Cara Mengira Kapasiti Pek Bateri Litium-Ion

Mengira kapasiti pek bateri lithium-ion memerlukan lebih daripada menambah kapasiti yang dicetak pada setiap sel.

Kapasiti akhir bergantung pada cara sel disambungkan:

• Sambungan siri meningkatkan voltan.

• Sambungan selari meningkatkan kapasiti amp-jam.

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

Sebagai contoh, empat sel 3.7 V, 1000 mAh boleh disusun dengan cara yang berbeza:

• 4S1P: kira-kira 14.8 V, 1000 mAh

• 2S2P: kira-kira 7.4 V, 2000 mAh

• 1S4P: kira-kira 3.7 V, 4000 mAh

Oleh itu, bilangan sel yang sama boleh menghasilkan spesifikasi pek bateri yang sangat berbeza.

Panduan ini menerangkan cara mengira kapasiti pek bateri lithium-ion dalam mAh, Ah dan Wh. Ia juga menjelaskan perbezaan antara kapasiti undian dan kapasiti boleh guna supaya jurutera OEM boleh menyediakan spesifikasi bateri yang lebih tepat.

Untuk perhubungan yang lebih luas antara voltan, kapasiti, BMS dan masa jalan, lihat Reka Bentuk Pek Bateri Litium-Ion: Voltan, Kapasiti, BMS dan Masa Jalan.

Jawapan Pantas: Bagaimana Anda Mengira Kapasiti Pek Bateri?

Untuk sel yang dipadankan dengan kapasiti yang sama:

Kapasiti Pek dalam Ah

Kapasiti pek (Ah) = Kapasiti satu sel (Ah) × Bilangan sel selari

Kapasiti Pek dalam mAh

Kapasiti pek (mAh) = Kapasiti satu sel (mAh) × Bilangan kumpulan sel selari

Voltan Pek

Voltan pek (V) = Voltan sel nominal (V) × Bilangan sel dalam siri

Tenaga Pek

Tenaga pek (Wh) = Voltan pek (V) × Kapasiti pek (Ah)

Bilangan sel yang disambungkan secara bersiri diwakili oleh S . Bilangan sel yang disambung secara selari diwakili oleh P.

Contohnya:

• 2S1P bermaksud dua sel dalam siri dan satu laluan selari.

• 1S2P bermaksud satu kumpulan sel dalam siri dan dua sel selari.

• 3S2P bermaksud tiga kumpulan siri dengan dua sel selari dalam setiap kumpulan.

1. Memahami Kapasiti, Voltan dan Tenaga

Sebelum mengira pek bateri, adalah penting untuk membezakan antara tiga nilai asas.

Kapasiti

Kapasiti menerangkan berapa banyak cas elektrik yang boleh disimpan oleh bateri. Ia biasanya dinyatakan dalam:

• Miliamp-jam, atau mAh

• Amp-hours, atau Ah

Penukarannya ialah:

1 Ah = 1000 mAh

Sel 3000 mAh bersamaan dengan sel 3 Ah.

Voltan

Voltan menerangkan potensi elektrik bateri. Ia biasanya dinyatakan dalam volt.

Bagi kebanyakan sel litium-ion dan litium-polimer standard, voltan nominal adalah lebih kurang 3.6 V atau 3.7 V. Nilai tepat bergantung pada kimia sel dan spesifikasi pengilang.

Tenaga

Tenaga menggabungkan voltan dan kapasiti. Ia dinyatakan dalam watt-jam.

Tenaga (Wh) = Voltan (V) × Kapasiti (Ah)

Penarafan mAh yang lebih tinggi tidak selalu bermakna jumlah tenaga yang lebih tinggi jika voltan bateri berbeza.

Contohnya:

• 3.7 V × 2 Ah = 7.4 Wh

• 7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Kedua-dua pek mempunyai kapasiti amp-jam yang sama tetapi tenaga berbeza kerana voltannya berbeza.

2. Bagaimana Sambungan Siri Mempengaruhi Kapasiti

Apabila sel disambungkan secara bersiri, terminal positif satu sel bersambung ke terminal negatif sel seterusnya.

Sambungan siri meningkatkan voltan.

Untuk sel yang sepadan yang disambungkan secara bersiri:

• Voltan meningkat

• Kapasiti Ah kekal lebih kurang sama

• Jumlah tenaga bertambah kerana voltan meningkat

Contoh: Pek Bateri 2S1P

Andaikan setiap sel mempunyai:

• Voltan nominal: 3.7 V

• Kapasiti: 1000 mAh

Pek 2S1P mengandungi dua sel secara bersiri.

Voltan pek:

3.7 V × 2 = 7.4 V

Kapasiti pek:

1000 mAh

Tenaga pek:

7.4 V × 1 Ah = 7.4 Wh

Oleh itu, pek bateri 2S1P adalah lebih kurang:

7.4 V, 1000 mAh, 7.4 Wh

Jadual Konfigurasi Siri

Ini adalah nilai nominal berdasarkan sel 3.7 V. Voltan cas penuh adalah lebih tinggi dan mesti dipertimbangkan semasa memilih pengecas dan sistem perlindungan.

3. Bagaimana Sambungan Selari Mempengaruhi Kapasiti

Apabila sel disambung secara selari, terminal positifnya disambungkan bersama dan terminal negatifnya disambungkan bersama.

Sambungan selari meningkatkan kapasiti.

Untuk sel yang dipadankan disambung secara selari:

• Voltan kekal lebih kurang sama

• Ah kapasiti meningkat

• Keupayaan semasa mungkin meningkat

• Jumlah tenaga bertambah kerana kapasiti bertambah

Contoh: Pek Bateri 1S2P

Andaikan setiap sel mempunyai:

• Voltan nominal: 3.7 V

• Kapasiti: 1000 mAh

Pek 1S2P mengandungi dua sel selari.

Voltan pek:

3.7 V

Kapasiti pek:

1000 mAh × 2 = 2000 mAh

Tenaga pek:

3.7 V × 2 Ah = 7.4 Wh

Oleh itu, pek bateri 1S2P adalah lebih kurang:

3.7 V, 2000 mAh, 7.4 Wh

Jadual Konfigurasi Selari

Pengiraan kapasiti selari mengandaikan bahawa sel mempunyai model, kapasiti, keadaan dan ciri elektrik yang sama.

4. Cara Mengira Pek Bateri Selari Siri

Pek bateri selari bersiri menggabungkan kedua-dua kaedah sambungan.

Formula umum ialah:

Voltan pek = Voltan sel × S

Kapasiti pek = Kapasiti sel × P

Jumlah bilangan sel = S × P

di mana:

• S = bilangan sel dalam siri

• P = bilangan sel selari

Contoh: Pek Bateri 2S2P

Andaikan setiap sel mempunyai:

• Voltan nominal: 3.7 V

• Kapasiti: 1000 mAh

Untuk pek 2S2P:

Voltan pek:

3.7 V × 2 = 7.4 V

Kapasiti pek:

1000 mAh × 2 = 2000 mAh

Jumlah bilangan sel:

2 × 2 = 4 sel

Tenaga pek:

7.4 V × 2 Ah = 14.8 Wh

Hasilnya ialah:

7.4 V, 2000 mAh, 14.8 Wh

Contoh: Pek Bateri 3S2P

Menggunakan sel 3.7 V, 1000 mAh yang sama:

Voltan pek:

3.7 V × 3 = 11.1 V

Kapasiti pek:

1000 mAh × 2 = 2000 mAh

Jumlah bilangan sel:

3 × 2 = 6 sel

Tenaga pek:

11.1 V × 2 Ah = 22.2 Wh

Hasilnya ialah:

11.1 V, 2000 mAh, 22.2 Wh

Untuk penjelasan yang lebih luas tentang cara konfigurasi ini mempengaruhi keserasian peranti, lihat Siri lwn. Pek Bateri Selari.

5. Cara Mengira Kiraan Selari Yang Diperlukan

Jika kapasiti sasaran dan kapasiti sel individu diketahui, bilangan sel selari yang diperlukan boleh dianggarkan dengan:

Kiraan selari = Kapasiti pek sasaran ÷ Kapasiti sel

Contoh: 7.4 V, 3000 mAh Sasaran

Andaikan:

• Voltan nominal sasaran: 7.4 V

• Kapasiti sasaran: 3000 mAh

• Voltan nominal sel: 3.7 V

• Kapasiti sel: 1500 mAh

Langkah 1: Tentukan kiraan siri.

7.4 V ÷ 3.7 V = 2S

Langkah 2: Tentukan kiraan selari.

3000 mAh ÷ 1500 mAh = 2P

Konfigurasi awal ialah:

2S2P

Jumlah bilangan sel:

2 × 2 = 4 sel

Contoh: 11.1 V, 5000 mAh Sasaran

Andaikan:

• Voltan nominal sasaran: 11.1 V

• Kapasiti sasaran: 5000 mAh

• Voltan nominal sel: 3.7 V

• Kapasiti sel: 2500 mAh

Kiraan siri:

11.1 V ÷ 3.7 V = 3S

Kiraan selari:

5000 mAh ÷ 2500 mAh = 2P

Konfigurasi awal ialah:

3S2P

Jumlah bilangan sel:

3 × 2 = 6 sel

Pengiraan ini menyediakan konfigurasi awal. Reka bentuk akhir masih perlu mengesahkan permintaan semasa, ruang yang tersedia, keupayaan pelepasan sel, keperluan perlindungan dan kemungkinan pengeluaran.

6. Cara Mengira Tenaga Pek Bateri dalam Wh

Kapasiti amp-jam berguna untuk membandingkan bateri dengan voltan yang sama. Watt-hours lebih berguna apabila membandingkan pek dengan tahap voltan yang berbeza.

Formulanya ialah:

Tenaga pek (Wh) = Voltan pek nominal (V) × Kapasiti pek (Ah)

Contoh Perbandingan

Nilai mAh adalah sama dalam contoh ini, tetapi jumlah tenaga berubah dengan voltan.

Inilah sebabnya mengapa pasukan OEM tidak seharusnya membandingkan pek bateri menggunakan mAh sahaja. Apabila voltan berbeza, bandingkan watt-jam juga.

7. Kapasiti Dinilai lwn. Kapasiti Boleh Digunakan

Kapasiti yang dicetak pada bateri biasanya merupakan kapasiti terkadar atau nominal yang diukur di bawah keadaan ujian tertentu.

Kapasiti boleh guna sebenar mungkin lebih rendah kerana:

• Arus nyahcas

• Voltan pemotongan

• Suhu

• Penuaan sel

• Rintangan dalaman

• Had perlindungan BMS

• Penukaran kuasa peranti

• Rizab hayat perkhidmatan yang diperlukan

Formula konsep yang mudah ialah:

Kapasiti boleh guna ≈ Kapasiti ternilai × Faktor penurunan nilai yang berkenaan

Faktor penurunan harga bukanlah nombor universal. Ia mesti diwujudkan mengikut lembaran data sel, keadaan pelepasan dan keperluan aplikasi.

Sebagai contoh, pek 2000 mAh mungkin tidak menghantar tepat 2000 mAh dalam setiap aplikasi jika:

• Bebannya tinggi;

• Peranti berhenti sebelum sel mencapai voltan minimumnya;

• Suhu rendah;

• Pek itu telah berumur;

• BMS memutuskan sambungan beban untuk perlindungan.

Oleh itu pek hendaklah ditentukan dengan kedua-duanya:

• Kapasiti dinilai

• Kapasiti boleh guna yang diperlukan dalam keadaan yang ditetapkan

8. Mengapa Pemadanan Sel Penting

Formula kapasiti asas menganggap bahawa semua sel dipadankan.

Sel yang digunakan dalam pek yang sama hendaklah serasi dari segi:

• Kapasiti

• Voltan

• Rintangan dalaman

• Model sel

• Kumpulan pengeluaran

• Keadaan penuaan

• Keadaan caj

Jika sel mempunyai ciri yang berbeza dengan ketara, sel yang paling lemah mungkin mencapai had voltannya lebih awal daripada yang lain. Ini boleh mengurangkan kapasiti boleh guna pek lengkap dan meningkatkan keperluan pengimbangan.

Untuk perbincangan yang lebih mendalam tentang ketidakkonsistenan sel, lihat Mengapa Pek Bateri Litium-Ion Menjadi Tidak Konsisten dan Perkara yang Perlu Dilakukan.

Dalam spesifikasi OEM, adalah lebih baik untuk menentukan model sel yang diperlukan dan keperluan pemadanan daripada hanya menyatakan kapasiti bateri sasaran.

9. Bagaimana Kapasiti Sel Mempengaruhi Saiz Pek

Sel berkapasiti lebih tinggi mungkin mengurangkan bilangan sel selari yang diperlukan, tetapi ia juga mungkin lebih besar secara fizikal atau mempunyai ciri nyahcas yang berbeza.

Jurutera OEM harus menilai:

• Dimensi sel

• Susun atur pek

• Ruang yang tersedia

• Kapasiti sasaran

• Permintaan semasa

• Berat badan

• Keadaan terma

• Ketersediaan sel

Sebagai contoh, sel 3000 mAh mungkin membenarkan kiraan selari yang lebih kecil daripada sel 1500 mAh. Walau bagaimanapun, jika sel 3000 mAh terlalu besar atau tidak dapat memenuhi arus yang diperlukan, ia mungkin bukan pilihan terbaik.

Oleh itu, pengiraan kapasiti harus digabungkan dengan semakan kemungkinan mekanikal dan elektrik.

10. Contoh Pengiraan Kapasiti untuk Pek OEM Tersuai

Andaikan peranti OEM memerlukan:

• Voltan nominal: kira-kira 7.4 V

• Kapasiti sasaran: 4000 mAh

• Voltan nominal sel: 3.7 V

• Kapasiti sel: 2000 mAh

Langkah 1: Kira kiraan siri.

7.4 V ÷ 3.7 V = 2S

Langkah 2: Kira kiraan selari.

4000 mAh ÷ 2000 mAh = 2P

Langkah 3: Kira jumlah bilangan sel.

2S × 2P = 4 sel

Langkah 4: Kira tenaga nominal.

7.4 V × 4 Ah = 29.6 Wh

Spesifikasi pek awal ialah:

2S2P, 7.4 V nominal, 4000 mAh, kira-kira 29.6 Wj

Sebelum konfigurasi ini diluluskan, pengilang OEM dan bateri hendaklah mengesahkan:

• Sama ada sel boleh membekalkan arus yang diperlukan;

• Sama ada pek itu sesuai dengan ruang yang ada;

• Sama ada BMS dengan pengimbangan diperlukan;

• Sama ada pengecas serasi;

• Sama ada penyambung dan pendawaian menyokong beban;

• Sama ada kapasiti sasaran diukur di bawah keadaan ujian yang diperlukan.

11. Kesilapan Pengiraan Kapasiti Pek Bateri Biasa

Kesilapan 1: Menambah Kapasiti dalam Siri

Pek 2S1P yang diperbuat daripada dua sel 1000 mAh bukanlah pek 2000 mAh. Ia adalah lebih kurang 7.4 V dan 1000 mAh.

Kesilapan 2: Mengabaikan Kiraan Selari

Jika pek menggunakan berbilang laluan selari, kapasiti mesti didarab dengan bilangan sel selari.

Kesilapan 3: Membandingkan mAh Tanpa Membandingkan Voltan

Pek 2000 mAh pada 3.7 V dan pek 2000 mAh pada 7.4 V tidak mengandungi jumlah tenaga yang sama.

Kesilapan 4: Menggunakan Voltan Caj Penuh untuk Pengiraan Tenaga

Tenaga nominal biasanya dikira menggunakan voltan nominal, bukan voltan pengecasan maksimum.

Kesilapan 5: Menganggap Kapasiti Dinilai Sama dengan Kapasiti Boleh Digunakan

Kapasiti boleh guna sebenar bergantung pada tetapan arus, suhu, voltan potong, penuaan dan perlindungan.

Kesilapan 6: Mencampurkan Model Sel Berbeza

Sel dengan kapasiti berbeza, rintangan dalaman atau keadaan penuaan tidak boleh digabungkan secara santai dalam pek yang sama.

Kesilapan 7: Mengabaikan Permintaan Kuasa Peranti

Pengiraan kapasiti sahaja tidak menentukan masa jalan. Masa jalan juga bergantung pada kuasa peranti dan kecekapan sistem.

Untuk kaedah pengiraan masa jalan yang berasingan, lihat Cara Mengira Masa Jalan untuk Pek Bateri Litium.

12. Senarai Semak Pengiraan Kapasiti untuk Pembeli OEM

Sebelum meminta sebut harga pek bateri, sahkan:

• Voltan nominal sasaran

• Voltan peranti minimum dan maksimum

• Kapasiti sasaran dalam mAh atau Ah

• Tenaga boleh guna yang diperlukan dalam Wh

• Voltan nominal sel

• Kapasiti berkadar sel

• Kiraan siri yang diperlukan

• Kiraan selari yang diperlukan

• Jumlah bilangan sel

• Arus berterusan

• Arus puncak

• Suhu operasi

• Ruang bateri yang tersedia

• Kaedah pengecasan

• BMS atau keperluan perlindungan

• Keadaan ujian kapasiti

• Jangkaan masa jalan

• Prototaip dan kuantiti pengeluaran

Angka kapasiti hendaklah sentiasa disambungkan kepada keadaan ujian yang ditentukan. Sebut harga yang menyatakan hanya 'pek bateri 4000 mAh' tidak lengkap melainkan pembekal juga mengenal pasti voltan, model sel, konfigurasi dan keadaan pengukuran.

Soalan Lazim

Bagaimanakah cara saya mengira kapasiti pek bateri lithium-ion?

Darabkan kapasiti satu sel dengan bilangan sel yang disambung secara selari. Contohnya, empat sel 1000 mAh dalam konfigurasi 2S2P menyediakan lebih kurang kapasiti 2000 mAh.

Adakah sambungan siri meningkatkan kapasiti bateri?

Tidak. Sambungan siri meningkatkan voltan. Kapasiti amp-jam biasanya kekal lebih kurang sama dengan kapasiti satu kumpulan selari.

Adakah sambungan selari meningkatkan kapasiti bateri?

ya. Sambungan selari meningkatkan kapasiti amp-jam mengikut bilangan sel selari.

Berapakah kapasiti pek bateri 2S2P?

Jika setiap sel dinilai pada 3.7 V dan 1000 mAh, pek 2S2P adalah lebih kurang 7.4 V dan 2000 mAh, dengan empat jumlah sel.

Bagaimanakah saya boleh mengira watt-jam pek bateri?

Darabkan voltan pek nominal dengan kapasiti dalam amp-jam. Pek 7.4 V, 2 Ah mengandungi lebih kurang 14.8 Wh tenaga nominal.

Adakah bateri 3.7 V, 2000 mAh sama dengan bateri 7.4 V, 2000 mAh?

Tidak. Pek 7.4 V, 2000 mAh mengandungi lebih kurang dua kali ganda tenaga nominal pek 3.7 V, 2000 mAh.

Mengapakah kapasiti bateri sebenar lebih rendah daripada nilai undian?

Hasilnya boleh dipengaruhi oleh arus nyahcas, suhu, voltan potong, penuaan sel, rintangan dalaman, tetapan BMS dan keadaan pengukuran.

Berapakah bilangan sel yang saya perlukan untuk pek bateri tersuai?

Jumlah bilangan sel ialah:

Jumlah sel = Kiraan siri × Kiraan selari

Kiraan akhir juga mesti memenuhi keperluan voltan, kapasiti, arus, saiz, berat dan perlindungan.

Kesimpulan

Mengira kapasiti pek bateri litium-ion bermula dengan memahami perbezaan antara sambungan siri dan selari.

Rumus teras ialah:

Voltan pek = Voltan sel × Kiraan siri

Kapasiti pek = Kapasiti sel × Kiraan selari

Jumlah sel = Kiraan siri × Kiraan selari

Tenaga pek = Voltan pek × Kapasiti pek dalam Ah

Contohnya, menggunakan sel 3.7 V, 1000 mAh:

• 1S1P = 3.7 V, 1000 mAh

• 2S1P = 7.4 V, 1000 mAh

• 1S2P = 3.7 V, 2000 mAh

• 2S2P = 7.4 V, 2000 mAh

Pengiraan ini menyediakan titik permulaan untuk reka bentuk pek bateri. Bateri akhir masih mesti diperiksa untuk permintaan semasa, padanan sel, kapasiti boleh guna, keperluan BMS, kesesuaian mekanikal, keserasian pengecasan dan kebolehlaksanaan pengeluaran.

Jika anda sedang membangunkan pek bateri litium-ion tersuai, kongsi voltan sasaran, kapasiti, permintaan semasa, ruang yang tersedia, keperluan masa jalan dan kuantiti yang dijangkakan dengan pasukan teknikal ZERNE. ZERNE menyediakan penyelesaian pek bateri litium tersuai untuk projek OEM dan ODM dan boleh membantu menukar sasaran kapasiti awal kepada konfigurasi bateri yang praktikal.