutnya.

Untuk sel yang cocok secara seri:

Tegangan paket = Tegangan sel × Jumlah sel secara seri

Kapasitas amp-jam tetap kira-kira sama dengan kapasitas satu sel atau satu grup paralel.

Contoh: Paket 2S1P

Asumsikan setiap sel memiliki:

• Tegangan nominal: 3,7V

• Kapasitas: 2500mAh

Paket 2S1P menyediakan:

• Tegangan: 3,7 V × 2 = 7,4 V

• Kapasitas: 2500mAh

• Energi: 7,4 V × 2,5 Ah = 18,5 Wh

Hasilnya adalah:

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

Contoh: Paket 3S1P

Menggunakan sel yang sama:

• Tegangan: 3,7 V × 3 = 11,1 V

• Kapasitas: 2500mAh

• Energi: 11,1 V × 2,5 Ah = 27,75 Wh

Hasilnya adalah:

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

Konfigurasi seri cocok bila perangkat atau sistem tenaga memerlukan tegangan nominal yang lebih tinggi.

3. Cara Kerja Paket Baterai Paralel

Sel-sel yang terhubung secara paralel memiliki terminal positif yang terhubung bersama dan terminal negatif terhubung bersama.

Untuk sel yang cocok secara paralel:

Kapasitas paket = Kapasitas sel × Jumlah sel secara paralel

Tegangannya tetap kira-kira sama dengan tegangan satu sel atau satu kelompok seri.

Contoh: Paket 1S2P

Asumsikan setiap sel memiliki:

• Tegangan nominal: 3,7V

• Kapasitas: 2500mAh

Paket 1S2P menyediakan:

• Tegangan: 3,7V

• Kapasitas: 2500mAh × 2 = 5000mAh

• Energi: 3,7 V × 5 Ah = 18,5 Wh

Hasilnya adalah:

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

Konfigurasi paralel cocok bila perangkat beroperasi pada voltase yang sama dengan satu sel atau grup seri namun memerlukan kapasitas lebih besar, waktu pengoperasian lebih lama, atau kemampuan arus lebih tinggi.

4. Seri vs. Paralel: Apa Perubahannya?

Rumus kapasitas terperinci tercakup dalam Cara Menghitung Kapasitas Baterai Lithium-Ion.

5. Apa Itu Baterai Seri-Paralel?

Kebanyakan paket baterai OEM khusus menggunakan kombinasi koneksi seri dan paralel.

Paket seri-paralel menggunakan:

• Koneksi seri untuk mencapai tegangan yang dibutuhkan;

• Koneksi paralel untuk mencapai kapasitas dan kemampuan saat ini yang dibutuhkan.

Contoh: Paket 2S2P

Menggunakan empat sel 3,7 V, 2500 mAh:

• Jumlah seri: 2

• Hitungan paralel: 2

• Jumlah sel: 4

• Tegangan nominal: 7,4 V

• Kapasitas: 5000mAh

• Energi: 37 Jam

Perhitungan:

3,7 V × 2 = 7,4 V

2500mAh × 2 = 5000mAh

7,4V × 5Ah = 37Wh

Hasilnya adalah:

7,4V, 5000mAh, 37Wh

Konfigurasi 2S2P mungkin sesuai untuk perangkat OEM yang memerlukan platform 7,4 V dan lebih banyak energi daripada yang dapat disediakan oleh paket 2S1P.

6. Perbandingan Praktis Menggunakan Dua Sel yang Sama

Menggunakan dua sel identik 3,7 V, 2500 mAh, sel-sel tersebut dapat dihubungkan dengan cara yang berbeda.

Kedua konfigurasi tersebut mengandung energi nominal yang kurang lebih sama karena menggunakan dua sel yang sama. Namun, keduanya tidak dapat dipertukarkan.

Perangkat harus dirancang untuk:

• Tegangan masukan;

• Tegangan pengisian;

• Saat ini;

• PASI;

• Konektor;

• Tata letak mekanis.

Ini adalah poin penting untuk desain OEM: dua paket baterai dapat memiliki watt-jam yang sama namun tetap tidak cocok untuk produk yang sama.

7. Kapan Perangkat OEM Harus Menggunakan Konfigurasi Seri?

Konfigurasi seri umumnya dipertimbangkan ketika perangkat memerlukan tegangan lebih tinggi daripada yang dapat disediakan oleh satu sel.

Alasan umum meliputi:

• Motor atau sistem tenaga memerlukan tegangan yang lebih tinggi;

• Tegangan yang lebih tinggi dapat mengurangi arus pada tingkat daya tertentu;

• Perangkat sudah menggunakan arsitektur kelistrikan 2S, 3S atau 4S;

• Input tegangan yang lebih tinggi diperlukan untuk konverter atau pengontrol motor;

• Komponen sistem yang tersedia dirancang untuk platform tegangan tertentu.

Untuk beban dengan daya konstan:

Arus = Daya ÷ Tegangan

Pada daya yang sama, tegangan baterai yang lebih tinggi dapat mengurangi arus yang diambil dari paket. Hal ini dapat mempengaruhi ukuran konduktor, pemilihan konektor, dan desain manajemen daya.

Namun, tegangan yang lebih tinggi tidak secara otomatis berarti kinerja yang lebih baik. Perangkat elektronik, pengisi daya, insulasi, BMS, dan pengontrol motor semuanya harus mendukung voltase yang dipilih.

Untuk perbandingan level tegangan praktis, lihat Paket Baterai 7.4V vs. 11.1V vs. 14.8V.

8. Kapan Perangkat OEM Harus Menggunakan Konfigurasi Paralel?

Konfigurasi paralel umumnya dipertimbangkan ketika perangkat memerlukan kapasitas lebih besar atau arus lebih tinggi pada tegangan nominal yang sama.

Alasan umum meliputi:

• Waktu proses yang dibutuhkan lebih lama;

• Arus kontinu yang lebih tinggi;

• Permintaan arus pendek yang tinggi;

• Lebih banyak energi dalam platform tegangan yang sama;

• Penggunaan sel dengan kapasitas individu terbatas;

• Perlu mendistribusikan arus ke beberapa sel.

Sel paralel dapat berbagi arus, namun desainnya tetap harus mempertimbangkan:

• Pencocokan sel;

• Distribusi saat ini;

• Resistensi koneksi;

• Suhu sel;

• kualitas pengelasan;

• BMS atau desain proteksi;

• Dukungan mekanis.

Sel paralel tidak boleh dianggap identik secara otomatis. Perbedaan resistensi internal atau status pengisian daya dapat memengaruhi pembagian saat ini dan konsistensi paket jangka panjang.

9. Persyaratan Pencocokan Sel

Paket baterai seri dan paralel keduanya memerlukan sel yang kompatibel.

Sel yang digunakan dalam paket yang sama harus disesuaikan dengan karakteristik yang relevan seperti:

• Model;

• Kapasitas nominal;

• Voltase;

• Resistensi internal;

• Kelompok produksi;

• Kondisi penuaan;

• Riwayat suhu.

Mengapa Pencocokan Penting dalam Paket Seri

Dalam paket seri, sel terlemah dapat mencapai batas tegangan atas atau bawah sebelum sel lainnya. Hal ini dapat mengurangi kapasitas paket yang dapat digunakan dan menyebabkan penghentian perlindungan dini.

Mengapa Pencocokan Penting dalam Paket Paralel

Dalam kelompok paralel, sel-sel dengan tegangan atau resistansi internal berbeda mungkin tidak membagi arus secara merata. Satu sel mungkin membawa lebih banyak beban atau menerima lebih banyak arus pengisian dibandingkan sel lainnya.

Untuk informasi lebih lanjut tentang inkonsistensi paket dan perbedaan sel, lihat Mengapa Paket Baterai Lithium-Ion Menjadi Tidak Konsisten dan Apa yang Harus Dilakukan.

10. Persyaratan PASI untuk Paket Seri dan Paralel

Sistem manajemen baterai harus sesuai dengan konfigurasi paket.

Paket Seri

Paket dengan banyak sel secara seri umumnya memerlukan pemantauan kelompok sel individual.

BMS mungkin perlu menyediakan:

• Pemantauan tegangan sel;

• Penyeimbangan sel;

• Perlindungan harga yang berlebihan;

• Perlindungan pelepasan berlebih;

• Perlindungan arus lebih;

• Perlindungan hubung singkat;

• Pemantauan suhu.

Seiring bertambahnya jumlah seri, BMS harus dirancang untuk jumlah sel yang sesuai.

Paket Paralel

Sel paralel mungkin berbagi titik pengukuran tegangan yang sama, namun BMS atau sistem proteksi tetap perlu memperhitungkan:

• Jumlah arus;

• Pencocokan sel;

• Suhu;

• Perilaku pengisian daya;

• Resistensi koneksi;

• Kondisi kesalahan.

Paket Seri-Paralel

Paket seri-paralel biasanya memerlukan BMS untuk memantau setiap grup seri sambil mengelola total arus paket.

BMS harus dipilih selama tahap desain baterai, bukan ditambahkan setelah konfigurasi sel diselesaikan.

11. Persyaratan Pengisian

Konfigurasi seri dan paralel memerlukan pertimbangan pengisian daya yang berbeda.

Pengisian Seri

Pengisi daya harus mendukung tegangan seri total.

Misalnya:

• Paket 1S: pengisi daya dirancang untuk satu sel;

• Paket 2S: pengisi daya yang dirancang untuk baterai 2S;

• Paket 3S: pengisi daya yang dirancang untuk baterai 3S;

• Paket 4S: pengisi daya yang dirancang untuk baterai 4S.

Pengisi daya yang dirancang untuk satu sel tidak boleh digunakan secara langsung dengan paket multi-seri.

Pengisian Paralel

Paket paralel masih menggunakan tegangan satu sel atau satu grup seri, namun sistem pengisian mungkin perlu menyuplai lebih banyak arus atau menerima waktu pengisian yang lebih lama.

Pengisian Seri-Paralel

Sistem pengisian daya harus cocok dengan keduanya:

• Tegangan seri total;

• Kapasitas paket dan persyaratan arus pengisian.

Pengisi daya, baterai, dan BMS harus diuji sebagai satu sistem.

12. Cocokkan Konfigurasi dengan Perangkat OEM

Konfigurasi yang benar bergantung pada kebutuhan sebenarnya perangkat.

Ini hanyalah panduan seleksi awal. Konfigurasi akhir juga harus diperiksa terhadap permintaan, dimensi, pengisian daya, suhu, dan persyaratan produksi saat ini.

13. Contoh OEM: Memilih Konfigurasi untuk Perangkat 7,4 V

Asumsikan produk OEM memerlukan:

• Tegangan nominal: sekitar 7,4 V;

• Kapasitas sasaran: 5000 mAh;

• Arus kontinu: sedang;

• Kompartemen baterai persegi panjang yang ringkas;

• Operasi isi ulang;

• Pemantauan tingkat sel.

Konfigurasi awal dapat berupa:

2S2P menggunakan sel 3,7 V, 2500 mAh

Perhitungan:

• Tegangan: 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• Kapasitas: 2500mAh × 2 = 5000mAh;

• Jumlah sel: 2 × 2 = 4 sel;

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

Tim desain kemudian harus mengkonfirmasi:

• Apakah rentang tegangan 2S kompatibel dengan perangkat;

• Apakah BMS 2S dengan penyeimbang diperlukan;

• Apakah sel dapat mendukung arus;

• Apakah pengisi daya dirancang untuk 2S;

• Apakah kemasannya sesuai dengan penutupnya;

• Apakah konektor mendukung arus yang dibutuhkan;

• Apakah baterai lolos pengujian yang direncanakan.

ZERNE Halaman paket baterai litium 7,4V dapat digunakan sebagai referensi tingkat produk untuk konfigurasi paket baterai 2S, sedangkan desain khusus harus dievaluasi berdasarkan perangkat OEM sebenarnya.

14. Contoh Konfigurasi untuk Perangkat Tegangan Tinggi

Asumsikan produk OEM lain memerlukan:

• Tegangan nominal: sekitar 11,1 V;

• Kapasitas: 5000mAh;

• Output stabil selama operasi berkelanjutan.

Konfigurasi awal dapat berupa:

3S2P menggunakan sel 3,7 V, 2500 mAh

Perhitungan:

• Tegangan: 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• Kapasitas: 2500mAh × 2 = 5000mAh;

• Jumlah sel: 3 × 2 = 6 sel;

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

Paket 11,1 V memerlukan pengisi daya dan BMS yang dirancang untuk konfigurasi 3S.

Untuk referensi produk yang sudah ada, lihat ZERNE's Halaman paket baterai lithium 11.1V.

15. Pertimbangan Desain Mekanis

Koneksi seri dan paralel juga mempengaruhi tata letak paket fisik.

Perancang harus mempertimbangkan:

• Orientasi sel;

• Jarak sel;

• Titik pengelasan;

• Busbar atau konduktor;

• Isolasi;

• lokasi PASI;

• Perutean kabel;

• Posisi konektor;

• Dimensi perumahan;

• Pembuangan panas;

• Titik pemasangan;

• Getaran dan dampak.

Konfigurasi yang benar secara kelistrikan mungkin masih tidak sesuai jika tidak sesuai dengan enklosur yang tersedia.

Untuk kemasan sel berbentuk silinder, susunan sel dapat mempengaruhi lebar, panjang dan tinggi kemasan. Untuk paket sel kantong, lokasi tab seri dan paralel dapat mempengaruhi tata letak internal dan pintu keluar kabel.

Jarak bebas kompartemen baterai yang terperinci, tunjangan kompresi dan pembengkakan harus ditangani secara terpisah dalam Desain Kompartemen Baterai LiPo: Jarak Bebas & Pembengkakan.

16. Kesalahan Umum Desain Seri dan Paralel

Kesalahan 1: Mengasumsikan Seri Menambah mAh

Koneksi seri meningkatkan tegangan, biasanya bukan kapasitas amp-jam.

Kesalahan 2: Mengasumsikan Peningkatan Tegangan Paralel

Sel paralel mempertahankan tegangan yang kira-kira sama dengan satu sel atau satu kelompok seri.

Kesalahan 3: Menggunakan Pengisi Daya untuk Hitungan Seri yang Salah

Pengisi daya untuk paket 1S tidak cocok untuk paket 2S, 3S, atau 4S.

Kesalahan 4: Menghubungkan Sel yang Tidak Cocok

Kapasitas, ketahanan, atau kondisi penuaan yang berbeda dapat mengurangi konsistensi kemasan dan kinerja yang dapat digunakan.

Kesalahan 5: Memilih BMS Setelah Tata Letak Paket

Jumlah rangkaian, permintaan saat ini, dan kebutuhan komunikasi harus diketahui sebelum BMS dipilih.

Kesalahan 6: Membandingkan Hanya mAh

Paket 3,7 V, 5000 mAh dan paket 7,4 V, 5000 mAh tidak mengandung jumlah energi yang sama.

Kesalahan 7: Mengabaikan Arus Puncak

Konfigurasinya harus mendukung permintaan puncak perangkat, bukan hanya arus rata-ratanya.

17. Daftar Periksa Paket Baterai Seri dan Paralel

Sebelum menyetujui konfigurasi baterai, konfirmasikan:

• Tegangan nominal perangkat;

• Tegangan minimum dan maksimum perangkat;

• Kapasitas sasaran;

• Arus kontinu;

• Arus puncak;

• Jumlah seri yang diperlukan;

• Hitungan paralel yang diperlukan;

• Model dan kapasitas sel;

• Jumlah sel total;

• Persyaratan pencocokan sel;

• Struktur BMS atau PCM;

• Kompatibilitas pengisi daya;

• Peringkat konektor dan kabel;

• Kesesuaian mekanis;

• Kondisi suhu;

• Target waktu proses;

• Persyaratan pengujian;

• Volume produksi yang diharapkan.

Untuk kriteria desain baterai yang lebih luas, lihat Desain Paket Baterai Lithium-Ion: Tegangan, Kapasitas, BMS, dan Waktu Kerja.

Pertanyaan Umum

Apa perbedaan antara baterai seri dan paralel?

Paket baterai seri meningkatkan tegangan, sedangkan paket baterai paralel meningkatkan kapasitas dan kemampuan arus. Paket seri-paralel menggabungkan kedua efek.

Apakah menghubungkan baterai secara seri meningkatkan kapasitas?

Biasanya, tidak. Menghubungkan sel berkapasitas sama secara seri akan meningkatkan tegangan sementara kapasitas amp-jam tetap kurang lebih sama.

Apakah menghubungkan baterai secara paralel meningkatkan tegangan?

Biasanya, tidak. Menghubungkan sel-sel bertegangan sama secara paralel meningkatkan kapasitas sambil mempertahankan tegangan yang kira-kira sama.

Apa yang dimaksud dengan 2S2P?

2S2P berarti dua kelompok sel yang dihubungkan secara seri, dengan dua sel dihubungkan secara paralel di setiap kelompok. Ini berisi total empat sel.

Berapa kapasitas paket 2S2P yang menggunakan sel 2500 mAh?

Kapasitas paketnya sekitar 5000 mAh. Jika sel mempunyai tegangan nominal 3,7 V, tegangan paket kira-kira 7,4 V.

Apakah paket baterai seri memerlukan BMS?

Paket baterai lithium multi-seri umumnya memerlukan perlindungan dan keseimbangan yang tepat. Struktur BMS yang tepat bergantung pada kimia sel, jumlah seri, arus, pengisi daya, dan aplikasi.

Apakah baterai seri-paralel lebih baik daripada baterai seri-saja atau paralel saja?

Tidak secara otomatis. Konfigurasi seri-paralel berguna ketika perangkat memerlukan tegangan dan kapasitas yang lebih tinggi, namun pilihan akhir bergantung pada aplikasi dan kendala fisik.

Bisakah sel baterai yang berbeda dihubungkan secara paralel?

Sel tidak boleh disambungkan secara sembarangan jika model, kapasitas, voltase, resistansi internal, atau kondisinya berbeda. Desain baterai yang memenuhi syarat harus menggunakan sel yang kompatibel dan cocok.

Kesimpulan

Aturan dasar untuk konfigurasi paket baterai adalah:

Seri meningkatkan tegangan.

Secara paralel meningkatkan kapasitas dan kemampuan saat ini.

Seri-paralel meningkatkan tegangan dan kapasitas.

Untuk perangkat OEM, konfigurasi yang benar juga harus cocok:

• Rentang tegangan;

• Kapasitas dan energi;

• Permintaan saat ini;

• pengisi daya;

• PASI;

• Pencocokan sel;

• Ruang mekanis;

• Konektor;

• Suhu;

• Persyaratan pengujian.

Misalnya:

• 2S1P memberikan tegangan lebih tinggi;

• 1S2P memberikan kapasitas lebih tinggi pada tegangan sel yang sama;

• 2S2P memberikan tegangan lebih tinggi dan kapasitas lebih tinggi.

Jika Anda mengembangkan paket baterai khusus, bagikan voltase perangkat, target kapasitas, permintaan saat ini, dimensi, metode pengisian daya, dan kuantitas yang diharapkan dengan tim teknis ZERNE. ZERNE menyediakan solusi paket baterai lithium khusus untuk proyek OEM dan ODM dan dapat membantu mengevaluasi konfigurasi seri, paralel, atau seri-paralel yang sesuai.