Siri lwn Pek Bateri LiPo Selari: Voltan, Kapasiti dan Keperluan Perlindungan

Sambungan siri dan selari membolehkan pengeluar bateri membina pek di sekeliling voltan, kapasiti, masa jalan dan keperluan kuasa peranti.

Peraturan asas kelihatan mudah: sambungan siri meningkatkan voltan, manakala sambungan selari meningkatkan kapasiti. Walau bagaimanapun, dalam amalan, memilih konfigurasi juga mempengaruhi voltan pengecasan, keupayaan arus, pengimbangan sel, pendawaian, litar perlindungan, susun atur fizikal dan tingkah laku kegagalan.

Pek bateri lipo 2S1P dan pek bateri lipo 1S2P mungkin mengandungi bilangan sel yang sama dan menyimpan lebih kurang jumlah tenaga yang sama, tetapi ia tidak boleh ditukar ganti. Satu membekalkan voltan yang lebih tinggi, manakala satu lagi mengekalkan voltan sel tunggal dan menyediakan kapasiti ampere-jam yang lebih besar.

Panduan ini menerangkan cara pek bateri LiPo siri, selari dan siri selari berfungsi, cara mengira spesifikasi elektrik utamanya dan keperluan perlindungan yang perlu dipertimbangkan sebelum memilih struktur pek.

Pengambilan Utama

• Sel yang disambungkan secara bersiri meningkatkan voltan pek tetapi tidak menambah kapasiti ampere-jamnya.

• Sel yang disambung secara selari meningkatkan kapasiti sambil mengekalkan voltan satu sel.

• Konfigurasi siri selari meningkatkan kedua-dua voltan dan kapasiti.

• Huruf S menunjukkan bilangan kumpulan sel yang disambungkan secara siri.

• Huruf P menunjukkan bilangan sel yang disambung secara selari dalam setiap kumpulan.

• Pek 2S2P mengandungi empat sel yang disusun sebagai dua kumpulan siri dengan dua sel dalam setiap kumpulan selari.

• Watt-hours memberikan perbandingan tenaga yang lebih baik daripada mAh apabila pek mempunyai voltan yang berbeza.

• Kumpulan bersiri memerlukan pemantauan voltan individu dan mungkin memerlukan pengimbangan.

• Sel dalam kumpulan selari mesti dipadankan rapat dan dibawa ke voltan yang sesuai sebelum sambungan kekal.

• Papan perlindungan mesti sepadan dengan kimia sel, kiraan siri, voltan pengecasan, arus berterusan, arus puncak dan fungsi yang diperlukan.

• Menambah sel selari tidak menggandakan arus pek selamat secara automatik di bawah setiap keadaan operasi.

• Pek dengan voltan, kapasiti, umur atau keadaan cas yang berbeza tidak boleh digabungkan tanpa reka bentuk yang direka bentuk.

• Konfigurasi bateri, pengecas, BMS, penyambung, pendawaian dan sistem kuasa peranti mesti dinilai bersama.

Apakah Maksud 1S, 2S, 2P dan 2S2P?

Konfigurasi pek bateri biasanya diterangkan menggunakan huruf S dan P.

• S bermaksud siri.

• P bermaksud selari.

• Nombor sebelum setiap huruf menunjukkan bilangan sel atau kumpulan sel yang menggunakan sambungan itu.

Contoh biasa termasuk:

Jumlah bilangan sel boleh dikira sebagai:

Jumlah sel = Kiraan siri × Kiraan selari

Contohnya:

3S2P = 3 × 2 = 6 sel

Dalam kebanyakan spesifikasi bateri, konfigurasi yang ditulis hanya sebagai '2S' difahami bermaksud 2S1P melainkan kiraan selari dinyatakan secara berasingan. Walau bagaimanapun, untuk projek OEM, kedua-dua nilai harus didokumenkan untuk mengelakkan kekaburan.

Sekilas Pandang Pek Bateri LiPo Siri lwn Selari

Perbandingan berikut menganggap sel yang sama dengan kimia, voltan nominal, kapasiti dan keupayaan nyahcas yang sama.

Ini adalah prinsip konfigurasi dan bukannya penilaian pek siap yang dijamin. Prestasi sebenar mungkin dihadkan oleh spesifikasi sel, sambungan, papan perlindungan, penyambung, saiz kabel, suhu dan reka bentuk produk.

Cara Pek Bateri LiPo Bersiri Berfungsi

Sel disambungkan secara bersiri dengan menyambungkan terminal positif satu sel ke terminal negatif yang seterusnya. Dua terminal luar yang tinggal membentuk keluaran pek.

Arus yang sama melalui setiap sel atau kumpulan selari dalam laluan siri.

Bagaimana Sambungan Siri Mempengaruhi Voltan

Voltan pek nominal ialah jumlah voltan nominal sel bersambung siri:

Voltan nominal pek = Voltan nominal sel × Kiraan siri

Untuk sel 3.7 V standard:

Voltan cas penuh dikira sebagai:

Voltan pek maksimum = Had cas sel × Kiraan siri

Nilai 4.2 V digunakan pada sel polimer litium-ion konvensional yang direka untuk had cas tersebut. Kimia voltan tinggi mungkin memerlukan 4.35 V, 4.4 V, atau had tertentu lain bagi setiap sel.

Produk yang direka bentuk sekitar Oleh itu, bateri LiPo voltan tinggi memerlukan pengecas dan sistem perlindungan yang serasi. Had cas setiap sel yang lebih tinggi tidak boleh diandaikan daripada voltan nominal sahaja.

Bagaimana Sambungan Siri Mempengaruhi Kapasiti

Menyambungkan sel 1000 mAh yang serupa secara bersiri tidak menambah rating mAhnya.

Contohnya:

• Satu sel 3.7 V 1000 mAh: 3.7 V, 1000 mAh

• Dua sel dalam siri: 7.4 V, 1000 mAh

• Tiga sel dalam siri: 11.1 V, 1000 mAh

Pek mengandungi lebih banyak tenaga kerana voltannya telah meningkat, walaupun nilai Ah kekal tidak berubah.

Bagaimana Sambungan Siri Mempengaruhi Semasa

Dalam pek 2S1P, arus yang sama melalui kedua-dua sel. Jika sel dinilai untuk arus berterusan yang diberikan, menambah satu lagi sel yang serupa dalam siri tidak menggandakan penilaian semasa secara automatik.

Arus pek siap dihadkan oleh nilai terpakai terendah antara:

• Arus nyahcas berterusan sel

• Keupayaan arus puncak sel

• Kedudukan semasa PCM atau BMS

• MOSFET dan reka bentuk deria semasa

• Jalur nikel, tab, bar bas atau kapasiti PCB

• Saiz wayar

• Penilaian penyambung

• Fius atau komponen pengehad arus

• Keadaan terma

Voltan pek yang lebih tinggi mungkin membenarkan peranti memperoleh kuasa yang sama pada arus yang lebih rendah, tetapi itu bergantung pada seni bina beban dan penukaran kuasa.

Mengapa Pek Siri Memerlukan Pemantauan Kumpulan Sel

Sel bersiri tidak kekal sama sempurna sepanjang hayat perkhidmatannya. Perbezaan kecil dalam kapasiti, rintangan dalaman, nyahcas diri, suhu dan penuaan boleh menyebabkan keadaan casnya berbeza.

Semasa pengecasan, satu kumpulan siri mungkin mencapai had voltan atasnya sebelum yang lain. Semasa pelepasan, kumpulan yang paling lemah mungkin mencapai had bawahnya terlebih dahulu.

Oleh itu, sistem perlindungan dan pemantauan mesti bertindak balas kepada voltan kumpulan siri individu dan bukannya hanya bergantung pada jumlah voltan pek.

Jumlah bacaan pek 8.0 V, sebagai contoh, tidak membuktikan bahawa pek 2S adalah seimbang. Ia boleh terdiri daripada:

• 4.0 V dan 4.0 V

• 4.15 V dan 3.85 V

• 4.25 V dan 3.75 V

Contoh terakhir mempunyai jumlah voltan yang sama tetapi mungkin telah meletakkan satu kumpulan melebihi had yang dibenarkan.

Cara Pek Bateri LiPo Selari Berfungsi

Dalam sambungan selari, terminal positif disambungkan bersama dan terminal negatif disambungkan bersama.

Oleh itu, semua sel dalam kumpulan berkongsi voltan terminal yang sama.

Bagaimana Sambungan Selari Mempengaruhi Voltan

Voltan kekal sama dengan voltan satu sel:

Voltan pek = Voltan sel

Untuk dua sel standard 3.7 V yang disambung secara selari:

• Voltan nominal: 3.7 V

• Voltan cas penuh biasa: 4.2 V

• Konfigurasi: 1S2P

Menambah lebih banyak sel selari tidak menghasilkan 7.4 V atau 11.1 V. Ia terus membentuk kumpulan voltan tunggal.

Bagaimana Sambungan Selari Mempengaruhi Kapasiti

Kapasiti sel selari padan rapat ditambah:

Kapasiti pek = Kapasiti sel × Kiraan selari

Untuk sel 1000 mAh yang serupa:

Ini menjadikan pembinaan selari berguna apabila aplikasi memerlukan masa operasi yang lebih lama tetapi mesti mengekalkan platform voltan sel tunggal.

Bagaimana Sambungan Selari Mempengaruhi Keupayaan Semasa

Secara teorinya, sel-sel yang sama yang disambungkan melalui laluan arus seimbang boleh berkongsi beban. Oleh itu, dua sel yang sesuai secara selari mungkin memberikan lebih arus daripada satu sel.

Walau bagaimanapun, arus pek selamat tidak boleh dikira dengan mendarabkan penarafan sel tanpa penilaian lanjut.

Perkongsian semasa boleh dipengaruhi oleh:

• Rintangan dalaman sel

• Variasi kapasiti

• Perbezaan suhu

• Rintangan tab dan saling sambung

• Kedudukan sel dalam pek

• Simetri penghalaan kabel

• Perbezaan keadaan caj

• Penuaan

• Rintangan penyambung

• Had papan perlindungan

Satu sel mungkin membawa bahagian beban yang lebih besar jika ia mempunyai rintangan yang lebih rendah atau laluan arus yang lebih pendek. Pek itu kemudiannya boleh membangunkan pemanasan setempat walaupun jumlah arus kelihatan berada dalam had teori yang mudah.

Maksud kadar nyahcas dan hubungannya dengan kapasiti diterangkan lebih lanjut dalam apakah maksud penarafan C bagi bateri polimer litium.

Adakah Sel Selari Perlu Pengimbangan?

Sel selari yang disambungkan secara langsung berkongsi voltan terminal yang sama, jadi BMS biasanya menganggap kumpulan selari lengkap sebagai satu nod voltan.

Itu tidak bermakna pemadanan sel tidak diperlukan. Voltan terminal yang sama tidak menjamin kapasiti, rintangan, suhu atau sumbangan arus yang sama.

Sel yang dipilih untuk satu kumpulan selari biasanya mempunyai serasi:

• Kimia

• Had voltan cas

• Kapasiti

• Rintangan dalaman

• Ciri-ciri pelepasan

• Sejarah pengeluaran

• Umur dan keadaan kitaran

• Reka bentuk fizikal

• Keadaan pertuduhan semasa perhimpunan

Sel yang rosak atau terdegradasi dengan ketara boleh meletakkan beban tambahan pada sel yang tinggal dan mengurangkan kebolehpercayaan keseluruhan kumpulan.

Mengapa Voltan Mesti Diperiksa Sebelum Sambungan Selari

Sel pada voltan yang berbeza tidak sepatutnya disambungkan bersama.

Setelah disambungkan, sel voltan lebih tinggi boleh menyahcas dengan cepat ke dalam sel voltan rendah. Arus penyamaan yang terhasil mungkin dihadkan terutamanya oleh rintangan sel dan sambungan dan boleh menjadi lebih tinggi daripada arus pengecasan biasa.

Atas sebab ini, kumpulan selari harus dipasang melalui proses pembuatan terkawal menggunakan sel yang layak dan padan rapat. Pengguna akhir tidak boleh menambah sel baharu pada pek lama atau menyambung dua sel kantung longgar secara selari tanpa reka bentuk yang disahkan dan peralatan yang sesuai.

Cara Pek LiPo Selari Siri Berfungsi

Pek siri selari menggabungkan kedua-dua kaedah sambungan.

Pertimbangkan reka bentuk 2S2P yang diperbuat daripada empat sel 3.7 V, 1000 mAh yang serupa:

1. Dua sel disambung secara selari untuk membentuk kumpulan pertama 3.7 V, 2000 mAh.

2. Dua sel lagi membentuk kumpulan 3.7 V, 2000 mAh kedua.

3. Kedua-dua kumpulan selari disambung secara bersiri.

Spesifikasi teori yang terhasil ialah:

• Voltan nominal: 7.4 V

• Kapasiti: 2000 mAh

• Tenaga: 14.8 Wj

• Konfigurasi: 2S2P

• Jumlah sel: 4

Formulanya ialah:

Voltan pek = Voltan nominal sel × S

Kapasiti pek = Kapasiti sel × P

Jumlah bilangan sel = S × P

Tenaga nominal = Voltan pek × Kapasiti pek dalam Ah

Dalam reka bentuk ini, BMS memantau dua voltan kumpulan siri. Setiap kumpulan yang dipantau mengandungi dua sel selari.

Oleh itu, pek 2S2P tidak dipantau sebagai pek 4S. Memilih papan perlindungan mengikut jumlah bilangan sel individu dan bukannya kiraan siri adalah salah.

Membandingkan Voltan, Kapasiti dan Watt-Jam

Perbezaan antara pembinaan siri dan selari menjadi lebih jelas apabila pek dibandingkan menggunakan sel 3.7 V, 1000 mAh yang serupa.

Kedua-dua contoh 2S1P dan 1S2P mengandungi dua sel dan menyimpan kira-kira 7.4 Wh. Penarafan voltan dan kapasiti mereka berbeza, tetapi tenaga nominal teorinya adalah serupa.

Mereka masih tidak boleh digantikan antara satu sama lain kerana peranti melihat voltan input yang berbeza.

Mengapa mAh Sahaja Tidak Dapat Membandingkan Pek Bateri Berbeza

Pek 3.7 V 2000 mAh dan pek 7.4 V 1000 mAh kedua-duanya mengandungi kira-kira 7.4 Wj:

3.7 V × 2.0 Ah = 7.4 Wj

7.4 V × 1.0 Ah = 7.4 Wj

Melihat hanya pada mAh akan menjadikan pek pertama kelihatan mempunyai kapasiti dua kali ganda. Dari segi tenaga, mereka adalah serupa.

Oleh itu, jam Watt lebih berguna apabila membandingkan pek dengan voltan yang berbeza.

Walau bagaimanapun, Wh yang sama tidak menjamin masa jalan peranti yang sama. Masa operasi sebenar juga bergantung kepada:

• Kecekapan penukaran voltan

• Arus peranti pada voltan input yang berbeza

• Rintangan dalaman bateri

• Voltan pemotongan

• Kadar pelepasan

• Suhu

• Penuaan sel

• Penurunan voltan papan perlindungan

• Kapasiti boleh guna di bawah beban sebenar

Masa jalan akhirnya harus disahkan dalam peranti siap dan bukannya diramalkan daripada mAh sahaja.

Adakah Kiraan Siri Lebih Tinggi Memberikan Lebih Kuasa?

Peningkatan voltan boleh menjadikan lebih banyak kuasa tersedia, tetapi hanya jika sel, sistem perlindungan, pendawaian dan peranti boleh membekalkan dan menerima arus yang diperlukan.

Kuasa elektrik dikira sebagai:

Kuasa = Voltan × Arus

Pek 7.4 V yang menghantar 2 A menyediakan kira-kira 14.8 W. Pek 3.7 V perlu menghantar kira-kira 4 A untuk memberikan kuasa input yang sama, sebelum mengambil kira kerugian penukaran.

Ini adalah salah satu sebab pereka boleh memilih pek voltan lebih tinggi untuk motor, pemanas, pam, robotik atau produk lain yang memerlukan kuasa. Arus yang lebih rendah untuk kuasa yang sama boleh mengurangkan kehilangan konduktor, tetapi kiraan siri yang lebih tinggi juga meningkatkan voltan pengecas, kerumitan BMS, keperluan voltan komponen dan pertimbangan penebat.

Pemilihan harus bermula dengan julat input-voltan peranti dan profil beban dan bukannya andaian bahawa lebih banyak sel siri adalah lebih baik secara automatik.

Keperluan Perlindungan untuk Pek 1S

Pek satu siri hanya mempunyai satu kumpulan voltan, jadi ia tidak memerlukan pengimbangan antara sel siri.

PCMnya mungkin masih perlu menyediakan:

• Perlindungan cas berlebihan

• Perlindungan lebihan pelepasan

• Perlindungan lebihan arus

• Perlindungan litar pintas

• Kawalan caj dan pelepasan

• Pemantauan suhu

• Keluaran NTC

• Pengenalan bateri

• Tolok bahan api atau komunikasi

Pengecas mesti sepadan dengan kimia sel dan voltan cas maksimum. PCM mengganggu keadaan tidak normal, tetapi ia bukan pengganti pengecas yang dikawal dengan betul.

Dalam reka bentuk 1S2P atau 1S3P, litar perlindungan melihat kumpulan selari sebagai satu nod voltan berkapasiti lebih besar. Penarafan semasa mestilah berdasarkan beban pek lengkap, bukan kapasiti satu sel.

Keperluan Perlindungan untuk Pek Berbilang Siri

Reka bentuk siri 2S, 3S atau lebih tinggi memerlukan litar perlindungan yang sesuai untuk kiraan siri yang tepat itu.

BMS atau PCM berbilang sel mungkin perlu melakukan:

• Pemantauan voltan kumpulan siri individu

• Pek pemantauan semasa

• Caj perlindungan lebihan arus

• Perlindungan lebihan arus nyahcas

• Perlindungan litar pintas

• Potongan caj berlebihan

• Potongan pelepasan berlebihan

• Pengimbangan kumpulan sel

• Pemantauan suhu

• kawalan MOSFET

• Anggaran keadaan caj

• Rakaman kesalahan

• Komunikasi dengan peranti hos

Penarafan voltan komponen juga mesti menampung voltan pek maksimum, termasuk margin reka bentuk yang sesuai.

Mengapa Voltan Jumlah Pek Tidak Mencukupi

Memantau hanya jumlah voltan tidak boleh mengenal pasti kumpulan individu yang terlampau cas atau terlebih nyahcas.

Atas sebab ini, litar perlindungan 3S biasanya memerlukan akses kepada:

• Pek negatif

• Sambungan selepas kumpulan siri 1

• Sambungan selepas kumpulan siri 2

• Pek positif selepas kumpulan siri 3

Oleh itu, abah-abah pemantauan konvensional mempunyai satu sambungan voltan lebih daripada kiraan siri:

Sambungan deria voltan = S + 1

Pek dengan BMS bersepadu mungkin tidak mendedahkan sambungan ini secara luaran, tetapi ia masih diperlukan secara dalaman untuk pemantauan kumpulan siri individu.

Apa yang dilakukan oleh Pengimbangan Sel

Pengimbangan membantu mengehadkan perbezaan antara kumpulan bersiri.

Sistem pengimbangan pasif biasanya mengeluarkan sejumlah kecil tenaga daripada kumpulan voltan lebih tinggi supaya kumpulan yang lebih rendah boleh meneruskan pengecasan. Sistem pengimbangan aktif yang lebih maju boleh mengagihkan semula tenaga antara kumpulan.

Pengimbangan tidak dapat diperbetulkan sepenuhnya:

• Sel yang rosak

• Kehilangan kapasiti yang teruk

• Pelepasan diri yang tinggi

• Sambungan elektrik yang lemah

• Perbezaan rintangan dalaman utama

• Sel yang tidak dipadankan dengan betul

• Susun atur pek yang tidak sesuai

Pek yang berulang kali menimbulkan ketidakseimbangan yang besar harus diperiksa dan bukannya bergantung pada litar pengimbangan untuk menyembunyikan masalah yang mendasari.

Keperluan Perlindungan untuk Kumpulan Selari

Pembinaan selari mencipta satu set keutamaan reka bentuk yang berbeza.

Padanan Sel

Sel harus dipilih daripada kumpulan pengeluaran dan prestasi yang serasi. Mencampurkan sel yang berlainan kapasiti, kimia, had voltan, umur atau rintangan dalaman boleh menyebabkan perkongsian arus tidak sekata.

Kesan praktikal variasi sel dibincangkan dengan lebih terperinci dalam mengapa pek bateri litium-ion menjadi tidak konsisten.

Reka Bentuk Laluan Semasa

Rintangan antara sambungan hendaklah dikekalkan rendah dan seimbang secara munasabah. Susun atur hendaklah mengelak daripada memaksa satu sel atau tab untuk membawa bahagian arus yang tidak seimbang.

Faktor reka bentuk termasuk:

• Geometri tab

• Dimensi jalur nikel atau bar bas

• Ketebalan tembaga PCB

• Kedudukan sambungan

• Penempatan plumbum

• Kualiti kimpalan

• Jarak sel

• Pelesapan haba

• Lokasi penyambung

Penahanan Kesalahan

Dalam kumpulan selari yang disambungkan secara kekal, sel yang sihat mungkin membekalkan arus ke dalam sel yang gagal atau cawangan yang gagal.

Bergantung pada saiz pek dan penilaian risiko, reka bentuk mungkin memerlukan:

• Sambungan boleh lebur

• Had semasa cawangan

• Pemisahan terma

• Penderia suhu

• Bahan tahan api

• Halangan mekanikal

• Gabungan peringkat pek

• Ruang pengudaraan terkawal

• Fungsi pengesanan kerosakan tambahan

Pendekatan yang diperlukan bergantung pada tenaga pek, jenis sel, aplikasi, kepungan, keperluan pematuhan dan keadaan kegagalan yang boleh dijangka.

Penilaian Semasa Lembaga Perlindungan

BMS mesti menyokong jumlah semasa pek yang dijangkakan, termasuk:

• Arus operasi biasa

• Arus berterusan maksimum

• Lonjakan permulaan

• Arus gerai motor

• Pemanas masuk

• Puncak pemancar komunikasi

• Mengecas arus

• Ambang pengesanan kerosakan

Arus yang diiklankan papan tidak boleh dianggap sebagai arus peranti yang boleh digunakan tanpa memeriksa kehilangan MOSFET, kenaikan suhu, keadaan penyejukan, saiz konduktor dan pemasaan cutoff.

Keperluan Pengecas untuk Pek Siri dan Selari

Pengecas mesti sepadan dengan kimia pek, kiraan siri, had voltan cas dan arus pengecasan yang dibenarkan.

Untuk sel 4.2 V konvensional:

Pek 2S tidak boleh dicas menggunakan pengecas 1S. Begitu juga, pengecas yang dimaksudkan untuk sel 4.2 V standard mungkin tidak sesuai untuk kimia voltan tinggi dengan had cas yang berbeza.

Kapasiti selari mempengaruhi pengiraan pengecasan semasa. Jika dua sel yang sama diletakkan secara selari, pek yang sesuai mungkin menerima lebih jumlah arus daripada satu sel, tetapi nilai yang betul bergantung pada:

• Had kadar caj sel

• Kapasiti pek

• Suhu

• Perkongsian semasa selari

• Penarafan papan perlindungan

• Penarafan penyambung dan wayar

• Sasaran masa pengecasan

• Keperluan kitaran-hidup

Pengecas dan BMS menjalankan fungsi yang berbeza. Pengecas mengawal profil pengecasan, manakala sistem perlindungan bertindak balas kepada keadaan abnormal yang ditetapkan. Satu tidak boleh digunakan sebagai pengganti yang lain.

Keperluan Padanan Sel

Pek berbilang sel yang boleh dipercayai bermula dengan pemilihan sel yang sesuai.

Sel yang digunakan dalam pemasangan yang sama mungkin perlu dipadankan untuk:

• Model sel

• Kimia

• Kapasiti nominal

• Kapasiti yang diukur

• Voltan litar terbuka

• Rintangan dalaman

• Ketebalan dan dimensi

• Pelepasan diri

• Kumpulan pengeluaran

• Umur

• Sejarah kitaran

Padanan adalah penting dalam kedua-dua struktur siri dan selari.

Dalam rentetan siri, kumpulan kapasiti terendah atau rintangan tertinggi mungkin mencapai had voltannya dahulu dan mengehadkan kapasiti pek yang boleh digunakan.

Dalam kumpulan selari, perbezaan rintangan dan sambungan mempengaruhi cara arus dikongsi. Satu sel mungkin bekerja lebih keras dan menua lebih cepat daripada yang lain.

Pengeluar bateri harus menetapkan kriteria saringan sel yang sesuai dengan produk dan bukannya menggabungkan sel semata-mata kerana mereka mempunyai spesifikasi cetakan yang sama.

Bolehkah Pek LiPo Selesai Disambungkan dalam Siri?

Dua pek siap tidak boleh disambungkan secara bersiri melainkan sistem lengkap telah direka bentuk dan disahkan untuk susunan tersebut.

Masalah yang berpotensi termasuk:

• Keadaan caj yang berbeza

• Kapasiti atau umur yang berbeza

• Litar perlindungan yang tidak serasi

• Pembumian yang salah

• Ketidakserasian pengecas

• Jurang pemantauan keseimbangan

• Had voltan penyambung

• Tingkah laku pemotongan BMS yang tidak dijangka

• Satu pek sedang dicas terbalik oleh yang lain

• Prosedur perkhidmatan atau penggantian yang tidak selamat

Sesetengah pek yang dilindungi menggunakan pensuisan sisi rendah atau antara muka komunikasi yang menjadikan sambungan siri luaran tidak sesuai. Bateri yang selamat sebagai produk kendiri tidak selamat secara automatik apabila digabungkan dengan pek lain.

Jika aplikasi memerlukan voltan yang lebih tinggi, menggunakan pemasangan berbilang siri yang direka khas biasanya lebih dipercayai daripada menyambungkan bateri yang dilindungi secara bebas selepas pengeluaran.

Bolehkah Pek LiPo Selesai Disambungkan Selari?

Pek sedia tidak boleh disambung secara selari semata-mata kerana labelnya menunjukkan voltan nominal yang sama.

Sebelum operasi selari, reka bentuk mesti menangani:

• Perbezaan pek-voltan

• Perbezaan keadaan caj

• Kapasiti dan umur

• Rintangan dalaman

• interaksi BMS

• Arus terbalik

• Pengecasan-agihan semasa

• Urutan penyambung

• Penyingkiran pek semasa bertenaga

• Perlindungan cawangan

• Pengasingan sesar

Jika satu pek mempunyai voltan yang lebih tinggi, arus penyamaan yang besar boleh mengalir sebaik sahaja penyambung bersentuhan.

Modul bateri selari boleh direka bentuk dengan selamat, tetapi ia memerlukan kaedah sambungan yang ditetapkan, seni bina perlindungan yang serasi, pra-cas terkawal jika perlu dan tingkah laku kerosakan yang disahkan.

Bagaimana Konfigurasi Mempengaruhi Saiz dan Reka Letak Bateri

Menambah sel meningkatkan tenaga tetapi juga mengubah reka bentuk mekanikal.

Pemasangan siri dan selari boleh menjejaskan:

• Jumlah ketebalan

• Lebar dan panjang

• Berat badan

• Pusat graviti

• Ruang penghalaan kabel

• Jejari bengkok

• Pelesapan haba

• Elaun pengembangan sel

• Perlindungan jatuh

• Rintangan getaran

• Akses perkhidmatan

• Pemasangan kandang

Dua sel kantung yang diletakkan bersebelahan boleh menghasilkan pek yang lebar dan nipis. Menyusunnya boleh menghasilkan jejak yang lebih kecil dengan ketebalan yang lebih besar.

Struktur selari siri juga mungkin memerlukan:

• Penebat tambahan

• Lebih banyak mata kimpalan

• BMS yang lebih besar

• Pendawaian deria voltan

• Penderia suhu

• Bingkai sokongan yang lebih kukuh

• Pembalut pek yang lebih kompleks

• Peningkatan jarak di sekeliling tab dan komponen perlindungan

Oleh itu konfigurasi elektrik harus dipilih bersama-sama dengan petak bateri yang tersedia dan bukannya selepas kepungan telah dimuktamadkan.

Siri vs Selari: Konfigurasi Mana Yang Harus Anda Pilih?

Pilih kiraan siri mengikut voltan yang diperlukan oleh peranti.

Pilih kiraan selari mengikut tenaga, masa jalan, keupayaan semasa, ruang dan berat yang diperlukan.

Reka Bentuk Berfokuskan Siri Mungkin Sesuai Apabila:

• Peranti memerlukan voltan masukan yang lebih tinggi

• Motor atau pemanas beroperasi dengan lebih cekap pada voltan yang lebih tinggi

• Sistem ini menggunakan rel voltan di atas julat pek 1S

• Arus rendah lebih disukai untuk tahap kuasa tertentu

• Peranti sudah termasuk pengecas berbilang sel yang serasi

• Produk ini boleh memuatkan BMS berbilang siri

Reka Bentuk Berfokus Selari Mungkin Sesuai Apabila:

• Produk mesti mengekalkan platform nominal 3.7 V

• Masa jalan yang lebih lama diperlukan

• Satu sel tidak dapat menyediakan kapasiti yang mencukupi

• Lebih banyak arus keluaran diperlukan dalam keadaan operasi sel yang disahkan

• Kepungan boleh memuatkan berbilang sel

• Sistem pengecas dan perlindungan menyokong kapasiti dan arus yang terhasil

Reka Bentuk Selari Bersiri Mungkin Sesuai Apabila:

• Peranti memerlukan voltan yang lebih tinggi dan masa jalan yang lebih lama

• Rentetan siri tunggal tidak dapat memberikan arus yang diperlukan

• Keperluan tenaga melebihi kapasiti rentetan tunggal praktikal

• Ruang mesti diagihkan merentasi beberapa kedudukan sel

• Aplikasi ini membenarkan BMS tambahan dan kerumitan pemasangan

milik ZERNE penyelesaian bateri Li-polimer tersuai menyokong struktur sel tunggal, berbilang siri, selari dan siri-selari berdasarkan voltan peranti, kapasiti, saiz, arus, penyambung dan keperluan perlindungan.

Proses Pemilihan Konfigurasi Bateri Praktikal

1. Sahkan Julat Voltan Peranti

Kenal pasti:

• Voltan operasi minimum

• Voltan operasi biasa

• Voltan masukan selamat maksimum

• Keperluan voltan permulaan

• Voltan matikan

• Julat input pengatur voltan

• Voltan motor, pemanas atau penggerak

• Voltan masukan dan keluaran pengecas

Voltan pek maksimum yang dicas penuh mesti kekal dalam julat selamat setiap komponen yang disambungkan.

2. Tentukan Profil Muatkan

Rekod:

• Arus siap sedia

• Arus operasi biasa

• Arus berterusan maksimum

• Arus puncak

• Tempoh puncak

• Arus permulaan atau gerai

• Waktu operasi harian

• Masa jalan yang diperlukan setiap caj

Arus purata sahaja mungkin tidak mendedahkan sama ada sel, BMS dan penyambung boleh menyokong peristiwa arus tinggi pendek.

3. Kira Tenaga Yang Diperlukan

Anggaran pertama boleh dikira menggunakan:

Tenaga yang diperlukan dalam Wh = Kuasa purata dalam W × Masa operasi dalam jam

Reka bentuk praktikal juga harus mengambil kira:

• Kerugian penukaran voltan

• Penuaan bateri

• Kehilangan kapasiti suhu rendah

• Kendur voltan beban tinggi

• Kapasiti simpanan

• penggunaan BMS

• Penggunaan siap sedia peranti

• Kedalaman pelepasan yang dibenarkan

4. Pilih Kiraan Siri

Pilih bilangan kumpulan siri yang diperlukan untuk memenuhi voltan peranti.

Jangan gunakan voltan nominal sahaja. Semak:

• Voltan cas maksimum

• Julat operasi biasa

• voltan pemotongan BMS

• Ambang bawah voltan peranti

• Voltan pengecas

• Penilaian voltan komponen

5. Pilih Kiraan Selari

Tentukan berapa banyak kapasiti dan semasa satu rentetan siri boleh menyediakan. Tambahkan sel selari hanya apabila diperlukan untuk tenaga, masa jalan, semasa atau pembungkusan.

Lebih banyak sel selari juga menambah berat, isipadu, kos, mata kimpalan dan tenaga kerosakan.

6. Reka Bentuk Sistem Perlindungan

takrifkan:

• Kimia

• Kiraan siri

• Kapasiti pek

• Had caj semasa

• Arus nyahcas berterusan

• Arus dan tempoh puncak

• Ambang caj berlebihan

• Ambang pelepasan berlebihan

• Ambang lebihan semasa

• Tindak balas litar pintas

• Had suhu

• Strategi pengimbangan

• Keperluan komunikasi

7. Sahkan Pengecas dan Penyambung

Pengecas mesti sepadan dengan pek lengkap, manakala penyambung utama dan wayar mesti menyokong arus sebenar.

Siri penyambung, kekutuban, pinout, tolok wayar, panjang kabel dan sambungan baki hendaklah didokumenkan sebelum sampel dihasilkan.

8. Bina dan Uji Sampel

Pengesahan hendaklah dilengkapkan di dalam peranti sebenar.

Ujian yang berkaitan mungkin termasuk:

• Keserasian mengecas

• Voltan cas penuh

• Voltan kumpulan siri individu

• Pengimbangan sel

• Masa jalan

• Kejatuhan voltan beban maksimum

• Tindak balas puncak semasa

• Kenaikan suhu

• Tingkah laku pemotongan BMS

• Perlindungan litar pintas

• Pemanasan penyambung

• Penghalaan kabel

• Kesesuaian kandang

• Prestasi jatuh dan getaran

• Berbasikal berulang kali

• Penyimpanan dan pelepasan diri

The Sistem kawalan kualiti bateri li-polimer menyediakan maklumat tambahan tentang ujian sel, pemeriksaan pemasangan, pengesahan elektrik dan kawalan pek siap.

Contoh Konfigurasi Bekerja

Contoh 1: Peranti Penjejakan Padat

Katakan penjejak beroperasi daripada platform voltan sel tunggal dan memerlukan lebih masa jalan daripada yang boleh disediakan oleh satu sel 1000 mAh.

Konfigurasi yang mungkin adalah:

• Sel: 3.7 V, 1000 mAh

• Struktur: 1S2P

• Voltan pek: 3.7 V nominal

• Kapasiti pek: 2000 mAh

• Tenaga nominal: 7.4 Wh

Reka bentuk mengekalkan voltan pengecasan sel tunggal tetapi memerlukan litar perlindungan dan penyambung yang sesuai untuk gabungan arus dan kapasiti.

Contoh 2: Peranti Mudah Alih Memerlukan 7.4 V

Katakan produk pegang tangan memerlukan lebih kurang 7.4 V dan 2000 mAh.

Menggunakan sel 3.7 V, 2000 mAh:

• Struktur: 2S1P

• Voltan pek: 7.4 V nominal

• Kapasiti pek: 2000 mAh

• Tenaga nominal: 14.8 Wh

• Voltan cas penuh biasa: 8.4 V

Pek ini memerlukan sistem perlindungan 2S dan profil pengecasan litium-ion 8.4 V.

Contoh 3: Robot Memerlukan Voltan dan Kapasiti Lebih Tinggi

Katakan robot memerlukan 11.1 V nominal dan 4000 mAh. Menggunakan sel 2000 mAh:

• Struktur: 3S2P

• Jumlah sel: 6

• Voltan pek: 11.1 V nominal

• Kapasiti pek: 4000 mAh

• Tenaga nominal: 44.4 Wh

• Voltan cas penuh biasa: 12.6 V

BMS mesti memantau tiga kumpulan siri sambil menyokong arus normal robot, lonjakan permulaan dan kemungkinan arus gerai motor.

Kesilapan Reka Bentuk Bateri Siri dan Selari Biasa

Maklumat untuk Diberikan untuk Pek Bateri Tersuai

Pengilang boleh menilai konfigurasi siri dan selari dengan lebih tepat apabila maklumat berikut tersedia.

Keperluan Peranti

• Jenis produk

• Julat input-voltan yang diperlukan

• Voltan masukan selamat maksimum

• Arus operasi biasa

• Arus berterusan maksimum

• Arus dan tempoh puncak

• Masa jalan yang diperlukan

• Kaedah pengecasan

• Suhu operasi

• Ruang bateri yang tersedia

• Berat pek sasaran

Keperluan Bateri

• Kimia pilihan

• Voltan pek nominal

• Kapasiti yang diperlukan

• Keperluan tenaga

• Siri yang dijangkakan dan konfigurasi selari

• Sasaran kitaran-hidup

• Masa mengecas

• Kadar pelepasan yang diperlukan

• Keperluan suhu rendah atau tinggi

• Keperluan sel voltan tinggi

Keperluan Perlindungan

• PCM atau BMS

• Perlindungan overcharge dan over-discharge

• Perlindungan arus lebih dan litar pintas

• Nombor dan lokasi penderia suhu

• Pengimbangan sel

• Tolok bahan api

• Paparan keadaan cas

• SMBus, CAN atau protokol komunikasi lain

• Pengesahan atau pengenalan bateri

• Keperluan fius atau perlindungan cawangan

Keperluan Mekanikal dan Sambungan

• Ketebalan, lebar dan panjang maksimum

• Susunan sel

• Penutup atau pembalut

• Pengilang penyambung dan nombor bahagian

• Polariti dan pinout

• Tolok wayar

• Panjang kabel

• Imbangan plumbum

• NTC atau wayar komunikasi

• Melekap dan melegakan ketegangan

• Keperluan getaran dan jatuh

The pek bateri litium hendaklah dinyatakan sebagai sistem yang lengkap dan bukannya sebagai nilai voltan dan mAh sahaja.

Kesimpulan

Sambungan siri dan selari mempunyai tujuan yang berbeza dalam pek bateri LiPo.

Sambungan siri menaikkan voltan pek sambil mengekalkan kapasiti Ah bagi satu laluan siri. Sambungan selari mengekalkan voltan satu sel sambil menambah kapasiti dan berpotensi meningkatkan keupayaan arus. Struktur siri selari menggabungkan kedua-dua kesan.

Peraturan elektrik ini hanyalah titik permulaan. Pek siap juga mesti mengambil kira voltan cas maksimum, Watt-jam, beban peranti, padanan sel, perkongsian semasa, pengimbangan, arus BMS, suhu, pendawaian, penyambung, keserasian pengecas dan perlindungan mekanikal.

Untuk pek berbilang siri, sistem perlindungan mesti memantau voltan kumpulan siri individu dan sepadan dengan kiraan siri yang tepat. Untuk reka bentuk selari, sel padan rapat dan laluan arus terkawal adalah penting. Dalam mana-mana kes, nilai teori hendaklah disahkan melalui ujian peringkat pek dan peringkat peranti sebelum pengeluaran.

Soalan Lazim

Adakah penyambungan bateri LiPo secara bersiri meningkatkan kapasiti?

Ia meningkatkan jumlah tenaga tersimpan dan voltan pek, tetapi penarafan Ah atau mAh kekal sama dengan kapasiti satu laluan siri. Dua sel 3.7 V, 1000 mAh dalam siri membentuk pek 7.4 V, 1000 mAh.

Adakah penyambungan bateri LiPo secara selari meningkatkan voltan?

Tidak. Sel selari mengekalkan voltan satu sel semasa kapasitinya ditambah. Dua sel 3.7 V, 1000 mAh secara selari membentuk pek 3.7 V, 2000 mAh.

Apakah perbezaan antara 2S2P dan 4S1P?

Pek 2S2P mempunyai dua kumpulan siri dengan dua sel selari dalam setiap kumpulan. Pek 4S1P mempunyai empat sel secara bersiri, jadi ia memberikan dua kali voltan nominal tetapi separuh kapasiti Ah apabila sel yang sama digunakan.

Adakah pek 2S2P memerlukan BMS 2S atau 4S?

Ia biasanya memerlukan BMS 2S kerana sistem perlindungan memantau dua kumpulan voltan siri. BMS juga mesti menyokong jumlah kapasiti, arus cas, arus nyahcas dan keperluan pengimbangan kedua-dua kumpulan selari.

Bolehkah sel LiPo berkapasiti berbeza disambung secara selari?

Ia biasanya tidak boleh digabungkan dalam pek OEM melainkan reka bentuk lengkap telah dinilai secara khusus. Perbezaan dalam kapasiti, rintangan, umur atau keadaan boleh menghasilkan perkongsian arus yang tidak sekata dan kemerosotan yang dipercepatkan.

Bolehkah dua pek bateri LiPo yang dilindungi disambungkan secara selari?

Hanya jika sistem bateri telah direka bentuk untuk operasi modul selari. Perbezaan voltan pek, arus terbalik, interaksi BMS, urutan sambungan, dan perlindungan cawangan mesti ditangani.

Adakah penambahan sel selari menggandakan arus nyahcas?

Ia mungkin meningkatkan arus yang tersedia apabila sel yang sama dan laluan arus seimbang digunakan, tetapi arus pek siap yang selamat masih dihadkan oleh BMS, tab, interkoneksi, pendawaian, penyambung, suhu dan tingkah laku perkongsian semasa.

Konfigurasi yang manakah menyediakan masa jalan yang lebih lama: siri atau selari?

Masa jalan tidak boleh ditentukan daripada kiraan S atau P sahaja. Bandingkan jumlah Watt-jam dan uji peranti lengkap kerana voltan input, kecekapan penukaran, kelakuan beban, voltan potong, suhu dan kadar nyahcas juga mempengaruhi masa jalan yang boleh digunakan.