직렬 및 병렬 배터리 팩: OEM 장치에 적합한 구성은 무엇입니까?

리튬 이온 셀이 연결되는 방식에 따라 배터리 팩의 기본적인 전기적 동작이 결정됩니다.

• 직렬 연결은 전압을 증가시킵니다.

• 병렬 연결은 용량과 전류 용량을 증가시킵니다.

• 직렬 병렬 구성은 전압과 용량을 동시에 증가시킵니다.

OEM 장치의 경우 올바른 배터리 팩 구성이 다음과 일치해야 합니다.

• 장치 전압 범위

• 필요용량

• 연속 및 피크 전류

• 런타임 타겟

• 충전기 디자인

• BMS 또는 PCM 요구 사항

• 사용 가능한 설치 공간

• 무게 및 열 제한

• 생산 및 테스트 요구 사항

따라서 직렬과 병렬 중 하나를 선택하는 것은 단지 전기적 계산이 아닙니다. 이는 시스템 수준의 설계 결정입니다.

빠른 답변: 직렬 및 병렬 배터리 팩

예를 들어 3.7V, 2500mAh 셀을 사용하는 경우:

• 2S1P = 7.4V, 2500mAh

• 1S2P = 3.7V, 5000mAh

• 2S2P = 7.4V, 5000mAh

올바른 구성은 대상 전압, 용량, 전류 및 기계 설계에 따라 달라집니다.

1. 'S'와 'P'는 무엇을 의미하나요?

배터리 팩 구성은 일반적으로 문자 S 와 P를 사용하여 작성됩니다..

S는 시리즈를 의미

앞의 숫자는 S 직렬로 연결된 셀 또는 셀 그룹의 개수를 나타냅니다.

예:

• 1S: 직렬로 연결된 하나의 셀 그룹

• 2S: 직렬로 연결된 두 개의 셀 그룹

• 3S: 직렬로 연결된 세 개의 셀 그룹

• 4S: 직렬로 연결된 4개의 셀 그룹

직렬 연결은 전압을 증가시킵니다.

P는 병렬을 의미함

앞의 숫자는 P 각 직렬 그룹 내에서 병렬로 연결된 셀 수를 나타냅니다.

예:

• 1P: 각 병렬 그룹에 하나의 셀

• 2P: 병렬로 연결된 두 개의 셀

• 3P: 3개의 셀이 병렬로 연결되어 있음

• 4P: 4개의 셀이 병렬로 연결됨

병렬 연결은 용량과 전류 용량을 증가시킵니다.

총 셀 수

총 셀 수는 다음과 같습니다.

총 셀 = S × P

예를 들어:

• 2S1P = 2셀

• 1S2P = 2셀

• 2S2P = 4셀

• 3S2P = 6셀

2. 시리즈 배터리 팩의 작동 방식

직렬로 연결된 셀은 끝과 끝이 연결됩니다. 한 셀의 양극 단자는 다음 셀의 음극 단자에 연결됩니다.

직렬로 일치하는 셀의 경우:

팩 전압 = 셀 전압 × 직렬 셀 수

암페어시 용량은 셀 1개 또는 병렬 그룹 1개의 용량과 거의 동일하게 유지됩니다.

예: 2S1P 팩

각 셀에 다음이 있다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 3.7V

• 용량: 2500mAh

2S1P 팩은 다음을 제공합니다.

• 전압: 3.7V × 2 = 7.4V

• 용량: 2500mAh

• 에너지: 7.4V × 2.5Ah = 18.5Wh

결과는 다음과 같습니다.

7.4V, 2500mAh, 18.5Wh

예: 3S1P 팩

동일한 셀 사용:

• 전압: 3.7V × 3 = 11.1V

• 용량: 2500mAh

• 에너지: 11.1V × 2.5Ah = 27.75Wh

결과는 다음과 같습니다.

11.1V, 2500mAh, 27.75Wh

직렬 구성은 장치나 전원 시스템에 더 높은 공칭 전압이 필요할 때 적합합니다.

3. 병렬 배터리 팩의 작동 방식

병렬로 연결된 셀은 양극 단자가 서로 연결되고 음극 단자가 서로 연결됩니다.

병렬로 일치하는 셀의 경우:

팩 용량 = 셀 용량 × 병렬 셀 수

전압은 하나의 셀 또는 하나의 시리즈 그룹의 전압과 거의 동일하게 유지됩니다.

예: 1S2P 팩

각 셀에 다음이 있다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 3.7V

• 용량: 2500mAh

1S2P 팩은 다음을 제공합니다.

• 전압: 3.7V

• 용량: 2500mAh × 2 = 5000mAh

• 에너지: 3.7V × 5Ah = 18.5Wh

결과는 다음과 같습니다.

3.7V, 5000mAh, 18.5Wh

병렬 구성은 장치가 하나의 셀 또는 직렬 그룹과 동일한 전압에서 작동하지만 더 많은 용량, 더 긴 런타임 또는 더 높은 전류 성능이 필요한 경우에 적합합니다.

4. 직렬 대 병렬: 어떤 변화가 있나요?

자세한 용량 공식은 다음에서 다룹니다. 리튬 이온 배터리 팩 용량을 계산하는 방법.

5. 직렬 병렬 배터리 팩이란 무엇입니까?

대부분의 맞춤형 OEM 배터리 팩은 직렬 연결과 병렬 연결의 조합을 사용합니다.

직렬 병렬 팩은 다음을 사용합니다.

• 필요한 전압을 달성하기 위한 직렬 연결.

• 필요한 용량과 전류 성능을 달성하기 위한 병렬 연결.

예: 2S2P 팩

4개의 3.7V, 2500mAh 셀 사용:

• 시리즈 수: 2

• 병렬 개수: 2

• 총 셀: 4

• 공칭 전압: 7.4V

• 용량: 5000mAh

• 에너지: 37Wh

계산:

3.7V × 2 = 7.4V

2500mAh × 2 = 5000mAh

7.4V × 5Ah = 37Wh

결과는 다음과 같습니다.

7.4V, 5000mAh, 37Wh

2S2P 구성은 7.4V 플랫폼과 2S1P 팩이 제공할 수 있는 것보다 더 많은 에너지가 필요한 OEM 장치에 적합할 수 있습니다.

6. 동일한 두 개의 셀을 사용한 실제 비교

두 개의 동일한 3.7V, 2500mAh 셀을 사용하면 셀을 서로 다른 방식으로 연결할 수 있습니다.

두 구성 모두 동일한 두 셀을 사용하기 때문에 거의 동일한 공칭 에너지를 포함합니다. 그러나 서로 바꿔 사용할 수는 없습니다.

장치는 다음 사항에 맞게 설계되어야 합니다.

• 입력 전압;

• 충전 전압;

• 현재의;

• BMS;

• 커넥터;

• 기계적 레이아웃.

이는 OEM 설계에서 중요한 점입니다. 두 개의 배터리 팩은 비슷한 와트시를 가질 수 있지만 여전히 동일한 제품에는 적합하지 않습니다.

7. OEM 장치는 언제 직렬 구성을 사용해야 합니까?

직렬 구성은 일반적으로 장치에 하나의 셀이 제공할 수 있는 것보다 더 높은 전압이 필요한 경우 고려됩니다.

일반적인 이유는 다음과 같습니다.

• 모터 또는 전원 시스템에는 더 높은 전압이 필요합니다.

• 전압이 높을수록 주어진 전력 수준에 대해 전류가 감소할 수 있습니다.

• 이 장치는 이미 2S, 3S 또는 4S 전기 아키텍처를 사용합니다.

• 컨버터나 모터 컨트롤러에는 더 높은 전압 입력이 필요합니다.

• 사용 가능한 시스템 구성 요소는 정의된 전압 플랫폼에 맞게 설계되었습니다.

정전력 부하의 경우:

전류 = 전력 ¼ 전압

동일한 전력에서 배터리 전압이 높을수록 팩에서 끌어오는 전류가 줄어들 수 있습니다. 이는 도체 크기, 커넥터 선택 및 전원 관리 설계에 영향을 미칠 수 있습니다.

그러나 전압이 높다고 해서 자동으로 성능이 향상되는 것은 아닙니다. 장치 전자 장치, 충전기, 절연체, BMS 및 모터 컨트롤러는 모두 선택한 전압을 지원해야 합니다.

실제적인 전압 레벨 비교는 다음을 참조하십시오. 7.4V 대 11.1V 대 14.8V 배터리 팩.

8. OEM 장치는 언제 병렬 구성을 사용해야 합니까?

병렬 구성은 일반적으로 장치에 동일한 공칭 전압에서 더 많은 용량이나 더 높은 전류가 필요할 때 고려됩니다.

일반적인 이유는 다음과 같습니다.

• 더 긴 필수 런타임;

• 더 높은 연속 전류;

• 짧은 고전류 수요;

• 동일한 전압 플랫폼 내에서 더 많은 에너지;

• 개인별 용량이 제한된 셀의 사용

• 여러 셀에 전류를 분배해야 합니다.

병렬 셀은 전류를 공유할 수 있지만 설계에서는 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 셀 매칭;

• 현재 분포;

• 연결 저항;

• 셀 온도;

• 용접 품질;

• BMS 또는 보호 설계;

• 기계적 지원.

병렬 셀은 자동으로 동일한 것으로 처리되어서는 안 됩니다. 내부 저항이나 충전 상태의 차이는 전류 공유 및 장기적인 팩 일관성에 영향을 미칠 수 있습니다.

9. 셀 매칭 요구 사항

직렬 및 병렬 배터리 팩에는 모두 호환 가능한 셀이 필요합니다.

동일한 팩에 사용되는 셀은 다음과 같은 관련 특성과 일치해야 합니다.

• 모델;

• 공칭 용량;

• 전압;

• 내부 저항;

• 생산 배치;

• 노화상태;

• 온도 이력.

시리즈 팩에서 매칭이 중요한 이유

직렬 팩에서는 가장 약한 셀이 다른 셀보다 먼저 전압 상한 또는 하한에 도달할 수 있습니다. 이로 인해 사용 가능한 팩 용량이 줄어들고 조기 보호 차단이 발생할 수 있습니다.

병렬 팩에서 일치가 중요한 이유

병렬 그룹에서는 전압이나 내부 저항이 다른 셀이 전류를 고르게 공유하지 못할 수 있습니다. 한 셀은 다른 셀보다 더 많은 부하를 전달하거나 더 많은 충전 전류를 받을 수 있습니다.

팩 불일치 및 셀 차이에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하세요. 리튬 이온 배터리 팩이 일관성이 없는 이유와 해결 방법.

10. 직렬 및 병렬 팩에 대한 BMS 요구 사항

배터리 관리 시스템은 팩 구성과 일치해야 합니다.

시리즈 팩

여러 개의 셀이 직렬로 연결된 팩에는 일반적으로 개별 셀 그룹을 모니터링해야 합니다.

BMS는 다음을 제공해야 할 수도 있습니다.

• 셀 전압 모니터링;

• 셀 밸런싱;

• 과충전 보호;

• 과방 전 보호;

• 과전류 보호;

• 단락 보호;

• 온도 모니터링.

시리즈 수가 증가함에 따라 해당 셀 수에 맞게 BMS를 설계해야 합니다.

병렬 팩

병렬 셀은 동일한 전압 측정 지점을 공유할 수 있지만 BMS 또는 보호 시스템은 여전히 ​​다음을 고려해야 합니다.

• 총 전류;

• 셀 매칭;

• 온도;

• 충전 동작;

• 연결 저항;

• 결함 조건.

직렬-병렬 팩

직렬 병렬 팩에서는 일반적으로 BMS가 전체 팩 전류를 관리하면서 각 직렬 그룹을 모니터링해야 합니다.

BMS는 배터리 설계 단계에서 선택해야 하며 셀 구성이 완료된 후에 추가해서는 안 됩니다.

11. 충전 요구 사항

직렬 및 병렬 구성에는 서로 다른 충전 고려 사항이 필요합니다.

직렬 충전

충전기는 총 직렬 전압을 지원해야 합니다.

예를 들어:

• 1S 팩: 하나의 셀용으로 설계된 충전기;

• 2S 팩: 2S 배터리용으로 설계된 충전기;

• 3S 팩: 3S 배터리용으로 설계된 충전기;

• 4S 팩: 4S 배터리용으로 설계된 충전기입니다.

단일 셀용으로 설계된 충전기를 다중 시리즈 팩과 직접 사용해서는 안 됩니다.

병렬 충전

병렬 팩은 여전히 ​​하나의 셀 또는 하나의 직렬 그룹의 전압을 사용하지만 충전 시스템은 더 많은 전류를 공급하거나 더 긴 충전 시간을 수용해야 할 수 있습니다.

직렬-병렬 충전

충전 시스템은 다음 두 가지 모두와 일치해야 합니다.

• 총 직렬 전압;

• 팩 용량 및 충전 전류 요구 사항.

충전기, 배터리, BMS는 하나의 시스템으로 테스트되어야 합니다.

12. 구성을 OEM 장치에 일치시키십시오.

올바른 구성은 장치의 실제 요구 사항에 따라 다릅니다.

이는 단지 예비적인 선택 가이드일 뿐입니다. 최종 구성은 현재 수요, 크기, 충전, 온도 및 생산 요구 사항에 대해서도 확인해야 합니다.

13. OEM 예: 7.4V 장치에 대한 구성 선택

OEM 제품에 다음이 필요하다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 약 7.4V;

• 목표 용량: 5000mAh;

• 연속 전류: 보통;

• 컴팩트한 직사각형 배터리 칸;

• 충전식 작동;

• 셀 수준 모니터링.

예비 구성은 다음과 같습니다.

3.7V, 2500mAh 셀을 사용하는 2S2P

계산:

• 전압: 3.7V × 2 = 7.4V;

• 용량: 2500mAh × 2 = 5000mAh;

• 총 셀: 2 × 2 = 4 셀;

• 공칭 에너지: 7.4V × 5Ah = 37Wh.

그런 다음 설계 팀은 다음을 확인해야 합니다.

• 2S 전압 범위가 장치와 호환되는지 여부

• 밸런싱 기능이 있는 2S BMS가 필요한지 여부

• 셀이 전류를 지원할 수 있는지 여부

• 충전기가 2S용으로 설계되었는지 여부

• 팩이 인클로저에 맞는지 여부

• 커넥터가 필요한 전류를 지원하는지 여부

• 배터리가 계획된 테스트를 통과했는지 여부입니다.

ZERNE의 7.4V 리튬 배터리 팩 페이지는 2S 배터리 팩 구성에 대한 제품 수준 참조로 사용될 수 있으며, 맞춤형 설계는 실제 OEM 장치에 대해 평가되어야 합니다.

14. 고전압 장치의 구성 예

다른 OEM 제품에 다음이 필요하다고 가정합니다.

• 공칭 전압: 약 11.1V;

• 용량: 5000mAh;

• 연속 작동시 안정적인 출력.

예비 구성은 다음과 같습니다.

3.7V, 2500mAh 셀을 사용하는 3S2P

계산:

• 전압: 3.7V × 3 = 11.1V;

• 용량: 2500mAh × 2 = 5000mAh;

• 총 셀: 3 × 2 = 6 셀;

• 공칭 에너지: 11.1V × 5Ah = 55.5Wh.

11.1V 팩에는 3S 구성용으로 설계된 충전기와 BMS가 필요합니다.

기존 제품 참조는 ZERNE's를 참조하세요. 11.1V 리튬 배터리 팩 페이지.

15. 기계 설계 고려 사항

직렬 및 병렬 연결도 물리적 팩 레이아웃에 영향을 줍니다.

디자이너는 다음을 고려해야 합니다.

• 세포 방향;

• 셀 간격;

• 용접점;

• 부스바 또는 도체;

• 격리;

• BMS 위치;

• 케이블 라우팅;

• 커넥터 위치;

• 하우징 치수;

• 열 방출;

• 장착 지점;

• 진동과 충격.

전기적으로 올바른 구성이라도 사용 가능한 인클로저에 맞지 않으면 부적절할 수 있습니다.

원통형 셀 팩의 경우 셀 배열이 팩 너비, 길이 및 높이에 영향을 미칠 수 있습니다. 파우치 셀 팩의 경우 직렬 및 병렬 탭 위치가 내부 레이아웃 및 케이블 출구에 영향을 미칠 수 있습니다.

자세한 배터리 공간 간격, 압축 및 팽창 허용치는 별도로 처리해야 합니다. LiPo 배터리실 디자인: 간극 및 팽창.

16. 일반적인 직렬 및 병렬 설계 실수

실수 1: 시리즈가 mAh를 증가시킨다고 가정

직렬 연결은 일반적으로 암페어시 용량이 아닌 전압을 증가시킵니다.

실수 2: 병렬이 전압을 증가시킨다고 가정

병렬 셀은 하나의 셀 또는 하나의 직렬 그룹과 거의 동일한 전압을 유지합니다.

실수 3: 잘못된 시리즈 카운트에 충전기 사용

1S 팩용 충전기는 2S, 3S, 4S 팩에는 적합하지 않습니다.

실수 4: 일치하지 않는 셀 연결

용량, 저항 또는 노화 조건이 다르면 팩 일관성과 사용 가능한 성능이 저하될 수 있습니다.

실수 5: 팩 레이아웃 이후에 BMS를 선택하는 것

BMS를 선택하기 전에 시리즈 수, 현재 수요 및 통신 요구 사항을 알아야 합니다.

실수 6: mAh만 비교

3.7V, 5000mAh 팩과 7.4V, 5000mAh 팩에는 동일한 양의 에너지가 포함되어 있지 않습니다.

실수 7: 피크 전류를 무시

구성은 평균 전류뿐 아니라 장치의 최대 수요도 지원해야 합니다.

17. 직렬 및 병렬 배터리 팩 체크리스트

배터리 구성을 승인하기 전에 다음을 확인하세요.

• 장치 공칭 전압;

• 장치 최소 및 최대 전압;

• 목표 용량;

• 연속 전류;

• 피크 전류;

• 필수 시리즈 수;

• 필수 병렬 수.

• 셀 모델 및 용량

• 총 세포수;

• 셀 매칭 요구 사항

• BMS 또는 PCM 구조;

• 충전기 호환성;

• 커넥터 및 케이블 등급;

• 기계적 적합성;

• 온도 조건;

• 런타임 대상;

• 테스트 요구 사항

• 예상 생산량.

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

FAQ

직렬 배터리 팩과 병렬 배터리 팩의 차이점은 무엇입니까?

직렬 배터리 팩은 전압을 증가시키는 반면, 병렬 배터리 팩은 용량과 전류 용량을 증가시킵니다. 직렬 병렬 팩은 두 가지 효과를 모두 결합합니다.

배터리를 직렬로 연결하면 용량이 늘어나나요?

일반적으로 그렇지 않습니다. 동일한 용량의 셀을 직렬로 연결하면 전압이 증가하는 반면 암페어 시간 용량은 거의 동일하게 유지됩니다.

배터리를 병렬로 연결하면 전압이 높아지나요?

일반적으로 그렇지 않습니다. 동일 전압 셀을 병렬로 연결하면 거의 동일한 전압을 유지하면서 용량이 증가합니다.

2S2P은 무슨 뜻인가요?

2S2P는 두 개의 셀 그룹이 직렬로 연결되고, 각 그룹에 두 개의 셀이 병렬로 연결된 것을 의미합니다. 총 4개의 셀이 들어있습니다.

2500mAh 셀을 사용하는 2S2P 팩의 용량은 얼마입니까?

팩 용량은 약 5000mAh입니다. 셀의 공칭 전압이 3.7V인 경우 팩 전압은 약 7.4V입니다.

시리즈 배터리 팩에 BMS가 필요합니까?

다중 시리즈 리튬 배터리 팩은 일반적으로 적절한 보호와 균형 조정이 필요합니다. 정확한 BMS 구조는 셀 화학, 시리즈 수, 전류, 충전기 및 애플리케이션에 따라 다릅니다.

직렬 병렬 배터리 팩이 직렬 전용 또는 병렬 전용 팩보다 낫습니까?

자동으로 아닙니다. 직렬-병렬 구성은 장치에 더 높은 전압과 더 높은 용량이 모두 필요할 때 유용하지만 최종 선택은 애플리케이션과 물리적 제약에 따라 달라집니다.

서로 다른 배터리 셀을 병렬로 연결할 수 있나요?

모델, 용량, 전압, 내부저항, 상태 등이 다른 셀을 함부로 연결해서는 안 됩니다. 적격 배터리 설계는 호환 가능하고 적절하게 일치하는 셀을 사용해야 합니다.

결론

배터리 팩 구성의 기본 규칙은 다음과 같습니다.

시리즈는 전압을 증가시킵니다.

병렬은 용량과 전류 성능을 증가시킵니다.

직렬 병렬은 전압과 용량을 모두 증가시킵니다.

OEM 장치의 경우 올바른 구성도 일치해야 합니다.

• 전압 범위;

• 용량 및 에너지

• 현재 수요;

• 충전기;

• BMS;

• 셀 매칭;

• 기계적 공간;

• 커넥터;

• 온도;

• 테스트 요구 사항.

예를 들어:

• 2S1P는 더 높은 전압을 제공합니다.

• 1S2P는 동일한 셀 전압에서 더 높은 용량을 제공합니다.

• 2S2P는 더 높은 전압과 더 높은 용량을 모두 제공합니다.

맞춤형 배터리 팩을 개발하는 경우 ZERNE 기술팀과 장치 전압, 목표 용량, 전류 수요, 크기, 충전 방법 및 예상 수량을 공유하십시오. ZERNE은 OEM 및 ODM 프로젝트를 위한 맞춤형 리튬 배터리 팩 솔루션을 제공하며 적절한 직렬, 병렬 또는 직렬 병렬 구성을 평가하는 데 도움을 줄 수 있습니다.