Aufrufe: 0 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 07.08.2026 Herkunft: Website
Die Berechnung eines Pouch-Zellen-Akkupacks beginnt mit ein paar einfachen Formeln, aber ein brauchbares Design erfordert mehr als die Multiplikation von Spannung und Kapazität.
Reihenschaltungen bestimmen die Packspannung. Parallele Verbindungen bestimmen die Packkapazität und tragen zur Stromfähigkeit bei. Zellchemie, Spannungsgrenzen, Entladerate, Innenwiderstand, Temperatur, mechanische Kompression und das Batteriemanagementsystem (BMS) bestimmen dann, ob die berechnete Konfiguration in der vorgesehenen Anwendung sicher funktionieren kann.
In dieser Anleitung wird erläutert, wie Reihen- und Parallelzählungen, Nennspannung, Ah, Wh und nutzbare kWh berechnet werden. A die NMC-Pouchzelle P70A 3,7 V 70 Ah verwendet. Als Hauptbeispiel wird
Die Berechnungen eignen sich zur vorläufigen Batteriedimensionierung. Die endgültigen Modul- und Paketdesigns müssen anhand des neuesten Zelldatenblatts, des vollständigen Lastprofils und der Testergebnisse auf Paketebene überprüft werden.
In Reihe geschaltete Zellen erhöhen die Spannung; Sie erhöhen die Ah-Kapazität nicht.
Parallel geschaltete Zellen erhöhen die Ah-Kapazität; Sie erhöhen die Spannung nicht.
Die Packenergie in Wh entspricht der Nennspannung des Packs multipliziert mit der Packkapazität.
Teilen Sie Wh durch 1.000, um das Ergebnis in kWh umzurechnen.
Typenschildenergie und nutzbare Energie sind nicht dasselbe.
Der Dauerstrom muss bei der niedrigsten Betriebsspannung geprüft werden, nicht nur bei Nennspannung.
Die maximalen Lade- und Entladespannungen müssen dem Datenblatt der ausgewählten Zelle entnommen werden.
Beutelzellen erfordern eine zellspezifische mechanische Beschränkung, Quellzulässigkeit und ein thermisches Design.
Die endgültigen BMS-, Sicherungs-, Schütz- und Leiterwerte können nicht anhand einer einzigen Prozentregel ausgewählt werden.
Ein Akkupack sollte aus der Anwendung rückwärts berechnet werden. Definieren Sie vor der Auswahl einer Zelle oder der Entscheidung über die Reihen- und Parallelkonfiguration die folgenden Anforderungen:
Soll-Nennspannung des Systems
Maximal zulässige Eingangsspannung
Mindestbetriebsspannung
Erforderliches Typenschild oder nutzbare Energie
Erforderliche Betriebszeit
Kontinuierliche Leistung und Strom
Spitzenleistung, Spitzenstrom und Spitzendauer
Ladeleistung und Ladezeit
Verfügbare Einbaumaße
Maximales Batteriegewicht
Betriebs- und Lagertemperatur
Erwartete Lebensdauer
Kühlmethode
Geltende Zertifizierungs- und Transportanforderungen
Ein System, das beispielsweise mit „48 V“ beworben wird, kann je nach Motorsteuerung, Wechselrichter, DC/DC-Wandler oder anderen angeschlossenen Geräten sehr unterschiedliche maximale und minimale Spannungen akzeptieren. Die angegebene Systemspannung allein reicht nicht aus, um die richtige Serienanzahl zu ermitteln.
Die Berechnung muss die genehmigten Spezifikationen der ausgewählten Zelle verwenden. Zu den wichtigsten Eingaben gehören:
| Zellparameter | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Nennspannung | Wird für vorläufige Packspannungs- und Energieberechnungen verwendet |
| Empfohlene Ladeabschaltspannung | Wird zur Berechnung der Ladegerätleistung und der maximalen normalen Packspannung verwendet |
| Entladeschlussspannung | Wird zur Bewertung der unteren Spannungsgrenze verwendet |
| Nenn- oder Standardkapazität | Bestimmt vorläufige Ah und Energie |
| Kontinuierliche Entladeleistung | Hilft bei der Bestimmung der aktuellen Leistungsfähigkeit |
| Spitzenentladungsleistung und -dauer | Wird für kurze Lastereignisse wie Beschleunigung oder Motorstart verwendet |
| DC-Innenwiderstand | Hilft bei der Schätzung des Spannungsabfalls und der Widerstandswärme unter Last |
| Lade- und Entladetemperatur | Bestimmt den zulässigen Betrieb und die Stromreduzierung |
| Abmessungen und Gewicht | Erforderlich für Modullayout und Berechnungen der Energiedichte auf Paketebene |
| Mechanische Vorspannung und Quellzugabe | Erforderlich für das Design von Pouch-Zellenmodulen |
| Bedingungen für den Lebensdauertest | Wird benötigt, um die Lebensdauererwartungen richtig vergleichen zu können |
Zellen mit derselben Chemie können dennoch unterschiedliche Spannungsgrenzen, Stromstärken und Temperaturbereiche haben. Wenden Sie nicht auf jede NMC-, LFP- oder LTO-Pouchzelle eine universelle Spannungseinstellung an.
Misen liefert mehrere Chemie und Kapazitäten von Pouch-Zellenbatterien für Elektromobilität, AGVs, Robotik, Industrieausrüstung, Schiffssysteme und Energiespeicherprojekte.
Die Chemie beeinflusst die Spannungsberechnung, die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen, die Energiedichte, das Ziel der Zyklenlebensdauer, die Leistungsfähigkeit und die thermische Strategie.
| Chemie | Typische vorläufige Nennspannung | Gemeinsame Auswahlpriorität |
|---|---|---|
| NMC-Pouchzelle | Je nach Zelle ca. 3,6–3,73 V | Hohe Energiedichte und kompakte, leichte Batteriesysteme |
| LiFePO4-Pouchzelle | Normalerweise etwa 3,2 V | Zyklenlebensdauer, thermische Stabilität und industrielle oder stationäre Anwendungen |
| LTO-Pouchzelle | Üblicherweise etwa 2,3–2,4 V | Hohe Leistung, schnelles Laden, Betrieb bei niedrigen Temperaturen und lange Lebensdauer |
Hierbei handelt es sich um vorläufige Referenzwerte, nicht um universelle Designeinstellungen. Verwenden Sie immer die Nennspannung, Ladegrenze und Entladegrenze, die in der ausgewählten Zellenspezifikation angegeben sind.
Für das Hauptberechnungsbeispiel verwenden wir das Großformat P70A NMC-Pouchzelle.
Für einfache vorläufige Berechnungen sind die marktorientierten Werte:
Nennspannung: 3,7V
Nennkapazitätsklasse: 70Ah
Vorläufige Nennenergie: 3,7 V × 70 Ah = 259 Wh
Maximale Dauerentladungsrate: bis zu 3 °C bei 25 °C unter den angegebenen Bedingungen
Ungefährer Strom entsprechend 3C: 70Ah × 3C = 210A
Die detaillierten Zelldaten liefern spezifischere Testbedingungen:
Nennspannung: 3,73 V bei 0,33 C oder 3,70 V bei 0,5 C
Standardkapazität: mindestens 68,7 Ah bei 0,33 °C oder mindestens 67,8 Ah bei 0,5 °C
Berechnete Energie: ca. 256,3 Wh basierend auf 3,73 V × 68,7 Ah
Empfohlene Ladeabschaltspannung: 4,3 V
Entladeschlussspannung: 2,75 V unter den angegebenen Normaltemperaturbedingungen
AC-Innenwiderstand: nicht mehr als 1,2 mΩ unter den angegebenen Testbedingungen
DC-Innenwiderstand: nicht mehr als 3,0 mΩ unter den angegebenen Testbedingungen
Die Werte von 3,7 V und 70 Ah erleichtern das Befolgen der Grundformeln. Für endgültige technische Berechnungen, Beschaffungsspezifikationen und Leistungsgarantien verwenden Sie die entsprechenden Datenblattwerte und Testbedingungen.
Bei der Reihenschaltung von Zellen wird der Pluspol einer Zelle oder Parallelgruppe mit dem Minuspol der nächsten verbunden.
Reihenschaltungen erhöhen die Spannung, während die Ah-Kapazität unverändert bleibt.
Nennspannung des Packs = Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen × Nennzellenspannung
Verwendung der marktorientierten P70A-Werte in einer 14S-Konfiguration:
14 × 3,7 V = 51,8 V nominal
Ein 14S1P-Paket verfügt daher über:
Nennspannung: 51,8V
Kapazität: 70Ah
Gesamtzahl der Zellen: 14
Auch der komplette Spannungsbereich muss überprüft werden.
Verwendung der empfohlenen Ladeabschaltspannung P70A:
14 × 4,3 V = 60,2 V
Unter Verwendung der angegebenen Entladeschlussspannung von 2,75 V:
14 × 2,75 V = 38,5 V
Der vorläufige Spannungsbereich liegt daher unter den geltenden Bedingungen bei etwa 38,5 V bis 60,2 V.
Eine 14S-NMC-Batterie wird möglicherweise als System der 48-V-Klasse vermarktet, aber das macht sie nicht automatisch mit jedem 48-V-Controller oder Wechselrichter kompatibel. Alle angeschlossenen Geräte müssen im gesamten Batteriespannungsbereich überprüft werden.
Eine ausführlichere Erklärung finden Sie unter NMC Pouch-Zellenspannung: Grenzwerte und BMS-Einstellungen.
Bei der Parallelschaltung von Zellen sind alle Pluspole miteinander verbunden und alle Minuspole miteinander verbunden.
Parallelschaltungen erhöhen die Ah-Kapazität, während die Spannung gleich einer Zelle oder einer Reihengruppe bleibt.
Packkapazität = Anzahl parallel geschalteter Zellen × Zellenkapazität
Verwendung von vier P70A-Zellen parallel:
4 × 70 Ah = 280 Ah
Eine 4P-Gruppe hat daher:
Nennspannung: 3,7V
Kapazität: 280 Ah
Gesamtzahl der Zellen: 4
Auch Parallelschaltungen können die Strombelastbarkeit erhöhen. Zur vorläufigen Dimensionierung:
Parallelgruppenstrombelastbarkeit ≈ Anzahl paralleler Zellen × Zugelassener Einzelzellenstrom
Wenn eine P70A-Zelle der 70-Ah-Klasse unter den angegebenen Testbedingungen etwa 210 A bei 3 °C unterstützt, hat eine Parallelgruppe mit vier Zellen eine theoretische Strombelastbarkeit auf Zellenebene von etwa 840 A.
Dies ist jedoch nicht automatisch der sichere Packstrom.
Der endgültige Stromgrenzwert wird durch den niedrigsten genehmigten Grenzwert bestimmt unter:
Zellen
Zellregisterkarten
Sammelschienen oder flexible Anschlüsse
Schweiß- oder Schraubverbindungen
BMS
Schütze
Sicherungen
Kabel und Anschlüsse
Kühlsystem
Zulässiger Temperaturanstieg
Die parallele Stromaufteilung hängt auch vom Zellwiderstand, Verbindungswiderstand, Sammelschienensymmetrie, Temperatur und Zellanpassung ab. Einer theoretischen Multiplikation sollte immer eine elektrische und thermische Validierung folgen.
Eine 14S4P-Konfiguration enthält 14 in Reihe geschaltete Gruppen, wobei in jeder Gruppe vier Zellen parallel geschaltet sind.
Die Gesamtzellzahl beträgt:
Gesamtzahl der Zellen = Reihenanzahl × Parallelanzahl
14 × 4 = 56 Zellen
Für das P70A-Beispiel:
Anzahl der Serien: 14
Parallelanzahl: 4
Gesamtzahl der Zellen: 56
Nennspannung des Akkus: 51,8 V
Packkapazität: 280Ah
Der Begriff „14S4P“ sollte durch ein elektrisches Diagramm unterstützt werden, das die Parallelgruppen, BMS-Messpunkte, den Hauptstrompfad und die Schutzgeräte zeigt. Verlassen Sie sich bei der Überprüfung einer Lieferantenzeichnung nicht nur auf den schriftlichen Konfigurationsnamen.
Einige Batteriesysteme verwenden separat geschützte Reihenstränge, die auf Paketebene parallel geschaltet sind. Diese Anordnung kann Redundanz bieten, erfordert jedoch eine sorgfältige Koordination zwischen BMS-Einheiten, Schützen, Sicherungen und Kommunikationssystemen. Die richtige Topologie hängt von den Sicherheits-, Service- und Fehlerisolierungsanforderungen des Projekts ab.
Batterieenergie wird normalerweise in Wattstunden oder Kilowattstunden ausgedrückt.
Pack-Energie (Wh) = Nominale Pack-Spannung × Pack-Kapazität
Das gleiche Ergebnis lässt sich direkt aus der Zellzahl berechnen:
Packenergie (Wh) = S × P × Zellennennspannung × Zellenkapazität
Für das 14S4P P70A-Beispiel:
Nennspannung des Akkus: 51,8 V
Packkapazität: 280Ah
51,8 V × 280 Ah = 14.504 Wh
Wh in kWh umrechnen:
14.504 Wh ÷ 1.000 = 14,504 kWh
Die vorläufige Energie auf dem Typenschild beträgt daher ungefähr:
14,50 kWh
Unter Verwendung der konservativeren Datenblatt-Testwerte von 3,73 V und 68,7 Ah:
14 × 4 × 3,73 V × 68,7 Ah = ca. 14,35 kWh
Der Unterschied verdeutlicht, warum eine marktorientierte Kapazitätsklasse und eine im Datenblatt getestete Mindestkapazität nicht als identisch behandelt werden sollten. Für eine garantierte Packungsleistung verwenden Sie den entsprechenden Spezifikationswert.
Mehr über den Unterschied zwischen Energie auf Zell- und Packebene erfahren Sie hier Erläuterung der Energiedichte der Pouch-Zellen: Wh/kg, Wh/L und nutzbare Packenergie.
Die folgenden Werte verwenden 3,7 V und 70 Ah zur vorläufigen Dimensionierung.
| Konfiguration | Zellenanzahl | Nennspannung | Kapazität | Energie auf dem Typenschild | Ungefähre Energie bei einem nutzbaren SOC-Fenster von 80 % |
|---|---|---|---|---|---|
| 14S1P | 14 | 51,8 V | 70Ah | 3,63 kWh | 2,90 kWh |
| 14S2P | 28 | 51,8 V | 140Ah | 7,25 kWh | 5,80 kWh |
| 14S3P | 42 | 51,8 V | 210Ah | 10,88 kWh | 8,70 kWh |
| 14S4P | 56 | 51,8 V | 280 Ah | 14,50 kWh | 11,60 kWh |
Diese Werte sind vorläufig. Die tatsächlich lieferbare Energie hängt vom genehmigten Spannungsfenster, dem Laststrom, der Temperatur, der Zellalterung, den BMS-Einstellungen und den Systemverlusten ab.
Die auf dem Typenschild angegebene Energie wird aus der Nennspannung und der Nennkapazität berechnet. Die nutzbare Energie ist die Menge, auf die die Anwendung innerhalb des ausgewählten Betriebsfensters zugreifen kann.
Für eine frühzeitige Schätzung:
Nutzbare Energie ≈ Typenschildenergie × Nutzbares SOC-Fenster
Wenn ein 14S4P P70A-Paket über 14,50 kWh vorläufiger Energie auf dem Typenschild verfügt und über ein SOC-Fenster von 80 % betrieben wird:
14,50 kWh × 0,80 = ungefähr 11,60 kWh
Dies ist eine Schätzung, keine garantierte Ausgabe.
Die tatsächlich nutzbare Energie wird beeinflusst durch:
Zellentladungskurve
Lade- und Entladegrenzen
Entladungsrate
Spannungseinbruch
Umgebungs- und Zelltemperatur
Variation von Zelle zu Zelle
Gesundheitszustand
BMS-Abschaltstrategie
Kabel- und Schützverluste
Wirkungsgrad von DC/DC-Wandlern, Motorsteuerungen oder Wechselrichtern
Wenn gegen Ende der Lebensdauer der Batterie noch nutzbare Energie erreicht werden muss, kann bei der frühzeitigen Dimensionierung auch das Kapazitätsziel am Ende der Lebensdauer und die Umwandlungseffizienz berücksichtigt werden:
Erforderliche Energie auf dem Typenschild ≈ Angestrebte nutzbare Energie ÷ (nutzbares SOC-Fenster × Anteil der Kapazität am Ende der Lebensdauer × Systemeffizienz)
Diese Formel ist für die vorläufige Dimensionierung nützlich. Die endgültige Leistung muss anhand von Zellentladungsdaten und Tests auf Packungsebene validiert werden.
Entwickler von Batteriepacks beginnen oft mit einem erforderlichen Leistungswert in kW und nicht mit einem Stromwert in Ampere.
Die Beziehung ist:
Leistung = Spannung × Strom
Daher:
Strom = Leistung ÷ Spannung
Für eine 10-kW-Last bei der Nennspannung eines 14S-P70A-Pakets:
10.000 W ÷ 51,8 V = ca. 193 A
Wenn der Controller versucht, 10 kW aufrechtzuerhalten, während die Batteriespannung auf 38,5 V abfällt:
10.000 W ÷ 38,5 V = ca. 260 A
Dies zeigt, warum der Strom nicht nur bei Nennspannung berechnet werden sollte. Bei Lasten mit konstanter Leistung steigt der Strom, wenn die Batteriespannung sinkt.
Die Zellen, BMS, Sammelschienen, Schütze, Sicherungen und Kabel müssen bei der schlechtesten relevanten Kombination aus Spannung, Leistung, Temperatur und Dauer bewertet werden.
Die Zellenspannung unter Last ist niedriger als die entspannte Leerlaufspannung. Eine vereinfachte Schätzung des Spannungseinbruchs lautet:
Spannungseinbruch ≈ Strom × Gleichstromwiderstand
Zum echten Packungswiderstand gehört mehr als nur der Zellwiderstand. Es beinhaltet außerdem:
Tabs
Sammelschienen
Gelenke
Sicherungen
Schütze
Kabel
Anschlüsse
Parallele Stromverteilungsunterschiede
Eine vereinfachte Schätzung der Widerstandswärme ist:
Verlustleistung ≈ Strom² × Widerstand
Die Wärme steigt daher in einem vereinfachten Widerstandsmodell ungefähr mit dem Quadrat des Stroms an, nicht exponentiell. Die tatsächliche Wärmeerzeugung und der Temperaturanstieg hängen auch vom Ladezustand, der Zelltemperatur, Widerstandsänderungen, Kühlbedingungen und dem Arbeitszyklus ab.
ACIR, gemessen bei 1 kHz, sollte nicht automatisch zur Vorhersage des Lastspannungsabfalls verwendet werden. DCIR, das unter einer definierten Lastbedingung gemessen wird, ist im Allgemeinen für vorläufige Spannungseinbruch- und Wärmeberechnungen relevanter.
Mathematische Berechnungen gehen davon aus, dass jede Zelle die gleiche Leistung erbringt. Echte Zellen weisen Unterschiede in Kapazität, Innenwiderstand, Leerlaufspannung, Selbstentladung und Alterung auf.
Zellen, die für eine Packung bestimmt sind, sollten normalerweise wie folgt zusammenpassen:
Chemie und Modell
Produktionscharge, sofern sinnvoll
Kapazität
AC- und DC-Widerstand
Leerlaufspannung
Ladezustand
Selbstentladung
Alter und Nutzungsverlauf
Zellen mit deutlich unterschiedlichen SOC-Werten sollten nicht direkt parallel geschaltet werden. Der Spannungsunterschied kann einen hohen Ausgleichsstrom verursachen, der hauptsächlich durch den Zell- und Verbindungswiderstand begrenzt wird.
Zellen unterschiedlicher Kapazität teilen den Strom nicht automatisch entsprechend der Kapazität auf. Die Stromverteilung wird stark vom Innenwiderstand, dem Verbindungswiderstand, der Temperatur und der Sammelschienenanordnung beeinflusst. Für ein neues Produktionspaket ist die Verwendung passender Zellen desselben zugelassenen Modells der bevorzugte Ansatz.
Eine BMS-Ausgleichsschaltung kann große Kapazitäts- oder Widerstandsunterschiede innerhalb eines Beutelzellenpakets mit hoher Kapazität nicht schnell ausgleichen. Die Zellklassifizierung bleibt vor dem Zusammenbau wichtig.
Pouch-Zellen haben keine starre Metalldose. Die Modulstruktur muss die Zellausdehnung bewältigen, eine gleichmäßige Unterstützung bieten, die Laminatfolie schützen und einen zuverlässigen thermischen Kontakt aufrechterhalten.
Es gibt keinen universellen Quellwert oder Vorspanndruck, der auf jede Pouch-Zelle angewendet werden kann.
Für den P70A gibt die verfügbare Spezifikation Folgendes an:
Anfangsvorspannung: 400–500 N
Spezifizierter Quellkoeffizient: 6 %
Ein Dauerbetrieb ohne mechanische Sicherung ist nicht zulässig
Der Druck sollte gleichmäßig über die Zelloberfläche verteilt sein
Diese Werte gelten für das P70A und sollten nicht automatisch auf ein anderes Pouchzellenmodell kopiert werden.
Das Moduldesign sollte Folgendes berücksichtigen:
Endplatten und Rahmensteifigkeit
Vorlademethode
Kompressions- oder Schwellungspolster
Zelldickentoleranz
End-of-Life-Erweiterung
Elektrische Isolierung
Laschen- und Siegelschutz
Kontakt zur Kühlfläche
Herstellungs- und Servicetoleranzen
Weitere Informationen finden Sie unter Warum Pouch-Zellen beim Batteriepack-Design eine Komprimierung erfordern.
Der Kühlbedarf kann nicht allein aus der C-Rate ausgewählt werden. Ein 1C-System in einem dicht gepackten Gehäuse kann schwierigere thermische Bedingungen aufweisen als ein System mit höherem Strom, kurzen Arbeitszyklen und einer effektiven Kühlstruktur.
Beim thermischen Design sollte Folgendes berücksichtigt werden:
Gleichstromwiderstand der Zelle
Dauerstrom
Spitzenstrom und Dauer
Ladestrom
Modulgeometrie
Zellabstand
Richtung der Wärmeübertragung
Umgebungstemperatur
Maximal zulässige Zelltemperatur
Maximaler Temperaturunterschied zwischen den Zellen
Fehlerbedingungen des Kühlsystems
Zu den möglichen Strategien gehören natürliche Konvektion, Umluft, leitfähige Kühlplatten und Flüssigkeitskühlung. Die richtige Lösung sollte aus einem Wärmeerzeugungsmodell ausgewählt und durch Temperaturtests auf Modulebene bestätigt werden.
Temperatursensoren sollten an repräsentativen Stellen angebracht werden, einschließlich wahrscheinlicher Hotspots und Bereiche, in denen Verbindungswiderstände zusätzliche Wärme erzeugen können.
Das BMS muss die genaue Serienanzahl und den zugelassenen Zellspannungsbereich unterstützen. Bei einem 14S-Pack muss das BMS 14 in Reihe geschaltete Zellgruppen überwachen.
Bei der BMS-Auswahl sollten Folgendes berücksichtigt werden:
Zellchemie
Anzahl der Serien
Normales Ladespannungsziel
Überspannungsschutzschwelle
Unterspannungsschutzschwelle
Dauerstrom
Spitzenstrom und Dauer
Kurzschlusserkennung
Lade- und Entladetemperatur
Anzahl und Platzierung der Sensoren
Ausgleichsstrategie
Genauigkeit der Spannungs- und Strommessung
Schützsteuerung
Fehlerprotokollierung und Wiederherstellung
Der BMS-Überspannungsschwellenwert ist eine Notfallschutzeinstellung und nicht der normale Zielwert des Ladegeräts. Das Ladegerät sollte Spannung und Strom korrekt regulieren, ohne auf eine routinemäßige BMS-Abschaltung angewiesen zu sein.
Es gibt auch keine allgemeingültige Regel, dass jedes BMS, Schütz oder jede Sicherung für genau 125 % des erwarteten Stroms ausgelegt sein sollte. Der angemessene Designspielraum hängt von der Komponente, der Temperatur, dem Arbeitszyklus, der Lebensdauer und der geltenden Norm ab.
Bei der Auswahl der Sicherung sollte Folgendes berücksichtigt werden:
Dauerlaststrom
Kabel- und Sammelschienenschutz
DC-Nennspannung
Maximal verfügbarer Fehlerstrom
DC-Unterbrechungsleistung
Zeit-Strom-Kurve
Keine Leistung
Koordination mit dem BMS und den Schützen
Hochspannungs- oder Hochleistungssysteme erfordern möglicherweise auch Hauptschütze, Vorladeschaltungen, Service-Trennschalter, Isolationsüberwachung und koordinierte Fehlerisolierung.
Eine zuverlässige Vorabberechnung kann in dieser Reihenfolge erfolgen:
Definieren Sie den gesamten Spannungsbereich des Geräts.
Definieren Sie die benötigte Nutzenergie, Dauerleistung und Spitzenlast.
Wählen Sie die Zellchemie und das Zellmodell aus.
Verwenden Sie die zugelassenen Zellspannungsgrenzwerte und Kapazitätstestbedingungen.
Berechnen Sie die Reihenzahl aus dem erforderlichen Spannungsbereich.
Berechnen Sie die Parallelzählung aus Energie- und Strombedarf.
Berechnen Sie die Gesamtzellenzahl, die Nennspannung, Ah, Wh und kWh.
Schätzen Sie die nutzbare Energie innerhalb des vorgesehenen SOC-Fensters.
Prüfen Sie den Strombedarf bei niedrigster Betriebsspannung.
Spannungseinbruch, Wärmeentwicklung und Stromaufteilung prüfen.
Wählen Sie das BMS, die Leiter, Schütze und Schutzgeräte aus.
Entwerfen Sie die mechanische Rückhalte-, Isolations- und Kühlstruktur.
Erstellen und testen Sie einen Prototyp unter den vorgesehenen Last- und Temperaturbedingungen.
Schließen Sie die erforderlichen Sicherheits-, Transport- und Anwendungszertifizierungen ab.
Eine Kalkulationstabelle kann die erste Berechnung erstellen, es sind jedoch Tests erforderlich, um das endgültige Batteriesystem zu bestätigen.
Um ein Pouch-Zellen- oder kundenspezifisches Batterieprojekt zu bewerten, stellen Sie so viele der folgenden Informationen wie möglich bereit:
Anwendung
Soll-Nennspannung
Maximale und minimale Systemspannung
Erforderliche nutzbare Energie bzw. Betriebszeit
Dauerleistung oder Strom
Spitzenleistung/-strom und Dauer
Ladezeit oder Ladestrom
Maximale Abmessungen
Maximales Gewicht
Betriebstemperatur
Erwartete Lebensdauer
Kühlmethode
Anforderungen an die BMS-Kommunikation
Zertifizierungsanforderungen
Prototyp und jährliche Bestellmenge
Misen unterstützt Zellauswahl, Einstufung, Modulkonfiguration und Entwicklung maßgeschneiderter Batterielösungen für Elektromobilität, AGVs, Robotik, Industrieausrüstung, Schiffssysteme und Energiespeicheranwendungen.
Die Grundformeln für Akkupacks sind einfach:
Nennspannung des Packs = Reihenanzahl × Nennspannung der Zelle
Packkapazität = Parallelanzahl × Zellenkapazität
Pack-Energie (Wh) = Pack-Spannung × Pack-Kapazität
Packenergie (kWh) = Packenergie in Wh ÷ 1.000
Unter Verwendung einer 3,7-V-70-Ah-P70A-Zelle als vorläufiges Beispiel bietet eine 14S4P-Konfiguration:
51,8V Nennspannung
280Ah Nennkapazität
14,50 kWh vorläufige Typenschildenergie
Ungefähr 11,60 kWh bei einem angenommenen 80 % nutzbaren SOC-Fenster
Diese Zahlen sind nur der Anfang des Designprozesses. Die endgültige Leistung hängt von Spannungsgrenzen, Entladungsbedingungen, Temperatur, Zellanpassung, Stromverteilung, mechanischer Kompression, Wärmemanagement, BMS-Einstellungen und Systemverlusten ab.
Für Projekte, die eine Hochenergie-NMC-Pouchzelle erfordern, lesen Sie die Informieren Sie sich über die Spezifikationen der P70A 3,7V 70Ah Pouchzelle und senden Sie Misen Ihre Spannungs-, Energie-, Strom-, Platz- und Temperaturanforderungen für eine projektbasierte Bewertung.
Multiplizieren Sie die Nennspannung des Akkus mit der Akkukapazität in Ah, um Wh zu erhalten. Teilen Sie das Wh-Ergebnis durch 1.000, um kWh zu erhalten.
Zum Beispiel:
51,8 V × 280 Ah = 14.504 Wh = 14,504 kWh.
Nein. Reihenschaltungen erhöhen die Spannung. Die Ah-Kapazität bleibt gleich einer Zelle oder einer Parallelgruppe.
Nein. Parallelschaltungen erhöhen die Ah-Kapazität und tragen zur Stromkapazität bei. Die Spannung bleibt gleich einer Zelle oder einem Reihenstrang.
Ein 14S4P-Paket enthält 14 in Reihe geschaltete Gruppen mit vier Zellen in jeder parallelen Gruppe:
14 × 4 = 56 Zellen.
Nicht automatisch. Unter Verwendung der P70A-Referenzwerte hat ein 14S-Akku unter den geltenden Bedingungen eine Nennspannung von etwa 51,8 V, eine empfohlene Berechnung der Ladeabschaltung von 60,2 V und eine Berechnung des Entladeendes von 38,5 V. Die angeschlossenen Geräte müssen den gesamten Betriebsbereich unterstützen.
Die verfügbare Spezifikation gibt eine maximale Dauerentladungsrate von 3 °C bei 25 °C unter den angegebenen Bedingungen an. Bezogen auf die marktgängige 70Ah-Kapazitätsklasse entspricht dies etwa 210A pro Zelle. Die endgültigen Stromgrenzen müssen den geltenden Datenblattbedingungen und der thermischen Validierung auf Packungsebene entsprechen.
Es wird nicht für ein neues Produktionspaket empfohlen. Zellen sollten normalerweise die gleiche zugelassene Chemie und das gleiche Modell verwenden und hinsichtlich Kapazität, Widerstand, Spannung, Ladezustand und Alterungszustand aufeinander abgestimmt sein.
Nein. Die auf dem Typenschild angegebene kWh wird aus der Nennspannung und der Nennkapazität berechnet. Die nutzbare Energie hängt vom zulässigen SOC und Spannungsfenster, Strom, Temperatur, Alterung, BMS-Einstellungen und Systemeffizienz ab.
Es gibt keinen universellen Prozentsatz für jede Pouchzelle. Das mechanische Design muss den Anforderungen an Vorspannung, Dickentoleranz und End-of-Life-Schwellung der ausgewählten Zelle entsprechen. Die verfügbare P70A-Spezifikation gibt einen Quellkoeffizienten von 6 % und eine anfängliche Vorspannung von 400–500 N an.
