ซีรีส์เทียบกับชุดแบตเตอรี่ LiPo แบบขนาน: ข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้า ความจุ และการป้องกัน

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานช่วยให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่สามารถสร้างแพ็คตามแรงดันไฟฟ้า ความจุ รันไทม์ และกำลังไฟที่ต้องการของอุปกรณ์ได้

กฎพื้นฐานดูเรียบง่าย: การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่การเชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การเลือกการกำหนดค่ายังส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ ความสามารถในปัจจุบัน การปรับสมดุลของเซลล์ การเดินสายไฟ วงจรป้องกัน เค้าโครงทางกายภาพ และพฤติกรรมความล้มเหลว

ชุดแบตเตอรี่ lipo 2S1P และชุดแบตเตอรี่ lipo 1S2P อาจมีจำนวนเซลล์เท่ากันและกักเก็บพลังงานทั้งหมดเท่ากันโดยประมาณ แต่ไม่สามารถใช้แทนกันได้ ตัวหนึ่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ในขณะที่อีกตัวหนึ่งยังคงรักษาแรงดันไฟฟ้าแบบเซลล์เดียวและให้ความจุแอมแปร์ชั่วโมงที่มากกว่า

คู่มือนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของชุดแบตเตอรี่ LiPo แบบอนุกรม แบบขนาน และแบบขนาน วิธีคำนวณข้อกำหนดทางไฟฟ้าหลัก และข้อกำหนดในการป้องกันที่ควรพิจารณาก่อนเลือกโครงสร้างแพ็ค

ประเด็นสำคัญ

• เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแพ็คแต่ไม่ได้เพิ่มความจุเป็นแอมแปร์-ชั่วโมง

• เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุในขณะที่ยังคงรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้หนึ่งเซลล์

• การกำหนดค่าแบบอนุกรม-ขนานจะเพิ่มทั้งแรงดันไฟฟ้าและความจุ

• ตัวอักษร S ระบุจำนวนกลุ่มเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม

• ตัวอักษร P ระบุจำนวนเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบขนานภายในแต่ละกลุ่ม

• แพ็ก 2S2P ประกอบด้วยเซลล์สี่เซลล์ที่จัดเรียงเป็นสองกลุ่มชุด โดยมีสองเซลล์ในแต่ละกลุ่มคู่ขนาน

• วัตต์-ชั่วโมงให้การเปรียบเทียบพลังงานได้ดีกว่า mAh เมื่อแพ็คมีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน

• กลุ่มที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจำเป็นต้องมีการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าแยกกัน และอาจต้องมีการปรับสมดุล

• เซลล์ในกลุ่มขนานจะต้องจับคู่กันอย่างใกล้ชิดและนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมก่อนที่จะเชื่อมต่อแบบถาวร

• แผงป้องกันต้องตรงกับเคมีของเซลล์ จำนวนอนุกรม แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จ กระแสต่อเนื่อง กระแสสูงสุด และฟังก์ชันที่จำเป็น

• การเพิ่มเซลล์คู่ขนานจะไม่เพิ่มกระแสเซฟแพ็กเป็นสองเท่าโดยอัตโนมัติในทุกสภาวะการทำงาน

• บรรจุภัณฑ์ที่มีแรงดันไฟฟ้า ความจุ อายุ หรือสถานะการชาร์จต่างกัน ไม่ควรนำมารวมกันโดยไม่มีการออกแบบทางวิศวกรรม

• การกำหนดค่าแบตเตอรี่ อุปกรณ์ชาร์จ BMS ขั้วต่อ สายไฟ และระบบจ่ายไฟของอุปกรณ์จะต้องได้รับการประเมินร่วมกัน

1S, 2S, 2P และ 2S2P หมายถึงอะไร

โดยทั่วไปการกำหนดค่าชุดแบตเตอรี่จะอธิบายโดยใช้ตัวอักษร S และ P.

• S หมายถึงซีรีส์

• P หมายถึงขนาน

• ตัวเลขก่อนตัวอักษรแต่ละตัวจะระบุจำนวนเซลล์หรือกลุ่มเซลล์ที่ใช้การเชื่อมต่อนั้น

ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่:

จำนวนเซลล์ทั้งหมดสามารถคำนวณได้ดังนี้:

เซลล์ทั้งหมด = จำนวนอนุกรม × จำนวนขนาน

ตัวอย่างเช่น:

3S2P = 3 × 2 = 6 เซลล์

ในข้อมูลจำเพาะของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ การกำหนดค่าที่เขียนเป็น '2S' เท่านั้น เข้าใจว่าหมายถึง 2S1P เว้นแต่จะระบุจำนวนขนานแยกกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับโครงการ OEM ควรบันทึกค่าทั้งสองไว้เพื่อหลีกเลี่ยงความคลุมเครือ

ภาพรวมชุดแบตเตอรี่ LiPo แบบขนานและแบบขนาน

การเปรียบเทียบต่อไปนี้ถือว่าเซลล์ที่เหมือนกันซึ่งมีเคมี แรงดันไฟฟ้า ความจุ และความสามารถในการคายประจุเหมือนกัน

สิ่งเหล่านี้เป็นหลักการกำหนดค่ามากกว่าการรับประกันการจัดอันดับแพ็คสำเร็จรูป ประสิทธิภาพที่แท้จริงอาจถูกจำกัดโดยข้อมูลจำเพาะของเซลล์ การเชื่อมต่อระหว่างกัน แผงป้องกัน ขั้วต่อ ขนาดสายเคเบิล อุณหภูมิ และการออกแบบผลิตภัณฑ์

ชุดแบตเตอรี่ LiPo ซีรีส์ทำงานอย่างไร

เซลล์เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมโดยการต่อขั้วบวกของเซลล์หนึ่งเข้ากับขั้วลบของเซลล์ถัดไป ขั้วต่อด้านนอกที่เหลืออีก 2 ขั้วจะสร้างเอาต์พุตแพ็ค

กระแสเดียวกันไหลผ่านทุกเซลล์หรือกลุ่มคู่ขนานในเส้นทางอนุกรม

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

แรงดันไฟฟ้าของแพ็คระบุคือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าระบุของเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม:

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของแพ็ค = แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของเซลล์ × จำนวนอนุกรม

สำหรับเซลล์มาตรฐาน 3.7 V:

แรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จเต็มจะคำนวณดังนี้:

แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแพ็ค = ขีดจำกัดการชาร์จของเซลล์ × จำนวนอนุกรม

ค่า 4.2 V ใช้กับเซลล์ลิเธียมไอออนโพลีเมอร์ทั่วไปที่ออกแบบมาเพื่อขีดจำกัดการชาร์จนั้น เคมีไฟฟ้าแรงสูงอาจต้องใช้ 4.35 V, 4.4 V หรือขีดจำกัดอื่นที่ระบุต่อเซลล์

ผลิตภัณฑ์ที่ออกแบบมาโดยรอบ แบตเตอรี่ LiPo แรงดันสูง จึงจำเป็นต้องมีเครื่องชาร์จและระบบป้องกันที่เข้ากันได้ ไม่ควรถือว่าขีดจำกัดการชาร์จต่อเซลล์ที่สูงกว่าจากแรงดันไฟฟ้าระบุเพียงอย่างเดียว

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมส่งผลต่อความจุอย่างไร

การเชื่อมต่อเซลล์ขนาด 1,000 mAh ที่เหมือนกันแบบอนุกรมไม่ได้เพิ่มพิกัด mAh ของเซลล์เหล่านั้น

ตัวอย่างเช่น:

• เซลล์ 3.7 V 1000 mAh หนึ่งเซลล์: 3.7 V, 1000 mAh

• สองเซลล์ต่ออนุกรม: 7.4 V, 1,000 mAh

• สามเซลล์ต่ออนุกรม: 11.1 V, 1,000 mAh

แพ็คมีพลังงานมากขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แม้ว่าค่า Ah จะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมส่งผลต่อกระแสอย่างไร

ในแพ็ค 2S1P กระแสเดียวกันจะไหลผ่านทั้งสองเซลล์ หากเซลล์ได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสต่อเนื่องที่กำหนด การเพิ่มเซลล์ที่เหมือนกันอีกเซลล์หนึ่งอนุกรมจะไม่เพิ่มพิกัดกระแสนั้นสองเท่าโดยอัตโนมัติ

กระแสไฟของแพ็คสำเร็จรูปถูกจำกัดด้วยค่าต่ำสุดที่ใช้ได้ระหว่าง:

• กระแสจำหน่ายอย่างต่อเนื่องของเซลล์

• ความสามารถกระแสสูงสุดของเซลล์

• อัตราปัจจุบัน PCM หรือ BMS

• MOSFET และการออกแบบที่รับรู้กระแส

• ความจุแถบนิกเกิล แถบ บัสบาร์ หรือ PCB

• ขนาดลวด

• คะแนนตัวเชื่อมต่อ

• ฟิวส์หรือส่วนประกอบจำกัดกระแส

• สภาพความร้อน

แรงดันไฟฟ้าแพ็คที่สูงขึ้นอาจทำให้อุปกรณ์ได้รับพลังงานเท่ากันที่กระแสไฟฟ้าต่ำกว่า แต่นั่นขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมโหลดและการแปลงพลังงาน

เหตุใด Series Pack จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบกลุ่มเซลล์

เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะไม่เหมือนกันทุกประการตลอดอายุการใช้งาน ความแตกต่างเล็กน้อยในด้านความจุ ความต้านทานภายใน การคายประจุเอง อุณหภูมิ และการเสื่อมสภาพอาจทำให้สถานะประจุแตกต่างออกไป

ในระหว่างการชาร์จ กลุ่มซีรีส์หนึ่งอาจถึงขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดก่อนกลุ่มซีรีส์อื่นๆ ระหว่างการจำหน่าย กลุ่มที่อ่อนแอที่สุดอาจถึงขีดจำกัดล่างก่อน

ดังนั้นระบบการป้องกันและการตรวจสอบจึงต้องตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้ากลุ่มอนุกรมแต่ละชุด แทนที่จะอาศัยเฉพาะแรงดันไฟฟ้ารวมเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น การอ่านค่าแพ็ครวมที่ 8.0 V ไม่ได้พิสูจน์ว่าแพ็ค 2S มีความสมดุล อาจประกอบด้วย:

• 4.0 โวลต์ และ 4.0 โวลต์

• 4.15 โวลต์ และ 3.85 โวลต์

• 4.25 โวลต์ และ 3.75 โวลต์

ตัวอย่างสุดท้ายมีแรงดันไฟฟ้ารวมเท่ากัน แต่อาจทำให้กลุ่มหนึ่งเกินขีดจำกัดที่อนุญาตอยู่แล้ว

ชุดแบตเตอรี่ LiPo แบบขนานทำงานอย่างไร

ในการเชื่อมต่อแบบขนาน ขั้วบวกจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกันและขั้วลบจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน

เซลล์ทั้งหมดในกลุ่มจึงใช้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเดียวกัน

การเชื่อมต่อแบบขนานส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

แรงดันไฟฟ้ายังคงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์หนึ่ง:

แรงดันไฟฟ้าของแพ็ค = แรงดันไฟฟ้าของเซลล์

สำหรับเซลล์มาตรฐาน 3.7 V สองเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบขนาน:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 3.7 โวลต์

• แรงดันไฟฟ้าชาร์จเต็มทั่วไป: 4.2 V

• การกำหนดค่า: 1S2P

การเพิ่มเซลล์คู่ขนานเข้าไปอีกไม่ได้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า 7.4 V หรือ 11.1 V แต่จะยังคงรวมกลุ่มแรงดันไฟฟ้ากลุ่มเดียว

การเชื่อมต่อแบบขนานส่งผลต่อความจุอย่างไร

มีการเพิ่มความสามารถของเซลล์คู่ขนานที่จับคู่อย่างใกล้ชิด:

ความจุของบรรจุภัณฑ์ = ความจุของเซลล์ × จำนวนขนาน

สำหรับเซลล์ 1,000 mAh ที่เหมือนกัน:

ทำให้การก่อสร้างแบบขนานมีประโยชน์เมื่อแอปพลิเคชันต้องการเวลาการทำงานนานขึ้น แต่ต้องคงไว้ซึ่งแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าเซลล์เดียว

การเชื่อมต่อแบบขนานส่งผลต่อความสามารถในปัจจุบันอย่างไร

ตามทฤษฎีแล้ว เซลล์ที่เหมือนกันซึ่งเชื่อมต่อกันผ่านเส้นทางกระแสที่สมดุลสามารถแบ่งโหลดได้ ดังนั้นเซลล์ที่เหมาะสมสองเซลล์ขนานกันจึงอาจจ่ายกระแสไฟฟ้ามากกว่าหนึ่งเซลล์

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรคำนวณกระแสไฟของ Safe Pack โดยการคูณคะแนนเซลล์โดยไม่มีการประเมินเพิ่มเติม

การแชร์ปัจจุบันอาจได้รับผลกระทบจาก:

• ความต้านทานภายในของเซลล์

• การเปลี่ยนแปลงความจุ

• ความแตกต่างของอุณหภูมิ

• แท็บและความต้านทานการเชื่อมต่อระหว่างกัน

• ตำแหน่งเซลล์ภายในแพ็ค

• ความสมมาตรของสายเคเบิล

• ความแตกต่างของรัฐที่เรียกเก็บ

• ริ้วรอยก่อนวัย

• ความต้านทานของตัวเชื่อมต่อ

• ขีดจำกัดของคณะกรรมการป้องกัน

เซลล์หนึ่งอาจรับน้ำหนักได้มากกว่าหากมีความต้านทานต่ำกว่าหรือมีเส้นทางกระแสไฟสั้นกว่า จากนั้นแพ็คจะสามารถพัฒนาความร้อนแบบเฉพาะจุดได้ แม้ว่ากระแสไฟฟ้ารวมจะอยู่ภายในขีดจำกัดทางทฤษฎีง่ายๆ ก็ตาม

ความหมายของอัตราการคายประจุและความสัมพันธ์กับกำลังการผลิตมีอธิบายเพิ่มเติมใน ระดับ C ของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์หมายถึงอะไร.

เซลล์คู่ขนานจำเป็นต้องมีความสมดุลหรือไม่?

เซลล์คู่ขนานที่เชื่อมต่อโดยตรงจะใช้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อเดียวกัน ดังนั้น โดยปกติ BMS จะถือว่ากลุ่มขนานทั้งหมดเป็นโหนดแรงดันไฟฟ้าเดียว

นั่นไม่ได้หมายความว่าการจับคู่เซลล์นั้นไม่จำเป็น แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อเท่ากันไม่รับประกันความจุ ความต้านทาน อุณหภูมิ หรือกระแสไฟฟ้าที่เท่ากัน

เซลล์ที่เลือกสำหรับกลุ่มคู่ขนานหนึ่งกลุ่มโดยปกติควรมีความเข้ากันได้:

• เคมี

• ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าชาร์จ

• ความจุ

• ความต้านทานภายใน

• ลักษณะการปลดปล่อย

• ประวัติการผลิต

• อายุและสภาวะวงจร

• การออกแบบทางกายภาพ

• สถานะของค่าใช้จ่ายในการชุมนุม

เซลล์ที่เสียหายหรือเสื่อมสภาพอย่างมากสามารถสร้างภาระเพิ่มเติมให้กับเซลล์ที่เหลือ และลดความน่าเชื่อถือของทั้งกลุ่ม

เหตุใดจึงต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าก่อนการเชื่อมต่อแบบขนาน

เซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกันไม่ควรเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน

เมื่อเชื่อมต่อแล้ว เซลล์ไฟฟ้าแรงสูงจะสามารถคายประจุเข้าสู่เซลล์ไฟฟ้าแรงต่ำได้อย่างรวดเร็ว กระแสไฟปรับสมดุลที่เกิดขึ้นอาจถูกจำกัดโดยเซลล์และความต้านทานการเชื่อมต่อเป็นหลัก และอาจสูงกว่ากระแสไฟชาร์จปกติมาก

ด้วยเหตุนี้ จึงควรประกอบกลุ่มคู่ขนานผ่านกระบวนการผลิตที่ได้รับการควบคุมโดยใช้เซลล์ที่ผ่านการรับรองและเข้าคู่กันอย่างใกล้ชิด ผู้ใช้ไม่ควรเพิ่มเซลล์ใหม่ลงในแพ็คเก่าหรือเชื่อมต่อเซลล์กระเป๋าที่หลวมสองเซลล์ขนานกันโดยไม่มีการออกแบบที่ผ่านการตรวจสอบและอุปกรณ์ที่เหมาะสม

วิธีการทำงานของชุด LiPo Pack แบบขนาน

แพ็คแบบอนุกรม-ขนานรวมวิธีการเชื่อมต่อทั้งสองแบบเข้าด้วยกัน

พิจารณาการออกแบบ 2S2P ที่สร้างจากเซลล์ 3.7 V, 1000 mAh ที่เหมือนกันสี่เซลล์:

1. เซลล์สองเซลล์เชื่อมต่อแบบขนานเพื่อสร้างกลุ่ม 3.7 V, 2000 mAh แรก

2. อีกสองเซลล์ก่อตัวเป็นกลุ่ม 3.7 V, 2000 mAh ที่สอง

3. กลุ่มคู่ขนานทั้งสองกลุ่มเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม

ข้อกำหนดทางทฤษฎีที่ได้คือ:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 7.4 โวลต์

• ความจุ: 2000 มิลลิแอมป์

• พลังงาน: 14.8 Wh

• การกำหนดค่า: 2S2P

• เซลล์ทั้งหมด: 4

สูตรคือ:

แรงดันไฟฟ้าของชุด = แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของเซลล์ × S

ความจุของบรรจุภัณฑ์ = ความจุของเซลล์ × P

จำนวนเซลล์ทั้งหมด = S × P

พลังงานที่กำหนด = แรงดันไฟฟ้าของบรรจุภัณฑ์ × ความจุของบรรจุภัณฑ์ในหน่วย Ah

ในการออกแบบนี้ BMS จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้ากลุ่มอนุกรมสองชุด แต่ละกลุ่มที่ได้รับการตรวจสอบจะมีเซลล์คู่ขนานสองเซลล์

ดังนั้นแพ็ค 2S2P จึงไม่ได้รับการตรวจสอบเป็นแพ็ค 4S การเลือกแผงป้องกันตามจำนวนรวมของเซลล์แต่ละเซลล์แทนการนับจำนวนชุดจะไม่ถูกต้อง

การเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า ความจุ และวัตต์-ชั่วโมง

ความแตกต่างระหว่างโครงสร้างแบบอนุกรมและแบบขนานจะชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อเปรียบเทียบชุดโดยใช้เซลล์ 3.7 V, 1000 mAh ที่เหมือนกัน

ทั้งตัวอย่าง 2S1P และ 1S2P มีสองเซลล์และจัดเก็บประมาณ 7.4 Wh พิกัดแรงดันและความจุต่างกัน แต่พลังงานที่ระบุทางทฤษฎีคล้ายกัน

ยังไม่สามารถทดแทนกันได้เนื่องจากอุปกรณ์มองเห็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แตกต่างกัน

เหตุใด mAh เพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถเปรียบเทียบชุดแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันได้

ชุด 3.7 V 2000 mAh และชุด 7.4 V 1000 mAh ทั้งคู่มีพลังงานประมาณ 7.4 Wh:

3.7 โวลต์ × 2.0 อา = 7.4 วัตต์ชั่วโมง

7.4 โวลต์ × 1.0 อา = 7.4 วัตต์ชั่วโมง

การดูเฉพาะ mAh จะทำให้แพ็กแรกดูเหมือนจะมีความจุเป็นสองเท่า ในแง่พลังงานก็คล้ายกัน

วัตต์-ชั่วโมงจึงมีประโยชน์มากกว่าเมื่อเปรียบเทียบแพ็คกับแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกัน

อย่างไรก็ตาม Wh ที่เท่ากันไม่รับประกันรันไทม์ของอุปกรณ์ที่เหมือนกัน เวลาปฏิบัติงานจริงยังขึ้นอยู่กับ:

• ประสิทธิภาพการแปลงแรงดันไฟฟ้า

• กระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์ที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตต่างๆ

• ความต้านทานภายในแบตเตอรี่

• แรงดันไฟฟ้าตัด

• อัตราการคายประจุ

• อุณหภูมิ

• ความชราของเซลล์

• แรงดันไฟฟ้าตกของแผงป้องกัน

• ความจุที่ใช้ได้ภายใต้โหลดจริง

ในที่สุดรันไทม์ควรได้รับการตรวจสอบในอุปกรณ์ที่เสร็จสมบูรณ์ แทนที่จะคาดการณ์จาก mAh เพียงอย่างเดียว

จำนวนซีรีย์ที่สูงกว่าให้กำลังมากกว่าหรือไม่?

แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นสามารถทำให้มีพลังงานได้มากขึ้น แต่เฉพาะในกรณีที่เซลล์ ระบบป้องกัน สายไฟ และอุปกรณ์สามารถจ่ายและรับกระแสไฟฟ้าที่ต้องการได้

กำลังไฟฟ้าคำนวณดังนี้:

กำลัง = แรงดัน × กระแส

ชุดไฟ 7.4 V ที่ให้กระแสไฟ 2 A ให้พลังงานประมาณ 14.8 W ชุดไฟ 3.7 V จะต้องจ่ายไฟประมาณ 4 A เพื่อให้มีกำลังอินพุตเท่ากัน ก่อนที่จะคำนึงถึงการสูญเสียการแปลง

นี่คือเหตุผลหนึ่งที่นักออกแบบอาจเลือกชุดแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าสำหรับมอเตอร์ เครื่องทำความร้อน ปั๊ม หุ่นยนต์ หรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการพลังงานอื่นๆ กระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่าสำหรับกำลังไฟเดียวกันสามารถลดการสูญเสียของตัวนำได้ แต่จำนวนอนุกรมที่สูงกว่ายังเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของเครื่องชาร์จ ความซับซ้อนของ BMS ข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าของส่วนประกอบ และข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับฉนวน

การเลือกควรเริ่มต้นด้วยช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตและโปรไฟล์โหลดของอุปกรณ์ แทนที่จะสันนิษฐานว่าเซลล์อนุกรมจำนวนมากขึ้นจะดีกว่าโดยอัตโนมัติ

ข้อกำหนดการป้องกันสำหรับแพ็ค 1S

แพ็คแบบอนุกรมเดียวมีกลุ่มแรงดันไฟฟ้าเพียงกลุ่มเดียว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างเซลล์อนุกรม

PCM อาจยังต้องจัดเตรียม:

• การป้องกันการชาร์จไฟเกิน

• การป้องกันการคายประจุมากเกินไป

• ป้องกันกระแสเกิน

• ป้องกันการลัดวงจร

• การควบคุมการชาร์จและการคายประจุ

• การตรวจสอบอุณหภูมิ

• เอาต์พุตกทช

• การระบุแบตเตอรี่

• มาตรวัดน้ำมันเชื้อเพลิงหรือการสื่อสาร

เครื่องชาร์จจะต้องตรงกับคุณสมบัติทางเคมีของเซลล์และแรงดันไฟชาร์จสูงสุด PCM ขัดขวางสภาวะที่ผิดปกติ แต่ไม่สามารถทดแทนเครื่องชาร์จที่มีการควบคุมอย่างเหมาะสมได้

ในการออกแบบ 1S2P หรือ 1S3P วงจรป้องกันจะมองว่ากลุ่มขนานเป็นโหนดแรงดันไฟฟ้าที่มีความจุขนาดใหญ่หนึ่งโหนด ระดับปัจจุบันจะต้องขึ้นอยู่กับปริมาณบรรจุทั้งหมด ไม่ใช่ความจุของเซลล์เดียว

ข้อกำหนดการป้องกันสำหรับ Multi-Series Pack

การออกแบบซีรีส์ 2S, 3S หรือสูงกว่านั้นจำเป็นต้องมีวงจรป้องกันที่เหมาะสมกับจำนวนซีรีส์ที่แน่นอน

BMS หรือ PCM หลายเซลล์อาจจำเป็นต้องดำเนินการ:

• การตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรม-กลุ่มแต่ละชุด

• แพ็คการตรวจสอบปัจจุบัน

• ชาร์จการป้องกันกระแสเกิน

• ปล่อยการป้องกันกระแสเกิน

• ป้องกันการลัดวงจร

• ตัดการชาร์จไฟมากเกินไป

• ตัดการคายประจุมากเกินไป

• การปรับสมดุลกลุ่มเซลล์

• การตรวจสอบอุณหภูมิ

• การควบคุมมอสเฟต

• การประมาณค่าสถานะ

• การบันทึกข้อผิดพลาด

• การสื่อสารกับอุปกรณ์โฮสต์

อัตราแรงดันไฟฟ้าของส่วนประกอบต้องรองรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของชุดรวมไปถึงระยะขอบการออกแบบที่เหมาะสม

เหตุใดแรงดันไฟฟ้ารวมของชุดจึงไม่เพียงพอ

การตรวจสอบเฉพาะแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดไม่สามารถระบุกลุ่มแต่ละกลุ่มที่มีการชาร์จไฟเกินหรือคายประจุมากเกินไปได้อย่างน่าเชื่อถือ

ด้วยเหตุนี้ วงจรป้องกัน 3S จึงต้องการเข้าถึง:

• แพ็คเป็นลบ

• การเชื่อมต่อหลังซีรีส์กลุ่ม 1

• การเชื่อมต่อหลังซีรีส์กลุ่ม 2

• แพ็คค่าบวกหลังจากซีรีส์กลุ่ม 3

ชุดสายไฟตรวจสอบแบบทั่วไปจึงมีการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้ามากกว่าจำนวนอนุกรม:

การเชื่อมต่อที่รับรู้แรงดันไฟฟ้า = S + 1

ชุดที่มี BMS ในตัวอาจไม่เปิดเผยการเชื่อมต่อเหล่านี้จากภายนอก แต่ยังคงจำเป็นต้องใช้ภายในสำหรับการตรวจสอบกลุ่มซีรีส์แต่ละชุด

การปรับสมดุลเซลล์ทำหน้าที่อะไร

การปรับสมดุลช่วยจำกัดความแตกต่างระหว่างกลุ่มที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม

โดยทั่วไประบบสมดุลแบบพาสซีฟจะขจัดพลังงานจำนวนเล็กน้อยออกจากกลุ่มแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า เพื่อให้กลุ่มที่ต่ำกว่าสามารถชาร์จต่อได้ ระบบสมดุลแบบแอคทีฟขั้นสูงเพิ่มเติมสามารถกระจายพลังงานระหว่างกลุ่มได้

การทรงตัวไม่สามารถแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์:

• เซลล์ที่เสียหาย

• การสูญเสียความจุอย่างรุนแรง

• การปลดปล่อยตัวเองสูง

• การเชื่อมต่อไฟฟ้าไม่ดี

• ความแตกต่างความต้านทานภายในที่สำคัญ

• เซลล์ที่จับคู่ไม่ถูกต้อง

• การจัดวางแพ็คที่ไม่เหมาะสม

ควรตรวจสอบแพ็คที่ทำให้เกิดความไม่สมดุลขนาดใหญ่ซ้ำๆ แทนที่จะอาศัยวงจรสมดุลเพื่อซ่อนปัญหาที่ซ่อนอยู่

ข้อกำหนดการป้องกันสำหรับกลุ่มคู่ขนาน

โครงสร้างคู่ขนานสร้างลำดับความสำคัญในการออกแบบชุดที่แตกต่างกัน

การจับคู่เซลล์

ควรเลือกเซลล์จากกลุ่มการผลิตและประสิทธิภาพที่เข้ากันได้ การผสมเซลล์ที่มีความจุ เคมี ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า อายุ หรือความต้านทานภายในที่แตกต่างกัน อาจทำให้เกิดการแบ่งปันกระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ

ผลกระทบในทางปฏิบัติของการแปรผันของเซลล์จะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมใน เหตุใดชุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงไม่สอดคล้องกัน.

การออกแบบเส้นทางปัจจุบัน

ความต้านทานของการเชื่อมต่อระหว่างกันควรอยู่ในระดับต่ำและสมดุลพอสมควร เค้าโครงควรหลีกเลี่ยงการบังคับให้เซลล์หรือแท็บหนึ่งเซลล์มีส่วนแบ่งปัจจุบันที่ไม่สมสัดส่วน

ปัจจัยการออกแบบได้แก่:

• เรขาคณิตของแท็บ

• ขนาดแถบนิกเกิลหรือบัสบาร์

• ความหนาของทองแดง PCB

• ตำแหน่งการเชื่อมต่อ

• ตำแหน่งลูกค้าเป้าหมาย

• คุณภาพการเชื่อม

• ระยะห่างระหว่างเซลล์

• การกระจายความร้อน

• ตำแหน่งตัวเชื่อมต่อ

การควบคุมข้อผิดพลาด

ในกลุ่มขนานที่เชื่อมต่ออย่างถาวร เซลล์ที่แข็งแรงอาจจ่ายกระแสไฟให้กับเซลล์ที่ล้มเหลวหรือสาขาที่ล้มเหลว

การออกแบบอาจต้องการ: ขึ้นอยู่กับขนาดบรรจุภัณฑ์และการประเมินความเสี่ยง:

• การเชื่อมต่อที่หลอมละลายได้

• ข้อจำกัดปัจจุบันของสาขา

• การแยกความร้อน

• เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

• วัสดุทนไฟ

• สิ่งกีดขวางทางกล

• การหลอมรวมระดับแพ็ค

• พื้นที่ระบายอากาศที่มีการควบคุม

• ฟังก์ชั่นการตรวจจับข้อผิดพลาดเพิ่มเติม

วิธีการที่จำเป็นขึ้นอยู่กับพลังงานของแพ็ค ประเภทเซลล์ การใช้งาน กล่องหุ้ม ข้อกำหนดด้านการปฏิบัติตามข้อกำหนด และสภาวะความล้มเหลวที่คาดการณ์ได้

คณะกรรมการป้องกันคะแนนปัจจุบัน

BMS ต้องรองรับกระแสแพ็คทั้งหมดที่คาดหวัง ซึ่งรวมถึง:

• กระแสไฟทำงานปกติ

• กระแสต่อเนื่องสูงสุด

• สตาร์ทอัพพุ่งกระฉูด

• กระแสแผงมอเตอร์

• เครื่องทำความร้อนไหลเข้า

• จุดสูงสุดของเครื่องส่งสัญญาณการสื่อสาร

• กำลังชาร์จปัจจุบัน

• เกณฑ์การตรวจจับข้อผิดพลาด

กระแสไฟที่โฆษณาของบอร์ดไม่ควรถือเป็นกระแสไฟของอุปกรณ์ที่ใช้งานได้โดยไม่ตรวจสอบการสูญเสีย MOSFET อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สภาพการทำความเย็น ขนาดตัวนำ และระยะเวลาในการตัด

ข้อกำหนดเครื่องชาร์จสำหรับซีรีส์และแพ็คคู่ขนาน

เครื่องชาร์จต้องตรงกับเคมีของแพ็ค จำนวนอนุกรม ขีดจำกัดแรงดันไฟชาร์จ และกระแสไฟชาร์จที่อนุญาต

สำหรับเซลล์ 4.2 V ทั่วไป:

ไม่ควรชาร์จชุด 2S โดยใช้เครื่องชาร์จ 1S ในทำนองเดียวกัน เครื่องชาร์จที่มีไว้สำหรับเซลล์มาตรฐาน 4.2 V อาจไม่เหมาะสมกับเคมีไฟฟ้าแรงสูงที่มีขีดจำกัดประจุแตกต่างกัน

ความจุแบบขนานส่งผลต่อการคำนวณกระแสไฟชาร์จ หากวางเซลล์ที่เหมือนกันสองเซลล์ขนานกัน แพ็คที่เหมาะสมอาจยอมรับกระแสไฟรวมมากกว่าหนึ่งเซลล์ แต่ค่าที่ถูกต้องจะขึ้นอยู่กับ:

• ขีดจำกัดอัตราการชาร์จเซลล์

• ความจุของแพ็ค

• อุณหภูมิ

• การแชร์กระแสแบบขนาน

• การจัดอันดับคณะกรรมการป้องกัน

• อัตราการเชื่อมต่อและสายไฟ

• เป้าหมายเวลาในการชาร์จ

• ข้อกำหนดวงจรชีวิต

เครื่องชาร์จและ BMS ทำหน้าที่ต่างกัน เครื่องชาร์จจะควบคุมโปรไฟล์การชาร์จ ในขณะที่ระบบป้องกันจะตอบสนองต่อสภาวะที่ผิดปกติที่กำหนดไว้ ไม่ควรใช้สิ่งหนึ่งแทนสิ่งอื่น

ข้อกำหนดการจับคู่เซลล์

แพ็คหลายเซลล์ที่เชื่อถือได้เริ่มต้นด้วยการเลือกเซลล์ที่เหมาะสม

เซลล์ที่ใช้ในชุดประกอบเดียวกันอาจต้องจับคู่สำหรับ:

• เซลล์โมเดล

• เคมี

• ความจุที่กำหนด

• ความจุที่วัดได้

• แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

• ความต้านทานภายใน

• ความหนาและขนาด

• การปลดปล่อยตัวเอง

• ชุดการผลิต

• อายุ

• ประวัติวงจร

การจับคู่เป็นสิ่งสำคัญทั้งในโครงสร้างอนุกรมและขนาน

ในสตริงอนุกรม กลุ่มที่มีความจุต่ำสุดหรือต้านทานสูงสุดอาจถึงขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าก่อน และจำกัดความจุของแพ็คที่ใช้งานได้

ในกลุ่มคู่ขนาน ความต้านทานและความแตกต่างของการเชื่อมต่อมีอิทธิพลต่อการแบ่งปันกระแสไฟฟ้า เซลล์หนึ่งอาจทำงานหนักและแก่เร็วกว่าเซลล์อื่นๆ

ผู้ผลิตแบตเตอรี่ควรกำหนดเกณฑ์การคัดกรองเซลล์ที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ แทนที่จะรวมเซลล์เพียงเพราะมีข้อกำหนดการพิมพ์ที่เหมือนกัน

LiPo Pack ที่ทำเสร็จแล้วสามารถเชื่อมต่อเป็นอนุกรมได้หรือไม่

ไม่ควรเชื่อมต่อแพ็คที่เสร็จแล้วสองชุดเป็นอนุกรม เว้นแต่ว่าระบบทั้งหมดจะได้รับการออกแบบและตรวจสอบความถูกต้องสำหรับการจัดเรียงนั้น

ปัญหาที่อาจเกิดขึ้น ได้แก่ :

• สถานะการชาร์จที่แตกต่างกัน

• ความสามารถหรือวัยที่แตกต่างกัน

• วงจรป้องกันที่เข้ากันไม่ได้

• การต่อลงดินไม่ถูกต้อง

• ความเข้ากันไม่ได้ของเครื่องชาร์จ

• ช่องว่างในการตรวจสอบความสมดุล

• ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าของตัวเชื่อมต่อ

• ลักษณะการทำงานตัด BMS ที่ไม่คาดคิด

• แพ็กหนึ่งถูกชาร์จแบบย้อนกลับโดยอีกแพ็กหนึ่ง

• การบริการหรือขั้นตอนการเปลี่ยนทดแทนที่ไม่ปลอดภัย

ชุดที่ได้รับการป้องกันบางชุดใช้อินเทอร์เฟซการสลับหรือการสื่อสารด้านต่ำซึ่งทำให้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมภายนอกไม่เหมาะสม แบตเตอรี่ที่ปลอดภัยในฐานะผลิตภัณฑ์แบบสแตนด์อโลนจะไม่ปลอดภัยโดยอัตโนมัติเมื่อใช้ร่วมกับแบตเตอรี่แพ็คอื่น

หากการใช้งานต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า การใช้ชุดประกอบหลายซีรีส์ที่ออกแบบตามวัตถุประสงค์มักจะเชื่อถือได้มากกว่าการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่มีการป้องกันอย่างอิสระหลังการผลิต

LiPo Pack ที่เสร็จแล้วสามารถเชื่อมต่อแบบขนานได้หรือไม่

บรรจุภัณฑ์สำเร็จรูปไม่ควรต่อแบบขนานเพียงเพราะฉลากแสดงแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน

ก่อนการทำงานแบบขนาน การออกแบบจะต้องคำนึงถึง:

• ความแตกต่างของแรงดันแพ็ค

• ความแตกต่างของรัฐที่ชาร์จ

• ความจุและอายุ

• ความต้านทานภายใน

• ปฏิสัมพันธ์ของ BMS

• กระแสย้อนกลับ

• การกระจายกระแสไฟชาร์จ

• ลำดับตัวเชื่อมต่อ

• การนำแพ็คออกขณะรับพลังงาน

• การป้องกันสาขา

• การแยกตัวไม่เป็นผล

หากชุดหนึ่งมีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า กระแสปรับสมดุลขนาดใหญ่สามารถไหลได้ทันทีที่ขั้วต่อสัมผัสกัน

โมดูลแบตเตอรี่แบบขนานสามารถออกแบบได้อย่างปลอดภัย แต่จำเป็นต้องมีวิธีการเชื่อมต่อที่กำหนดไว้ สถาปัตยกรรมการป้องกันที่เข้ากันได้ การชาร์จล่วงหน้าที่ได้รับการควบคุมตามที่จำเป็น และพฤติกรรมข้อผิดพลาดที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว

การกำหนดค่าส่งผลต่อขนาดและเค้าโครงของแบตเตอรี่อย่างไร

การเพิ่มเซลล์จะเพิ่มพลังงานแต่ยังเปลี่ยนการออกแบบทางกลด้วย

ชุดประกอบแบบอนุกรมและแบบขนานอาจส่งผลต่อ:

• ความหนารวม

• ความกว้างและความยาว

• น้ำหนัก

• จุดศูนย์ถ่วง

• พื้นที่เดินสายเคเบิล

• รัศมีโค้งงอ

• การกระจายความร้อน

• ค่าเผื่อการขยายเซลล์

• การป้องกันการตกหล่น

• ความต้านทานการสั่นสะเทือน

• การเข้าถึงบริการ

• การประกอบสิ่งที่แนบมา

เซลล์กระเป๋าสองเซลล์ที่วางเรียงกันอาจสร้างถุงที่กว้างและบาง การวางซ้อนอาจสร้างพื้นที่ขนาดเล็กลงและมีความหนามากขึ้น

โครงสร้างแบบอนุกรม-ขนานอาจต้องการ:

• ฉนวนเพิ่มเติม

• จุดเชื่อมเพิ่มเติม

• BMS ที่ใหญ่กว่า

• การเดินสายไฟที่รับรู้แรงดันไฟฟ้า

• เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

• กรอบรองรับที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

• การห่อบรรจุภัณฑ์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น

• เพิ่มระยะห่างรอบแท็บและส่วนประกอบการป้องกัน

ดังนั้นควรเลือกโครงร่างทางไฟฟ้าร่วมกับช่องใส่แบตเตอรี่ที่มีอยู่ แทนที่จะเลือกหลังจากปิดเปลือกหุ้มแล้ว

Series vs Parallel: คุณควรเลือกการกำหนดค่าใด

เลือกจำนวนอนุกรมตามแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์ต้องการ

เลือกการนับแบบขนานตามพลังงาน รันไทม์ ความสามารถปัจจุบัน พื้นที่ และน้ำหนักที่ต้องการ

การออกแบบที่เน้นซีรีส์อาจเหมาะสมเมื่อ:

• อุปกรณ์ต้องการแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่สูงกว่า

• มอเตอร์หรือเครื่องทำความร้อนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

• ระบบใช้รางแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าช่วงของแพ็ค 1S

• แนะนำให้ใช้กระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่าสำหรับระดับพลังงานที่กำหนด

• อุปกรณ์นี้มีที่ชาร์จแบบหลายเซลล์ที่ใช้งานร่วมกันได้อยู่แล้ว

• ผลิตภัณฑ์สามารถรองรับ BMS หลายซีรีส์ได้

การออกแบบที่มุ่งเน้นแบบขนานอาจเหมาะสมเมื่อ:

• ผลิตภัณฑ์จะต้องคงไว้ซึ่งแพลตฟอร์มที่กำหนดขนาด 3.7 V

• จำเป็นต้องมีรันไทม์นานขึ้น

• เซลล์เดียวไม่สามารถให้ความจุที่เพียงพอได้

• จำเป็นต้องมีกระแสเอาต์พุตมากขึ้นภายในสภาวะการทำงานที่ได้รับการตรวจสอบของเซลล์

• ตู้สามารถรองรับได้หลายเซลล์

• เครื่องชาร์จและระบบป้องกันรองรับความจุและกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น

การออกแบบแบบอนุกรม-ขนานอาจเหมาะสมเมื่อ:

• อุปกรณ์ต้องการทั้งแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและระยะเวลาใช้งานที่ยาวนานขึ้น

• สตริงอนุกรมเดียวไม่สามารถให้กระแสที่ต้องการได้

• ความต้องการพลังงานเกินความจุของสายเดี่ยวที่ใช้งานได้จริง

• ต้องกระจายพื้นที่ไปตามตำแหน่งเซลล์หลายตำแหน่ง

• แอปพลิเคชันจะปรับ BMS เพิ่มเติมและความซับซ้อนในการประกอบ

ของเซิร์น โซลูชันแบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์แบบกำหนดเอง รองรับโครงสร้างเซลล์เดียว หลายซีรีย์ ขนาน และอนุกรมขนาน ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า ความจุ ขนาด กระแสไฟ ขั้วต่อ และข้อกำหนดการป้องกันของอุปกรณ์

กระบวนการเลือกการกำหนดค่าแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้จริง

1. ยืนยันช่วงแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์

แยกแยะ:

• แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำในการทำงาน

• แรงดันไฟฟ้าใช้งานปกติ

• แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ปลอดภัยสูงสุด

• ข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น

• แรงดันไฟฟ้าปิดเครื่อง

• ช่วงอินพุตตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

• แรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ เครื่องทำความร้อน หรือแอคชูเอเตอร์

• แรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกของเครื่องชาร์จ

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็มสูงสุดจะต้องอยู่ในช่วงที่ปลอดภัยของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อทุกตัว

2. กำหนดโปรไฟล์การโหลด

บันทึก:

• ปัจจุบันสแตนด์บาย

• กระแสไฟทำงานทั่วไป

• กระแสต่อเนื่องสูงสุด

• กระแสสูงสุด

• ระยะเวลาสูงสุด

• การเริ่มต้นหรือแผงลอยในปัจจุบัน

• เวลาทำการในแต่ละวัน

• รันไทม์ที่จำเป็นต่อการชาร์จ

กระแสไฟเฉลี่ยเพียงอย่างเดียวอาจไม่เปิดเผยว่าเซลล์, BMS และขั้วต่อสามารถรองรับเหตุการณ์กระแสสูงระยะสั้นได้หรือไม่

3. คำนวณพลังงานที่ต้องการ

การประมาณค่าแรกสามารถคำนวณได้โดยใช้:

พลังงานที่ต้องการในหน่วย Wh = พลังงานเฉลี่ยในหน่วย W × เวลาใช้งานเป็นชั่วโมง

การออกแบบที่ใช้งานได้จริงควรคำนึงถึง:

• การสูญเสียการแปลงแรงดันไฟฟ้า

• อายุแบตเตอรี่

• การสูญเสียความจุที่อุณหภูมิต่ำ

• แรงดันไฟฟ้าโหลดสูงลดลง

• ความจุสำรอง

• การบริโภคบีเอ็มเอส

• ปริมาณการใช้อุปกรณ์สแตนด์บาย

• ความลึกของการปล่อยที่อนุญาต

4. เลือกจำนวนซีรี่ส์

เลือกจำนวนกลุ่มซีรีส์ที่ต้องการเพื่อให้ตรงกับแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์

อย่าใช้แรงดันไฟฟ้าที่ระบุเพียงอย่างเดียว ตรวจสอบ:

• แรงดันประจุสูงสุด

• ช่วงการทำงานทั่วไป

• แรงดันไฟฟ้าตัด BMS

• เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์

• แรงดันไฟฟ้าของเครื่องชาร์จ

• พิกัดแรงดันไฟฟ้าของส่วนประกอบ

5. เลือกการนับแบบขนาน

กำหนดจำนวนความจุและกระแสไฟชุดหนึ่งสตริงที่สามารถให้ได้ เพิ่มเซลล์คู่ขนานเฉพาะเมื่อจำเป็นสำหรับพลังงาน รันไทม์ กระแสไฟฟ้า หรือบรรจุภัณฑ์

เซลล์คู่ขนานจำนวนมากขึ้นยังเพิ่มน้ำหนัก ปริมาตร ต้นทุน จุดเชื่อม และพลังงานข้อบกพร่อง

6. ออกแบบระบบป้องกัน

กำหนด:

• เคมี

• จำนวนซีรี่ส์

• ความจุของแพ็ค

• ขีดจำกัดกระแสไฟชาร์จ

• กระแสจำหน่ายอย่างต่อเนื่อง

• กระแสสูงสุดและระยะเวลา

• เกณฑ์การคิดมากเกินไป

• เกณฑ์การคายประจุมากเกินไป

• เกณฑ์กระแสเกิน

• การตอบสนองการลัดวงจร

• ขีดจำกัดอุณหภูมิ

• กลยุทธ์การสร้างสมดุล

• ข้อกำหนดด้านการสื่อสาร

7. ยืนยันเครื่องชาร์จและขั้วต่อ

เครื่องชาร์จจะต้องตรงกับแบตเตอรี่ทั้งแพ็ค ในขณะที่ขั้วต่อหลักและสายไฟต้องรองรับกระแสไฟจริง

อนุกรมของตัวเชื่อมต่อ ขั้ว ขาออก เกจสายไฟ ความยาวสายเคเบิล และการเชื่อมต่อเครื่องชั่งควรได้รับการบันทึกไว้ก่อนผลิตตัวอย่าง

8. สร้างและทดสอบตัวอย่าง

การตรวจสอบควรเสร็จสิ้นภายในอุปกรณ์จริง

การทดสอบที่เกี่ยวข้องอาจรวมถึง:

• ความเข้ากันได้ของการชาร์จ

• แรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จเต็ม

• แรงดันไฟฟ้าแต่ละชุด-กลุ่ม

• ปรับสมดุลของเซลล์

• รันไทม์

• แรงดันตกคร่อมโหลดสูงสุด

• การตอบสนองกระแสสูงสุด

• อุณหภูมิสูงขึ้น

• พฤติกรรมการตัด BMS

• ป้องกันการลัดวงจร

• ขั้วต่อความร้อน

• การเดินสายเคเบิล

• สิ่งที่แนบมาพอดี

• ประสิทธิภาพการตกและการสั่นสะเทือน

• ปั่นจักรยานซ้ำแล้วซ้ำเล่า

• การจัดเก็บและการปลดปล่อยตัวเอง

ที่ ระบบควบคุมคุณภาพแบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์ ให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดสอบเซลล์ การตรวจสอบการประกอบ การตรวจสอบทางไฟฟ้า และการควบคุมบรรจุภัณฑ์สำเร็จรูป

ตัวอย่างการกำหนดค่าที่ทำงาน

ตัวอย่างที่ 1: อุปกรณ์ติดตามขนาดกะทัดรัด

สมมติว่าตัวติดตามทำงานจากแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าเซลล์เดียวและต้องการรันไทม์มากกว่าเซลล์ขนาด 1,000 mAh หนึ่งเซลล์ที่สามารถให้ได้

การกำหนดค่าที่เป็นไปได้คือ:

• เซลล์: 3.7 V, 1,000 mAh

• โครงสร้าง: 1S2P

• แรงดันไฟฟ้าของชุด: ระบุ 3.7 V

• ความจุบรรจุ: 2000 mAh

• พลังงานที่กำหนด: 7.4 Wh

การออกแบบนี้ยังคงรักษาแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จเซลล์เดียว แต่ต้องมีวงจรป้องกันและขั้วต่อที่เหมาะสมกับกระแสและความจุรวม

ตัวอย่างที่ 2: อุปกรณ์พกพาที่ต้องการ 7.4 V

สมมติว่าผลิตภัณฑ์มือถือต้องการพลังงานประมาณ 7.4 V และ 2000 mAh

การใช้เซลล์ 3.7 V, 2000 mAh:

• โครงสร้าง: 2S1P

• แรงดันไฟฟ้าของชุด: ระบุ 7.4 V

• ความจุบรรจุ: 2000 mAh

• พลังงานที่กำหนด: 14.8 Wh

• แรงดันไฟฟ้าชาร์จเต็มทั่วไป: 8.4 V

ชุดนี้ต้องการระบบป้องกัน 2S และโปรไฟล์การชาร์จลิเธียมไอออน 8.4 V

ตัวอย่างที่ 3: หุ่นยนต์ที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าและความจุสูงกว่า

สมมติว่าหุ่นยนต์ต้องการไฟปกติ 11.1 V และ 4000 mAh การใช้เซลล์ 2000 mAh:

• โครงสร้าง: 3S2P

• เซลล์ทั้งหมด: 6

• แรงดันไฟฟ้าของชุด: ระบุ 11.1 V

• ความจุ : 4000 mAh

• พลังงานที่กำหนด: 44.4 Wh

• แรงดันไฟฟ้าชาร์จเต็มทั่วไป: 12.6 V

BMS ต้องตรวจสอบกลุ่มซีรีส์สามกลุ่มในขณะที่รองรับกระแสปกติของหุ่นยนต์ ไฟกระชากขณะสตาร์ท และกระแสไฟหยุดมอเตอร์ที่เป็นไปได้

ข้อผิดพลาดในการออกแบบแบตเตอรี่แบบอนุกรมและแบบขนานทั่วไป

ข้อมูลที่ต้องจัดเตรียมสำหรับชุดแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง

ผู้ผลิตสามารถประเมินซีรีส์และการกำหนดค่าแบบขนานได้แม่นยำมากขึ้นเมื่อมีข้อมูลต่อไปนี้

ข้อกำหนดของอุปกรณ์

• ประเภทสินค้า

• ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ต้องการ

• แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ปลอดภัยสูงสุด

• กระแสไฟทำงานทั่วไป

• กระแสต่อเนื่องสูงสุด

• กระแสสูงสุดและระยะเวลา

• รันไทม์ที่จำเป็น

• วิธีการชาร์จ

• อุณหภูมิในการทำงาน

• พื้นที่แบตเตอรี่ที่มีอยู่

• น้ำหนักแพ็คเป้าหมาย

ข้อกำหนดของแบตเตอรี่

• เคมีที่ต้องการ

• แรงดันไฟฟ้าแพ็คที่กำหนด

• ความจุที่ต้องการ

• ความต้องการพลังงาน

• ซีรีส์ที่คาดหวังและการกำหนดค่าแบบขนาน

• เป้าหมายวงจรชีวิต

• เวลาในการชาร์จ

• อัตราการไหลที่ต้องการ

• ข้อกำหนดอุณหภูมิต่ำหรือสูง

• ข้อกำหนดเซลล์ไฟฟ้าแรงสูง

ข้อกำหนดการป้องกัน

• PCM หรือ BMS

• การป้องกันการชาร์จไฟเกินและการคายประจุเกิน

• ป้องกันกระแสเกินและไฟฟ้าลัดวงจร

• จำนวนและตำแหน่งของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

• ปรับสมดุลของเซลล์

• มาตรวัดน้ำมันเชื้อเพลิง

• จอแสดงผลสถานะการชาร์จ

• SMBus, CAN หรือโปรโตคอลการสื่อสารอื่น

• การรับรองความถูกต้องหรือการระบุแบตเตอรี่

• ข้อกำหนดการป้องกันฟิวส์หรือกิ่ง

ข้อกำหนดด้านกลไกและการเชื่อมต่อ

• ความหนา ความกว้าง และความยาวสูงสุด

• การจัดเรียงเซลล์

• สิ่งที่แนบมาหรือห่อ

• ผู้ผลิตตัวเชื่อมต่อและหมายเลขชิ้นส่วน

• ขั้วและ pinout

• เกจวัดลวด

• ความยาวสายเคเบิล

• ผู้นำความสมดุล

• กทช หรือสายสื่อสาร

• การติดตั้งและบรรเทาความเครียด

• ข้อกำหนดการสั่นสะเทือนและการตก

ที่ ควรระบุ ชุดแบตเตอรี่ลิเธียม เป็นระบบที่สมบูรณ์ แทนที่จะเป็นค่าแรงดันไฟฟ้าและ mAh เพียงอย่างเดียว

บทสรุป

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันในชุดแบตเตอรี่ LiPo

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแพ็คในขณะที่ยังคงความจุ Ah ของเส้นทางอนุกรมหนึ่งไว้ การเชื่อมต่อแบบขนานจะรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้หนึ่งเซลล์ในขณะที่เพิ่มความจุและอาจเพิ่มความสามารถในปัจจุบัน โครงสร้างแบบอนุกรม-ขนานผสมผสานเอฟเฟกต์ทั้งสองเข้าด้วยกัน

กฎไฟฟ้าเหล่านี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น บรรจุภัณฑ์ที่เสร็จแล้วยังต้องคำนึงถึงแรงดันไฟชาร์จสูงสุด วัตต์-ชั่วโมง โหลดของอุปกรณ์ การจับคู่เซลล์ การแบ่งปันกระแสไฟฟ้า การปรับสมดุล กระแส BMS อุณหภูมิ สายไฟ ขั้วต่อ ความเข้ากันได้ของเครื่องชาร์จ และการป้องกันทางกลไก

สำหรับแพ็คหลายซีรีย์ ระบบป้องกันจะต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้ากลุ่มซีรีย์แต่ละชุด และตรงกับจำนวนซีรีย์ที่แน่นอน สำหรับการออกแบบแบบขนาน เซลล์ที่จับคู่กันอย่างใกล้ชิดและเส้นทางกระแสที่มีการควบคุมถือเป็นสิ่งสำคัญ ไม่ว่าในกรณีใด ค่าทางทฤษฎีควรได้รับการยืนยันผ่านการทดสอบระดับแพ็คและระดับอุปกรณ์ก่อนการผลิต

คำถามที่พบบ่อย

การต่อแบตเตอรี่ LiPo แบบอนุกรมจะเพิ่มความจุหรือไม่

โดยจะเพิ่มพลังงานที่เก็บไว้ทั้งหมดและแรงดันไฟฟ้าของชุด แต่ระดับ Ah หรือ mAh ยังคงเท่ากับความจุของเส้นทางอนุกรมหนึ่งชุด เซลล์ 3.7 V, 1000 mAh สองเซลล์ต่ออนุกรมกันเป็นชุด 7.4 V, 1000 mAh

การต่อแบตเตอรี่ LiPo แบบขนานจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหรือไม่

ไม่ เซลล์คู่ขนานจะรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้หนึ่งเซลล์ในขณะที่เพิ่มความจุเข้าไป เซลล์ 3.7 V, 1000 mAh สองเซลล์ขนานกันเป็นชุด 3.7 V, 2000 mAh

ความแตกต่างระหว่าง 2S2P และ 4S1P คืออะไร?

แพ็ก 2S2P มีกลุ่มอนุกรมสองกลุ่มโดยมีเซลล์คู่ขนานสองเซลล์ในแต่ละกลุ่ม แพ็ก 4S1P มีเซลล์สี่เซลล์ต่ออนุกรมกัน ดังนั้นจึงให้แรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าแต่มีความจุเพียงครึ่งเดียวของ Ah เมื่อใช้เซลล์ที่เหมือนกัน

แพ็ค 2S2P จำเป็นต้องมี 2S หรือ 4S BMS หรือไม่

โดยปกติต้องใช้ 2S BMS เนื่องจากระบบป้องกันจะตรวจสอบกลุ่มแรงดันไฟฟ้าแบบอนุกรมสองกลุ่ม BMS ยังต้องรองรับความจุรวม กระแสประจุ กระแสคายประจุ และข้อกำหนดด้านความสมดุลของทั้งสองกลุ่มขนานกัน

เซลล์ LiPo ที่มีความจุต่างกันสามารถเชื่อมต่อแบบขนานได้หรือไม่?

โดยปกติแล้วไม่ควรรวมไว้ในชุด OEM เว้นแต่การออกแบบที่สมบูรณ์จะได้รับการประเมินเป็นพิเศษ ความจุ ความต้านทาน อายุ หรือสภาวะที่แตกต่างกันสามารถทำให้เกิดการแบ่งปันกระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอและการเสื่อมสภาพที่เร็วขึ้น

สามารถเชื่อมต่อชุดแบตเตอรี่ LiPo ที่มีการป้องกันสองชุดแบบขนานได้หรือไม่

เฉพาะในกรณีที่ระบบแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับการทำงานของโมดูลแบบขนานเท่านั้น ต้องระบุความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าแพ็ค กระแสย้อนกลับ การโต้ตอบ BMS ลำดับการเชื่อมต่อ และการป้องกันสาขาทั้งหมด

การเพิ่มเซลล์คู่ขนานจะทำให้กระแสคายประจุเป็นสองเท่าหรือไม่?

อาจเพิ่มกระแสไฟที่ใช้ได้เมื่อใช้เซลล์ที่เหมือนกันและเส้นทางกระแสไฟที่สมดุล แต่กระแสไฟของแพ็คสำเร็จรูปที่ปลอดภัยยังคงถูกจำกัดโดย BMS แถบ การเชื่อมต่อระหว่างกัน สายไฟ ขั้วต่อ อุณหภูมิ และพฤติกรรมการแบ่งปันกระแสไฟฟ้า

การกำหนดค่าใดให้รันไทม์นานกว่า: อนุกรมหรือขนาน

ไม่สามารถกำหนดรันไทม์ได้จากจำนวน S หรือ P เพียงอย่างเดียว เปรียบเทียบวัตต์-ชั่วโมงรวมและทดสอบอุปกรณ์ทั้งหมด เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุต ประสิทธิภาพการแปลง พฤติกรรมโหลด แรงดันไฟตัด อุณหภูมิ และอัตราการคายประจุยังส่งผลต่อรันไทม์ที่ใช้งานได้อีกด้วย