리튬 이온 배터리 팩 용량을 계산하는 방법

리튬 이온 배터리 팩 용량을 계산하려면 각 셀에 인쇄된 용량을 더하는 것 이상이 필요합니다.

최종 용량은 셀 연결 방식에 따라 다릅니다.

• 직렬 연결은 전압을 증가시킵니다.

• 병렬 연결은 암페어 시간 용량을 증가시킵니다.

• 직렬 병렬 구성은 전압과 용량을 모두 증가시킵니다.

예를 들어, 4개의 3.7V, 1000mAh 셀을 서로 다른 방식으로 배열할 수 있습니다.

• 4S1P: 약 14.8V, 1000mAh

• 2S2P: 약 7.4V, 2000mAh

• 1S4P: 약 3.7V, 4000mAh

따라서 동일한 수의 셀이라도 매우 다른 배터리 팩 사양을 생성할 수 있습니다.

이 가이드에서는 리튬 이온 배터리 팩 용량을 mAh, Ah 및 Wh 단위로 계산하는 방법을 설명합니다. 또한 정격 용량과 사용 가능 용량의 차이를 명확히 하여 OEM 엔지니어가 보다 정확한 배터리 사양을 준비할 수 있도록 합니다.

전압, 용량, BMS 및 런타임 간의 더 넓은 관계는 다음을 참조하세요. 리튬 이온 배터리 팩 설계: 전압, 용량, BMS 및 런타임.

빠른 답변: 배터리 팩 용량은 어떻게 계산합니까?

동일한 용량을 가진 일치하는 셀의 경우:

팩 용량(Ah)

팩 용량(Ah) = 셀 1개의 용량(Ah) × 병렬 셀 수

팩 용량(mAh)

팩 용량(mAh) = 셀 1개의 용량(mAh) × 병렬 셀 그룹 수

팩 전압

팩 전압(V) = 공칭 셀 전압(V) × 직렬 셀 수

에너지 팩

팩 에너지(Wh) = 팩 전압(V) × 팩 용량(Ah)

직렬로 연결된 셀의 수는 S 로 표시됩니다 . 병렬로 연결된 셀의 수는 P 로 표시됩니다..

예를 들어:

• 2S1P는 직렬로 연결된 두 개의 셀과 하나의 병렬 경로를 의미합니다.

• 1S2P는 직렬로 연결된 하나의 셀 그룹과 병렬로 연결된 두 개의 셀 그룹을 의미합니다.

• 3S2P는 각 그룹에 2개의 병렬 셀이 있는 3개의 직렬 그룹을 의미합니다.

1. 용량, 전압, 에너지 이해

배터리 팩을 계산하기 전에 세 가지 기본 값을 구별하는 것이 중요합니다.

용량

용량은 배터리가 저장할 수 있는 전하량을 나타냅니다. 일반적으로 다음과 같이 표현됩니다.

• 밀리암페어시(mAh)

• 암페어 시간 또는 Ah

변환은 다음과 같습니다.

1Ah = 1000mAh

3000mAh 셀은 3Ah 셀과 동일합니다.

전압

전압은 배터리의 전위를 나타냅니다. 일반적으로 볼트로 표시됩니다.

많은 표준 리튬 이온 및 리튬 폴리머 셀의 공칭 전압은 약 3.6V 또는 3.7V입니다. 정확한 값은 셀 화학 및 제조업체 사양에 따라 다릅니다.

에너지

에너지는 전압과 용량을 결합합니다. 와트시로 표시됩니다.

에너지(Wh) = 전압(V) × 용량(Ah)

배터리 전압이 다른 경우 mAh 등급이 높다고 해서 총 에너지가 항상 높아지는 것은 아닙니다.

예를 들어:

• 3.7V × 2Ah = 7.4Wh

• 7.4V × 2Ah = 14.8Wh

두 팩의 암페어 시간 용량은 동일하지만 전압이 다르기 때문에 에너지도 다릅니다.

2. 직렬 연결이 용량에 미치는 영향

셀이 직렬로 연결되면 한 셀의 양극 단자가 다음 셀의 음극 단자에 연결됩니다.

직렬 연결은 전압을 증가시킵니다.

직렬로 연결된 일치하는 셀의 경우:

• 전압 증가

• 아 용량은 거의 똑같네요

• 전압이 증가하므로 총에너지도 증가한다

예: 2S1P 배터리 팩

각 셀에 다음이 있다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 3.7V

• 용량: 1000mAh

2S1P 팩에는 두 개의 셀이 직렬로 포함되어 있습니다.

팩 전압:

3.7V × 2 = 7.4V

팩 용량:

1000mAh

팩 에너지:

7.4V × 1Ah = 7.4Wh

따라서 2S1P 배터리 팩은 대략 다음과 같습니다.

7.4V, 1000mAh, 7.4Wh

시리즈 구성표

이는 3.7V 셀을 기준으로 한 공칭 값입니다. 완전 충전 전압은 더 높으므로 충전기와 보호 시스템을 선택할 때 고려해야 합니다.

3. 병렬 연결이 용량에 미치는 영향

셀이 병렬로 연결되면 양극 단자는 서로 연결되고 음극 단자는 서로 연결됩니다.

병렬 연결은 용량을 증가시킵니다.

병렬로 연결된 일치하는 셀의 경우:

• 전압은 거의 동일하게 유지됩니다.

• 아 용량이 늘어요

• 현재 용량이 증가할 수 있음

• 용량이 증가하므로 총 에너지도 증가합니다.

예: 1S2P 배터리 팩

각 셀에 다음이 있다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 3.7V

• 용량: 1000mAh

1S2P 팩에는 두 개의 셀이 병렬로 포함되어 있습니다.

팩 전압:

3.7V

팩 용량:

1000mAh × 2 = 2000mAh

팩 에너지:

3.7V × 2Ah = 7.4Wh

따라서 1S2P 배터리 팩은 대략 다음과 같습니다.

3.7V, 2000mAh, 7.4Wh

병렬 구성 테이블

병렬 용량 계산에서는 셀의 모델, 용량, 조건 및 전기적 특성이 동일하다고 가정합니다.

4. 직렬-병렬 배터리 팩 계산 방법

직렬 병렬 배터리 팩은 두 가지 연결 방법을 결합합니다.

일반 공식은 다음과 같습니다.

팩 전압 = 셀 전압 × S

팩 용량 = 셀 용량 × P

총 세포 수 = S × P

어디:

• S = 직렬 셀 수

• P = 병렬 셀 수

예: 2S2P 배터리 팩

각 셀에 다음이 있다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 3.7V

• 용량: 1000mAh

2S2P 팩의 경우:

팩 전압:

3.7V × 2 = 7.4V

팩 용량:

1000mAh × 2 = 2000mAh

총 셀 수:

2 × 2 = 4셀

팩 에너지:

7.4V × 2Ah = 14.8Wh

결과는 다음과 같습니다.

7.4V, 2000mAh, 14.8Wh

예: 3S2P 배터리 팩

동일한 3.7V, 1000mAh 셀 사용:

팩 전압:

3.7V × 3 = 11.1V

팩 용량:

1000mAh × 2 = 2000mAh

총 셀 수:

3 × 2 = 6셀

팩 에너지:

11.1V × 2Ah = 22.2Wh

결과는 다음과 같습니다.

11.1V, 2000mAh, 22.2Wh

이러한 구성이 장치 호환성에 어떤 영향을 미치는지에 대한 자세한 설명은 다음을 참조하세요. 직렬 및 병렬 배터리 팩.

5. 필요한 병렬 수를 계산하는 방법

목표 용량과 개별 셀 용량을 알고 있는 경우 필요한 병렬 셀 수는 다음을 사용하여 추정할 수 있습니다.

병렬 카운트 = 대상 팩 용량 ¼ 셀 용량

예: 7.4V, 3000mAh 대상

추정하다:

• 목표 공칭 전압: 7.4V

• 목표 용량: 3000mAh

• 셀 공칭 전압: 3.7V

• 셀 용량: 1500mAh

1단계: 계열 수를 결정합니다.

7.4V ¼ 3.7V = 2S

2단계: 병렬 수를 결정합니다.

3000mAh ¼ 1500mAh = 2P

예비 구성은 다음과 같습니다.

2S2P

총 셀 수:

2 × 2 = 4셀

예: 11.1V, 5000mAh 대상

추정하다:

• 목표 공칭 전압: 11.1V

• 목표 용량: 5000mAh

• 셀 공칭 전압: 3.7V

• 셀 용량: 2500mAh

시리즈 수:

11.1V ¼ 3.7V = 3S

병렬 개수:

5000mAh ¼ 2500mAh = 2P

예비 구성은 다음과 같습니다.

3S2P

총 셀 수:

3 × 2 = 6셀

이 계산은 초기 구성을 제공합니다. 최종 설계에서는 현재 수요, 사용 가능한 공간, 셀 방전 용량, 보호 요구 사항 및 생산 타당성을 검증해야 합니다.

6. 배터리 팩 에너지를 Wh로 계산하는 방법

암페어 시간 용량은 동일한 전압의 배터리를 비교하는 데 유용합니다. 전력량은 다양한 전압 수준의 팩을 비교할 때 더 유용합니다.

공식은 다음과 같습니다.

팩 에너지(Wh) = 공칭 팩 전압(V) × 팩 용량(Ah)

예시 비교

이 예에서는 mAh 값이 동일하지만 총 에너지는 전압에 따라 달라집니다.

이것이 바로 OEM 팀이 mAh만 사용하는 배터리 팩을 비교해서는 안 되는 이유입니다. 전압이 다를 경우 와트시도 비교하십시오.

7. 정격 용량과 사용 가능 용량

배터리에 인쇄된 용량은 일반적으로 지정된 테스트 조건에서 측정된 정격 또는 공칭 용량입니다.

실제 사용 가능한 용량은 다음과 같은 이유로 더 낮을 수 있습니다.

• 방전 전류

• 컷오프 전압

• 온도

• 세포 노화

• 내부 저항

• BMS 보호 제한

• 장치 전력 변환

• 필요한 서비스 수명 예비

간단한 개념 공식은 다음과 같습니다.

사용 가능 용량 ≒ 정격 용량 × 적용 경감 계수

경감 요인은 보편적인 숫자가 아닙니다. 이는 셀 데이터시트, 방전 조건 및 적용 요구 사항에 따라 설정되어야 합니다.

예를 들어, 2000mAh 팩은 다음과 같은 경우 모든 애플리케이션에서 정확히 2000mAh를 제공하지 못할 수 있습니다.

• 부하가 높습니다.

• 셀이 최소 전압에 도달하기 전에 장치가 중지됩니다.

• 온도가 낮습니다.

• 팩이 오래되었습니다.

• BMS는 보호를 위해 부하의 연결을 끊습니다.

따라서 팩은 다음 두 가지 모두로 지정되어야 합니다.

• 정격 용량

• 정의된 조건에서 필요한 가용 용량

8. 세포 매칭이 중요한 이유

기본 용량 공식은 모든 셀이 일치한다고 가정합니다.

동일한 팩에 사용되는 셀은 다음 측면에서 호환되어야 합니다.

• 용량

• 전압

• 내부 저항

• 셀 모델

• 생산 배치

• 노화 상태

• 충전 상태

셀의 특성이 상당히 다른 경우 가장 약한 셀이 다른 셀보다 먼저 전압 한계에 도달할 수 있습니다. 이는 전체 팩의 사용 가능한 용량을 줄이고 균형 요구 사항을 증가시킬 수 있습니다.

셀 불일치에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하세요. 리튬 이온 배터리 팩이 일관성이 없는 이유와 해결 방법.

OEM 사양에서는 목표 배터리 용량만 명시하는 것보다 필요한 셀 모델과 일치하는 요구 사항을 정의하는 것이 더 좋습니다.

9. 셀 용량이 팩 크기에 미치는 영향

고용량 셀은 필요한 병렬 셀 수를 줄일 수 있지만 물리적으로 더 크거나 방전 특성이 다를 수도 있습니다.

OEM 엔지니어는 다음을 평가해야 합니다.

• 셀 크기

• 팩 레이아웃

• 사용 가능한 공간

• 목표 용량

• 현재 수요

• 무게

• 열적 조건

• 셀 가용성

예를 들어, 3000mAh 셀은 1500mAh 셀보다 더 작은 병렬 카운트를 허용할 수 있습니다. 그러나 3000mAh 셀이 너무 크거나 필요한 전류를 충족할 수 없는 경우 최선의 선택이 아닐 수 있습니다.

따라서 용량 계산은 기계적 및 전기적 타당성 검토와 결합되어야 합니다.

10. 맞춤형 OEM 팩의 용량 계산 예

OEM 장치에 다음이 필요하다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 약 7.4V

• 목표 용량: 4000mAh

• 셀 공칭 전압: 3.7V

• 셀 용량: 2000mAh

1단계: 시리즈 수를 계산합니다.

7.4V ¼ 3.7V = 2S

2단계: 병렬 수를 계산합니다.

4000mAh ¼ 2000mAh = 2P

3단계: 총 세포 수를 계산합니다.

2S × 2P = 4셀

4단계: 공칭 에너지를 계산합니다.

7.4V × 4Ah = 29.6Wh

예비 팩 사양은 다음과 같습니다.

2S2P, 7.4V 공칭, 4000mAh, 약 29.6Wh

이 구성이 승인되기 전에 OEM 및 배터리 제조업체는 다음을 확인해야 합니다.

• 셀이 필요한 전류를 공급할 수 있는지 여부

• 팩이 사용 가능한 공간에 맞는지 여부

• 밸런싱 기능이 있는 BMS가 필요한지 여부

• 충전기가 호환되는지 여부

• 커넥터와 배선이 부하를 지지하는지 여부

• 요구되는 테스트 조건 하에서 목표 용량이 측정되는지 여부.

11. 일반적인 배터리 팩 용량 계산 실수

실수 1: 직렬로 용량 추가

1000mAh 셀 2개로 만든 2S1P 팩은 2000mAh 팩이 아닙니다. 약 7.4V 및 1000mAh입니다.

실수 2: 병렬 개수 무시

팩이 여러 병렬 경로를 사용하는 경우 용량에 병렬 셀 수를 곱해야 합니다.

실수 3: 전압을 비교하지 않고 mAh만 비교

3.7V의 2000mAh 팩과 7.4V의 2000mAh 팩에는 동일한 양의 에너지가 포함되어 있지 않습니다.

실수 4: 에너지 계산에 완전 충전 전압 사용

공칭 에너지는 일반적으로 최대 충전 전압이 아닌 공칭 전압을 사용하여 계산됩니다.

실수 5: 정격 용량이 사용 가능한 용량과 같다고 가정

실제 사용 가능한 용량은 전류, 온도, 차단 전압, 노후화 및 보호 설정에 따라 달라집니다.

실수 6: 서로 다른 셀 모델 혼합

용량, 내부 저항 또는 노화 조건이 다른 셀을 동일한 팩에 함부로 결합해서는 안됩니다.

실수 7: 장치 전력 수요 무시

용량 계산만으로는 런타임이 결정되지 않습니다. 런타임은 또한 장치 전력 및 시스템 효율성에 따라 달라집니다.

별도의 런타임 계산 방법은 다음을 참조하세요. 리튬 배터리 팩의 런타임을 계산하는 방법.

12. OEM 구매자를 위한 용량 계산 체크리스트

배터리 팩 견적을 요청하기 전에 다음 사항을 확인하세요.

• 목표 공칭 전압

• 최소 및 최대 장치 전압

• mAh 또는 Ah 단위의 목표 용량

• 필요한 사용 가능 에너지(Wh)

• 셀 공칭 전압

• 셀 정격 용량

• 필수 시리즈 수

• 필요한 병렬 수

• 총 세포 수

• 연속 전류

• 피크 전류

• 작동 온도

• 사용 가능한 배터리 공간

• 충전 방법

• BMS 또는 보호 요구 사항

• 용량 테스트 조건

• 예상 런타임

• 프로토타입 및 생산 수량

용량 수치는 항상 정의된 테스트 조건과 연결되어야 합니다. '4000mAh 배터리 팩'이라고만 언급된 견적은 공급업체가 전압, 셀 모델, 구성 및 측정 조건도 명시하지 않으면 불완전합니다.

FAQ

리튬이온 배터리 팩 용량은 어떻게 계산하나요?

한 셀의 용량에 병렬로 연결된 셀 수를 곱하세요. 예를 들어, 2S2P 구성의 1000mAh 셀 4개는 약 2000mAh 용량을 제공합니다.

직렬 연결을 하면 배터리 용량이 늘어나나요?

아니요. 직렬 연결은 전압을 증가시킵니다. 암페어시 용량은 일반적으로 하나의 병렬 그룹의 용량과 거의 동일하게 유지됩니다.

병렬 연결을 하면 배터리 용량이 늘어나나요?

예. 병렬 연결은 병렬 셀 수에 따라 암페어 시간 용량을 증가시킵니다.

2S2P 배터리 팩의 용량은 얼마입니까?

각 셀의 정격이 3.7V 및 1000mAh인 경우 2S2P 팩은 약 7.4V 및 2000mAh이며 총 4개의 셀이 있습니다.

배터리 팩 와트시를 어떻게 계산하나요?

공칭 팩 전압에 용량(암페어 시간)을 곱합니다. 7.4V, 2Ah 팩에는 약 14.8Wh의 공칭 에너지가 포함되어 있습니다.

3.7V, 2000mAh 배터리는 7.4V, 2000mAh 배터리와 동일합니까?

아니요. 7.4V, 2000mAh 팩에는 3.7V, 2000mAh 팩 공칭 에너지의 약 2배가 포함되어 있습니다.

실제 배터리 용량이 정격 값보다 낮은 이유는 무엇입니까?

결과는 방전 전류, 온도, 차단 전압, 셀 노화, 내부 저항, BMS 설정 및 측정 조건에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

맞춤형 배터리 팩에는 몇 개의 셀이 필요합니까?

총 셀 수는 다음과 같습니다.

총 셀 = 시리즈 수 × 병렬 수

최종 개수는 전압, 용량, 전류, 크기, 무게 및 보호 요구 사항도 충족해야 합니다.

결론

리튬이온 배터리 팩 용량 계산은 직렬 연결과 병렬 연결의 차이를 이해하는 것부터 시작됩니다.

핵심 공식은 다음과 같습니다.

팩 전압 = 셀 전압 × 시리즈 수

팩 용량 = 셀 용량 × 병렬 개수

총 셀 = 시리즈 수 × 병렬 수

팩 에너지 = 팩 전압 × 팩 용량(Ah)

예를 들어 3.7V, 1000mAh 셀을 사용하는 경우:

• 1S1P = 3.7V, 1000mAh

• 2S1P = 7.4V, 1000mAh

• 1S2P = 3.7V, 2000mAh

• 2S2P = 7.4V, 2000mAh

이러한 계산은 배터리 팩 설계의 출발점을 제공합니다. 최종 배터리는 현재 수요, 셀 매칭, 사용 가능한 용량, BMS 요구 사항, 기계적 적합성, 충전 호환성 및 생산 타당성을 확인해야 합니다.

맞춤형 리튬이온 배터리 팩을 개발하는 경우 목표 전압, 용량, 현재 수요, 사용 가능한 공간, 런타임 요구 사항 및 예상 수량을 ZERNE 기술팀과 공유하세요. ZERNE은 OEM 및 ODM 프로젝트를 위한 맞춤형 리튬 배터리 팩 솔루션을 제공하며 초기 용량 목표를 실제 배터리 구성으로 변환하는 데 도움을 줄 수 있습니다.