Seri ve Paralel Pil Paketleri: Bir OEM Cihazına Hangi Yapılandırma Uyuyor?

Lityum iyon hücrelerin bağlanma şekli, bir pil takımının temel elektriksel davranışını belirler.

• Seri bağlantılar gerilimi artırır.

• Paralel bağlantılar kapasiteyi ve akım kapasitesini artırır.

• Seri-paralel konfigürasyonlar voltajı ve kapasiteyi aynı anda artırır.

Bir OEM cihazı için doğru pil paketi yapılandırmasının aşağıdakilerle eşleşmesi gerekir:

• Cihaz voltaj aralığı

• Gerekli kapasite

• Sürekli ve tepe akımı

• Çalışma zamanı hedefi

• Şarj cihazı tasarımı

• BMS veya PCM gereksinimleri

• Mevcut kurulum alanı

• Ağırlık ve termal sınırlar

• Üretim ve test gereksinimleri

Dolayısıyla seri ve paralel arasında seçim yapmak yalnızca elektriksel bir hesaplama değildir. Bu, sistem düzeyinde bir tasarım kararıdır.

Hızlı Cevap: Seri ve Paralel Pil Paketleri

Örneğin, 3,7 V, 2500 mAh pil kullanıldığında:

• 2S1P = 7,4 V, 2500 mAh

• 1S2P = 3,7 V, 5000 mAh

• 2S2P = 7,4 V, 5000 mAh

Doğru konfigürasyon hedef voltaja, kapasiteye, akıma ve mekanik tasarıma bağlıdır.

1. 'S' ve 'P' Ne Demektir?

Pil paketi konfigürasyonu genellikle harfleri kullanılarak yazılır S ve P .

S Serisi Anlamına Gelir

önceki sayı S'den seri olarak bağlanan hücrelerin veya hücre gruplarının sayısını gösterir.

Örnekler:

• 1S: seri halinde bir hücre grubu

• 2S: seri halinde iki hücre grubu

• 3S: seri halinde üç hücre grubu

• 4S: seri halinde dört hücre grubu

Seri bağlantılar gerilimi artırır.

P Paralel Demektir

önceki sayı, P'den her seri grubu içinde paralel bağlanan hücre sayısını gösterir.

Örnekler:

• 1P: her paralel grupta bir hücre

• 2P: paralel iki hücre

• 3P: paralel üç hücre

• 4P: paralel dört hücre

Paralel bağlantılar kapasiteyi ve akım kapasitesini artırır.

Toplam Hücre Sayısı

Toplam hücre sayısı:

Toplam hücreler = S × P

Örneğin:

• 2S1P = 2 hücre

• 1S2P = 2 hücre

• 2S2P = 4 hücre

• 3S2P = 6 hücre

2. Seri Pil Paketleri Nasıl Çalışır?

Seri olarak bağlanan hücreler uçtan uca bağlanır. Bir hücrenin pozitif terminali bir sonraki hücrenin negatif terminaline bağlanır.

Serideki eşleşen hücreler için:

Paket gerilimi = Hücre gerilimi × Seri bağlı hücre sayısı

Amper-saat kapasitesi yaklaşık olarak bir hücrenin veya bir paralel grubun kapasitesine eşit kalır.

Örnek: 2S1P Paketi

Her hücrenin şunları içerdiğini varsayalım:

• Nominal voltaj: 3,7 V

• Kapasite: 2500 mAh

2S1P paketi şunları sağlar:

• Gerilim: 3,7 V × 2 = 7,4 V

• Kapasite: 2500 mAh

• Enerji: 7,4 V × 2,5 Ah = 18,5 Wh

Sonuç:

7,4 V, 2500 mAh, 18,5 Wh

Örnek: 3S1P Paketi

Aynı hücreleri kullanma:

• Gerilim: 3,7 V × 3 = 11,1 V

• Kapasite: 2500 mAh

• Enerji: 11,1 V × 2,5 Ah = 27,75 Wh

Sonuç:

11,1 V, 2500 mAh, 27,75 Wh

Cihaz veya güç sistemi daha yüksek bir nominal voltaj gerektirdiğinde seri konfigürasyon uygundur.

3. Paralel Pil Paketleri Nasıl Çalışır?

Paralel bağlanan hücrelerin pozitif uçları birbirine, negatif uçları birbirine bağlanır.

Paralel olarak eşleşen hücreler için:

Paket kapasitesi = Hücre kapasitesi × Paralel hücre sayısı

Gerilim yaklaşık olarak bir hücrenin veya bir seri grubun gerilimine eşit kalır.

Örnek: 1S2P Paketi

Her hücrenin şunları içerdiğini varsayalım:

• Nominal voltaj: 3,7 V

• Kapasite: 2500 mAh

1S2P paketi şunları sağlar:

• Gerilim: 3,7 V

• Kapasite: 2500 mAh × 2 = 5000 mAh

• Enerji: 3,7 V × 5 Ah = 18,5 Wh

Sonuç:

3,7 V, 5000 mAh, 18,5 Wh

Cihaz bir hücre veya seri grupla aynı voltajda çalıştığında ancak daha fazla kapasiteye, daha uzun çalışma süresine veya daha yüksek akım kapasitesine ihtiyaç duyduğunda paralel konfigürasyon uygundur.

4. Seri ve Paralel: Ne Değişir?

Ayrıntılı kapasite formülleri aşağıda yer almaktadır. Lityum İyon Pil Paketi Kapasitesi Nasıl Hesaplanır?.

5. Seri-Paralel Pil Paketi Nedir?

Çoğu özel OEM akü paketi, seri ve paralel bağlantıların bir kombinasyonunu kullanır.

Bir seri-paralel paket şunları kullanır:

• Gerekli voltajı elde etmek için seri bağlantılar;

• Gerekli kapasite ve akım kabiliyetini elde etmek için paralel bağlantılar.

Örnek: 2S2P Paketi

Dört adet 3,7 V, 2500 mAh hücre kullanarak:

• Seri sayısı: 2

• Paralel sayım: 2

• Toplam hücreler: 4

• Nominal voltaj: 7,4 V

• Kapasite: 5000 mAh

• Enerji: 37 Wh

Hesaplama:

3,7 V × 2 = 7,4 V

2500 mAh × 2 = 5000 mAh

7,4 V × 5 Ah = 37 Wh

Sonuç:

7,4 V, 5000 mAh, 37 Wh

7,4 V platforma ve 2S1P paketinin sağlayabileceğinden daha fazla enerjiye ihtiyaç duyan bir OEM cihazı için 2S2P yapılandırması uygun olabilir.

6. Aynı İki Hücreyi Kullanarak Pratik Karşılaştırma

İki özdeş 3,7 V, 2500 mAh hücre kullanılarak hücreler farklı şekillerde bağlanabilir.

Her iki konfigürasyon da yaklaşık olarak aynı nominal enerjiyi içerir çünkü aynı iki hücreyi kullanırlar. Ancak bunlar birbirinin yerine kullanılamaz.

Cihaz aşağıdakiler için doğru şekilde tasarlanmalıdır:

• Giriş voltajı;

• Şarj voltajı;

• Akım;

• BMS;

• Bağlayıcı;

• Mekanik düzen.

Bu, OEM tasarımı için önemli bir noktadır: iki pil paketi benzer watt-saat değerlerine sahip olabilir ancak yine de aynı ürün için uygun olmayabilir.

7. Bir OEM Cihazı Ne Zaman Seri Yapılandırmasını Kullanmalı?

Cihaz, bir hücrenin sağlayabileceğinden daha yüksek bir voltaj gerektirdiğinde genellikle seri konfigürasyon dikkate alınır.

Tipik nedenler şunları içerir:

• Motor veya güç sistemi daha yüksek bir voltaj gerektirir;

• Daha yüksek voltaj, belirli bir güç seviyesi için akımı azaltabilir;

• Cihaz halihazırda 2S, 3S veya 4S elektrik mimarisini kullanıyor;

• Bir dönüştürücü veya motor kontrolörü için daha yüksek bir voltaj girişi gereklidir;

• Mevcut sistem bileşenleri tanımlanmış bir voltaj platformu için tasarlanmıştır.

Sabit güç yükü için:

Akım = Güç ÷ Gerilim

Aynı güçte daha yüksek akü voltajı paketten çekilen akımı azaltabilir. Bu, iletken boyutunu, konnektör seçimini ve güç yönetimi tasarımını etkileyebilir.

Ancak daha yüksek voltaj otomatik olarak daha iyi performans anlamına gelmez. Cihaz elektroniği, şarj cihazı, yalıtım, BMS ve motor kontrol cihazının tümü seçilen voltajı desteklemelidir.

Pratik voltaj seviyesi karşılaştırmaları için bkz. 7,4V, 11,1V, 14,8V Pil Paketleri.

8. Bir OEM Cihazı Ne Zaman Paralel Yapılandırma Kullanmalı?

Paralel konfigürasyon genellikle cihazın aynı nominal voltajda daha fazla kapasiteye veya daha yüksek akıma ihtiyaç duyduğu durumlarda düşünülür.

Tipik nedenler şunları içerir:

• Daha uzun gerekli çalışma süresi;

• Daha yüksek sürekli akım;

• Kısa yüksek akım talebi;

• Aynı voltaj platformunda daha fazla enerji;

• Sınırlı bireysel kapasiteye sahip bir hücrenin kullanılması;

• Akımı birden fazla hücreye dağıtmak gerekiyor.

Paralel hücreler akımı paylaşabilir ancak tasarımın yine de aşağıdakileri hesaba katması gerekir:

• Hücre eşleştirme;

• Mevcut dağıtım;

• Bağlantı direnci;

• Hücre sıcaklığı;

• Kaynak kalitesi;

• BMS veya koruma tasarımı;

• Mekanik destek.

Paralel hücrelere otomatik olarak aynı muamele yapılmamalıdır. İç direnç veya şarj durumundaki farklılıklar mevcut paylaşımı ve uzun vadeli paket tutarlılığını etkileyebilir.

9. Hücre Eşleştirme Gereksinimleri

Seri ve paralel akü paketlerinin her ikisi de uyumlu hücreler gerektirir.

Aynı pakette kullanılan hücreler aşağıdaki gibi ilgili özelliklerle eşleştirilmelidir:

• Modeli;

• Nominal kapasite;

• Gerilim;

• İç direnç;

• Üretim partisi;

• Yaşlanma durumu;

• Sıcaklık geçmişi.

Seri Paketlerinde Eşleştirme Neden Önemlidir?

Seri pakette en zayıf hücre, üst veya alt gerilim sınırına diğer hücrelerden önce ulaşabilir. Bu, kullanılabilir paket kapasitesini azaltabilir ve korumanın zamanından önce kesilmesine neden olabilir.

Paralel Paketlerde Eşleştirme Neden Önemlidir?

Paralel bir grupta, farklı voltaj veya iç dirence sahip hücreler akımı eşit şekilde paylaşmayabilir. Bir hücre diğerine göre daha fazla yük taşıyabilir veya daha fazla şarj akımı alabilir.

Paket tutarsızlığı ve hücre farklılıkları hakkında daha fazla bilgi için bkz. Lityum İyon Pil Paketleri Neden Tutarsız Hale Geliyor ve Ne Yapmalı?.

10. Seri ve Paralel Paketler için BMS Gereksinimleri

Akü yönetim sistemi paket konfigürasyonuyla eşleşmelidir.

Seri Paketleri

Seri halinde birden fazla hücre içeren bir paket genellikle bireysel hücre gruplarının izlenmesini gerektirir.

BMS'nin aşağıdakileri sağlaması gerekebilir:

• Hücre voltajı izleme;

• Hücre dengeleme;

• Aşırı şarj koruması;

• Aşırı deşarj koruması;

• Aşırı akım koruması;

• Kısa devre koruması;

• Sıcaklık izleme.

Seri sayısı arttıkça BMS'nin karşılık gelen hücre sayısına göre tasarlanması gerekir.

Paralel Paketler

Paralel hücreler aynı voltaj ölçüm noktasını paylaşabilir ancak BMS veya koruma sisteminin yine de aşağıdakileri hesaba katması gerekir:

• Toplam akım;

• Hücre eşleştirme;

• Sıcaklık;

• Şarj davranışı;

• Bağlantı direnci;

• Arıza koşulları.

Seri-Paralel Paketler

Seri-paralel paket tipik olarak BMS'nin toplam paket akımını yönetirken her seri grubunu izlemesini gerektirir.

BMS, pil tasarımı aşamasında seçilmelidir, hücre konfigürasyonu tamamlandıktan sonra eklenmemelidir.

11. Şarj Gereksinimleri

Seri ve paralel konfigürasyonlar farklı şarj etme hususlarını gerektirir.

Seri Şarj

Şarj cihazının toplam seri voltajı desteklemesi gerekir.

Örneğin:

• 1S paketi: tek hücre için tasarlanmış şarj cihazı;

• 2S paketi: 2S pil için tasarlanmış şarj cihazı;

• 3S paketi: 3S pil için tasarlanmış şarj cihazı;

• 4S paketi: 4S pil için tasarlanmış şarj cihazı.

Tek hücre için tasarlanmış bir şarj cihazı, çoklu seri paketle doğrudan kullanılmamalıdır.

Paralel Şarj

Paralel paket hala bir hücrenin veya bir seri grubun voltajını kullanır, ancak şarj sisteminin daha fazla akım sağlaması veya daha uzun bir şarj süresini kabul etmesi gerekebilir.

Seri-Paralel Şarj

Şarj sistemi her ikisiyle de eşleşmelidir:

• Toplam seri gerilim;

• Paket kapasitesi ve şarj akımı gereksinimleri.

Şarj cihazı, akü ve BMS tek bir sistem olarak test edilmelidir.

12. Konfigürasyonu OEM Cihazla Eşleştirin

Doğru konfigürasyon cihazın gerçek gereksinimlerine bağlıdır.

Bu sadece bir ön seçim rehberidir. Nihai konfigürasyon aynı zamanda mevcut talebe, boyutlara, şarja, sıcaklığa ve üretim gereksinimlerine göre de kontrol edilmelidir.

13. OEM Örneği: 7,4 V Cihaz için Konfigürasyon Seçme

Bir OEM ürününün aşağıdakileri gerektirdiğini varsayalım:

• Nominal voltaj: yaklaşık 7,4 V;

• Hedef kapasite: 5000 mAh;

• Sürekli akım: orta;

• Kompakt dikdörtgen pil bölmesi;

• Şarj edilebilir çalışma;

• Hücre düzeyinde izleme.

Bir ön konfigürasyon şöyle olabilir:

3,7 V, 2500 mAh hücre kullanan 2S2P

Hesaplama:

• Gerilim: 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• Kapasite: 2500 mAh × 2 = 5000 mAh;

• Toplam hücreler: 2 × 2 = 4 hücre;

• Nominal enerji: 7,4 V × 5 Ah = 37 Wh.

Tasarım ekibi daha sonra şunları onaylamalıdır:

• 2S voltaj aralığının cihazla uyumlu olup olmadığı;

• Dengelemeli bir 2S BMS'nin gerekli olup olmadığı;

• Hücrelerin akımı destekleyip destekleyemeyeceği;

• Şarj cihazının 2S için tasarlanmış olup olmadığı;

• Paketin muhafazaya uyup uymadığı;

• Konektörün gerekli akımı destekleyip desteklemediği;

• Pilin planlanan testi geçip geçmediği.

ZERNE'nin 7,4V lityum pil paketi sayfası, 2S pil paketi yapılandırmaları için ürün düzeyinde referans olarak kullanılabilirken, özel tasarımlar gerçek OEM cihaza göre değerlendirilmelidir.

14. Yüksek Gerilim Cihazı İçin Konfigürasyon Örneği

Başka bir OEM ürününün aşağıdakileri gerektirdiğini varsayalım:

• Nominal voltaj: yaklaşık 11,1 V;

• Kapasite: 5000 mAh;

• Sürekli çalışma sırasında kararlı çıkış.

Bir ön konfigürasyon şöyle olabilir:

3,7 V, 2500 mAh hücre kullanan 3S2P

Hesaplama:

• Gerilim: 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• Kapasite: 2500 mAh × 2 = 5000 mAh;

• Toplam hücreler: 3 × 2 = 6 hücre;

• Nominal enerji: 11,1 V × 5 Ah = 55,5 Wh.

11,1 V'lik bir paket, 3S yapılandırması için tasarlanmış bir şarj cihazı ve BMS gerektirir.

Mevcut bir ürün referansı için ZERNE'nin 11,1V lityum pil paketi sayfası.

15. Mekanik Tasarım Hususları

Seri ve paralel bağlantılar aynı zamanda fiziksel paket düzenini de etkiler.

Tasarımcı şunları dikkate almalıdır:

• Hücre yönelimi;

• Hücre aralığı;

• Kaynak noktaları;

• Baralar veya iletkenler;

• Yalıtım;

• BMS'nin konumu;

• Kablo yönlendirme;

• Konektör konumu;

• Muhafaza boyutları;

• Isı dağılımı;

• Montaj noktaları;

• Titreşim ve darbe.

Elektriksel olarak doğru olan bir konfigürasyon, mevcut muhafazaya sığmıyorsa yine de uygun olmayabilir.

Silindirik hücre paketleri için hücre düzeni paketin genişliğini, uzunluğunu ve yüksekliğini etkileyebilir. Kese hücreli paketler için seri ve paralel tırnak konumları iç düzeni ve kablo çıkışını etkileyebilir.

Ayrıntılı pil bölmesi açıklıkları, sıkıştırma ve şişme payları ayrı ayrı ele alınmalıdır. LiPo Pil Bölmesi Tasarımı: Açıklık ve Şişme.

16. Yaygın Seri ve Paralel Tasarım Hataları

Hata 1: Serinin mAh'ı Artırdığını Varsaymak

Seri bağlantılar normalde amper-saat kapasitesini değil voltajı artırır.

Hata 2: Paralelliğin Gerilimi Artırdığını Varsaymak

Paralel hücreler, bir hücre veya bir seri grupla yaklaşık olarak aynı voltajı korur.

Hata 3: Yanlış Seri Sayımı için Şarj Cihazı Kullanmak

1S paketi için şarj cihazı 2S, 3S veya 4S paketi için uygun değildir.

Hata 4: Eşleşmeyen Hücreleri Bağlamak

Farklı kapasite, direnç veya eskime koşulları, paket tutarlılığını ve kullanılabilir performansı azaltabilir.

Hata 5: Paket Düzeninden Sonra BMS'nin Seçilmesi

BMS seçilmeden önce seri sayısı, mevcut talep ve iletişim gereksinimleri bilinmelidir.

Hata 6: Yalnızca mAh'ı Karşılaştırmak

3,7 V, 5000 mAh paket ve 7,4 V, 5000 mAh paket aynı miktarda enerji içermez.

Hata 7: Tepe Akımını Göz ardı Etmek

Yapılandırma, cihazın yalnızca ortalama akımını değil, maksimum talebini de desteklemelidir.

17. Seri ve Paralel Akü Paketi Kontrol Listesi

Pil yapılandırmasını onaylamadan önce şunları onaylayın:

• Cihaz nominal voltajı;

• Cihaz minimum ve maksimum voltajı;

• Hedef kapasite;

• Sürekli akım;

• Tepe akımı;

• Gerekli seri sayısı;

• Gerekli paralel sayım;

• Hücre modeli ve kapasitesi;

• Toplam hücre sayısı;

• Hücre eşleştirme gereksinimleri;

• BMS veya PCM yapısı;

• Şarj cihazı uyumluluğu;

• Konektör ve kablo derecelendirmesi;

• Mekanik uyum;

• Sıcaklık koşulları;

• Çalışma zamanı hedefi;

• Test gereksinimleri;

• Beklenen üretim hacmi.

Daha geniş pil tasarım kriterleri için bkz. Lityum İyon Pil Paketi Tasarımı: Gerilim, Kapasite, BMS ve Çalışma Süresi.

SSS

Seri ve paralel pil takımı arasındaki fark nedir?

Seri pil takımı voltajı artırırken paralel pil takımı kapasiteyi ve akım kapasitesini artırır. Seri-paralel paket her iki etkiyi birleştirir.

Pilleri seri bağlamak kapasiteyi artırır mı?

Normalde hayır. Eşit kapasiteli hücrelerin seri olarak bağlanması voltajı artırırken amper-saat kapasitesi yaklaşık olarak aynı kalır.

Pilleri paralel bağlamak voltajı arttırır mı?

Normalde hayır. Eşit voltajlı hücrelerin paralel bağlanması, yaklaşık olarak aynı voltajı korurken kapasiteyi artırır.

2S2P ne anlama geliyor?

2S2P, her grupta iki hücrenin paralel bağlandığı, seri bağlı iki hücre grubu anlamına gelir. Toplamda dört hücre içerir.

2500 mAh hücre kullanan bir 2S2P paketinin kapasitesi nedir?

Paket kapasitesi yaklaşık 5000 mAh'dir. Hücrelerin nominal voltajı 3,7 V ise paket voltajı yaklaşık 7,4 V'tur.

Seri akü paketlerinin BMS'ye ihtiyacı var mı?

Çoklu seri lityum pil paketleri genellikle uygun koruma ve dengeleme gerektirir. Tam BMS yapısı hücre kimyasına, seri sayısına, akıma, şarj cihazına ve uygulamaya bağlıdır.

Seri paralel pil paketleri yalnızca seri veya yalnızca paralel pil paketlerinden daha mı iyi?

Otomatik olarak değil. Seri-paralel konfigürasyon, cihazın hem daha yüksek voltaja hem de daha yüksek kapasiteye ihtiyaç duyduğu durumlarda kullanışlıdır ancak nihai seçim uygulamaya ve fiziksel kısıtlamalara bağlıdır.

Farklı akü hücreleri paralel bağlanabilir mi?

Model, kapasite, voltaj, iç direnç veya durum bakımından farklılık gösteren hücreler rastgele bir şekilde birbirine bağlanmamalıdır. Nitelikli bir pil tasarımında uyumlu ve uygun şekilde eşleştirilmiş hücreler kullanılmalıdır.

Çözüm

Pil paketi yapılandırmasının temel kuralı şudur:

Seri voltajı artırır.

Paralel kapasiteyi ve akım kabiliyetini arttırır.

Seri-paralel hem voltajı hem de kapasiteyi artırır.

Bir OEM cihazı için doğru konfigürasyonun da aşağıdakilerle eşleşmesi gerekir:

• Gerilim aralığı;

• Kapasite ve enerji;

• Mevcut talep;

• Şarj cihazı;

• BMS;

• Hücre eşleştirme;

• Mekanik uzay;

• Bağlayıcı;

• Sıcaklık;

• Test gereksinimleri.

Örneğin:

• 2S1P daha yüksek voltaj sağlar;

• 1S2P aynı hücre voltajında ​​daha yüksek kapasite sağlar;

• 2S2P hem daha yüksek voltaj hem de daha yüksek kapasite sağlar.

Özel bir batarya paketi geliştiriyorsanız cihaz voltajını, kapasite hedefini, mevcut talebi, boyutları, şarj yöntemini ve beklenen miktarı ZERNE teknik ekibiyle paylaşın. ZERNE, OEM ve ODM projeleri için özel lityum pil paketi çözümleri sağlar ve uygun seri, paralel veya seri-paralel konfigürasyonun değerlendirilmesine yardımcı olabilir.