نحوه محاسبه بسته باتری کیسه ای: سری، موازی، ولتاژ، ظرفیت و کیلووات ساعت

دقت در طراحی بسته باتری یک نیاز مهندسی دقیق است. محاسبات اشتباه در پیکربندی سلولی به طور مستقیم بر قابلیت حیات، ایمنی و گواهینامه سیستم تأثیر می گذارد. مهندسان و طراحان محصول اغلب با چالش‌هایی مواجه می‌شوند که نیازهای انرژی و قدرت در سطح سیستم را به پیکربندی‌های دقیق سطح سلولی تبدیل می‌کنند. اشتباهات در محاسبه رشته های سری و موازی منجر به عدم تطابق سیستم های مدیریت باتری (BMS) می شود. آنها همچنین گلوگاه های حرارتی ایجاد می کنند یا باعث می شوند که سیستم در زمان اجرا و نیازهای اوج بار با شکست مواجه شود.

این راهنما یک چارچوب ریاضی دقیق و گام به گام ارائه می دهد. شما یاد خواهید گرفت که چگونه ولتاژ، ظرفیت و انرژی کل (کیلووات ساعت) را به طور دقیق محاسبه کنید. ما از مشخصات سلول خام به معماری بسته نهایی حرکت می کنیم. پیروی از این مراحل تضمین می‌کند که مدل‌های ریاضی شما کاملاً با واقعیت‌های مهندسی فیزیکی مطابقت دارند. ما حدس و گمان را حذف می کنیم و دقیقاً بر روی اعدادی تمرکز می کنیم که عملکرد را در نیمکت آزمون و در زمین تعیین می کنند.

• مقیاس های ولتاژ با سری (S)، مقیاس های ظرفیت با موازی (P): قانون اساسی طراحی بسته حکم می کند که اتصال سلول ها به صورت سری ولتاژ اسمی را افزایش می دهد، در حالی که اتصالات موازی کل آمپر ساعت (Ah) را افزایش می دهد.

• انرژی پلاک نام در مقابل انرژی قابل استفاده: کل کیلووات ساعت محاسبه شده (کیلووات ساعت) باید برای عمق تخلیه قابل استفاده (DoD) و پنجره های ولتاژ عملیاتی تنظیم شود تا عملکرد برنامه در دنیای واقعی را منعکس کند.

• شیمی ریاضی را دیکته می‌کند: محاسبات باید از ولتاژ اسمی خاص شیمی انتخاب‌شده استفاده کند (مثلاً استفاده از 3.7 ولت برای NMC به جای 3.2 ولت برای LFP) برای اطمینان از بازده کل انرژی دقیق.

• محدودیت‌های فیزیکی مهم هستند: مدل‌های ریاضی باید واقعیت‌های فیزیکی سلول‌های کیسه‌ای، از جمله انبساط حجمی (تورم) و محدودیت‌های جریان شینه را در پیکربندی‌های موازی بالا در نظر بگیرند.

ایجاد خط مبنا: درک مشخصات سلول کیسه ای

تعریف متغیرهای اصلی

محاسبات دقیق نیاز به داده های دقیق از برگه مشخصات سازنده دارد. قبل از شروع هر ریاضی باید چهار معیار اساسی را شناسایی کنید. اولین مورد ولتاژ اسمی (Vnom) است. این نشان دهنده میانگین ولتاژ کاری در طول یک چرخه تخلیه استاندارد است. معیار دوم حداکثر شارژ و حداقل ولتاژ تخلیه است. اینها پنجره عملیاتی مطلق را برای سلول تعریف می کنند. هل دادن سلول به فراتر از این محدودیت ها باعث آسیب شیمیایی غیرقابل برگشت می شود.

سومین متغیر بحرانی ظرفیت است که بر حسب آمپر ساعت (Ah) اندازه گیری می شود. این نشان دهنده کل شارژی است که سلول می تواند تحت شرایط خاص تحویل دهد. در نهایت باید به مقاومت داخلی (IR) توجه کنید. IR تعیین می کند که چه مقدار افت ولتاژ تحت بارهای سنگین رخ می دهد. همچنین تولید گرمای داخلی در حین کار را دیکته می کند. شما باید بین ACIR (اندازه گیری شده در 1 کیلوهرتز) و DCIR (اندازه گیری شده تحت بار واقعی) تفاوت قائل شوید. DCIR معیاری است که برای محاسبه افت ولتاژ واقعی و خروجی حرارتی استفاده می کنید.

مهندسان از این چهار متغیر برای ساختن معماری پایه استفاده می کنند. شما نمی توانید سلول ها را با مشخصات مختلف ترکیب کنید. انجام این کار باعث ایجاد عدم تعادل فوری می شود. همیشه این اعداد را از طریق آزمایش نمونه واقعی به جای اتکا به برگه های داده، تأیید کنید. دیتاشیت ها شرایط آزمایشگاهی ایده آل را نشان می دهند. برنامه های کاربردی دنیای واقعی بر اساس آزمایش فیزیکی، برآوردهای محافظه کارانه ای را طلب می کنند.

ارزیابی سلول مرجع

از a استفاده خواهیم کرد سلول کیسه ای 3.7V 76Ah NMC به عنوان خط پایه عملی ما. این شیمی خاص چگالی انرژی بالایی را فراهم می کند. درجه بندی اسمی 3.7 ولت برای مواد شیمیایی نیکل منگنز کبالت (NMC) استاندارد است. ظرفیت 76Ah نشان دهنده یک مخزن انرژی قابل توجه در یک واحد فیزیکی است. این ظرفیت بزرگ محاسبات ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ را ساده می کند.

درک نرخ تخلیه مداوم (C-rates) اجباری است. نرخ 1C برای این سلول پایه برابر با 76 آمپر جریان پیوسته است. اگر برنامه به 150 آمپر نیاز داشته باشد، یک سلول واحد نمی تواند بار را به طور ایمن پشتیبانی کند. شما به یک سلول با قابلیت 2C یا چندین سلول به صورت موازی نیاز دارید. نرخ C به طور مستقیم بر الزامات مدیریت حرارتی تأثیر می گذارد. نرخ های C بالاتر به دلیل مقاومت داخلی، گرمای بیشتری را تولید می کند.

این سلول پایه کارایی حجمی عالی را ارائه می دهد. ضریب فرم مسطح به راحتی در داخل محفظه های مستطیلی قرار می گیرد. با این حال، این انباشته شدن انرژی حرارتی را در مرکز ماژول متمرکز می کند. هنگام برنامه ریزی کانال های خنک کننده باید این را در نظر بگیرید. اعداد پایه ورودی خام را برای تمام ریاضیات سطح بسته بعدی ارائه می دهند.

ویژگی ها به نتایج

انتخاب یک واحد با ظرفیت بالا اساساً معماری پک را تغییر می دهد. یک واحد 76Ah تعداد اتصالات موازی مورد نیاز را به شدت کاهش می دهد. این را با استفاده از سلول های استوانه ای استاندارد 18650 مقایسه کنید. یک سلول معمولی 18650 حدود 3Ah را ارائه می دهد. برای مطابقت با یک واحد 76Ah به 26 سلول استوانه ای به صورت موازی نیاز دارید. این کاهش در گروه های موازی فرآیند مونتاژ فیزیکی را ساده می کند.

اتصالات موازی کمتر به معنای جوش لیزری کمتر بر روی شینه ها است. این باعث کاهش نقاط احتمالی شکست مکانیکی می شود. همچنین طراحی باسبار را ساده می کند و مسیرهای جریان تمیزتر را امکان پذیر می کند. با این حال، این انتخاب طراحی بارهای حرارتی را متمرکز می کند. یک سلول بزرگ تولید کننده گرما نیاز به استراتژی های خنک کننده متفاوتی نسبت به بسیاری از سلول های کوچکی دارد که در یک منطقه بزرگتر توزیع شده اند.

واحدهای با ظرفیت بالا سیم کشی BMS را نیز ساده می کنند. شما گروه های فیزیکی کمتری برای نظارت دارید. مبادله هزینه شکست است. اگر یک سلول بزرگ از کار بیفتد، بخش قابل توجهی از ظرفیت بسته را از دست می دهید. تیم های مهندسی باید هنگام انتخاب سلول پایه، سادگی مونتاژ را در مقابل الزامات افزونگی بسنجید.

مشخصات	NMC Pouch Cell Baseline	LFP Pouch Cell Comparison	Engineering Impact
ولتاژ اسمی	3.7 ولت	3.2 ولت	NMC به سلول های سری کمتری برای رسیدن به ولتاژ سیستم هدف نیاز دارد.
حداکثر ولتاژ شارژ	4.2 ولت	3.65 ولت	مشخصات شارژر و محدودیت های حفاظت در برابر ولتاژ BMS را تعیین می کند.
چگالی انرژی	بالا (تقریباً 250 وات ساعت بر کیلوگرم)	متوسط ​​(تقریباً 160 وات ساعت بر کیلوگرم)	NMC برای کاربردهای حساس به وزن مانند EV ترجیح داده می شود.
چرخه زندگی	1500 - 2000 چرخه	3000 - 5000+ چرخه	LFP طول عمر عملیاتی بیشتری را به قیمت اندازه فیزیکی ارائه می دهد.

ریاضیات یک بسته باتری سلولی کیسه ای

اتصالات سری (S) برای مقیاس ولتاژ

اتصال سلول ها به صورت سری باعث افزایش ولتاژ کل سیستم می شود. ظرفیت بدون تغییر باقی می ماند. چارچوب محاسباتی ساده است. شما تعداد سلول های سری (S) را در ولتاژ اسمی سلول ضرب می کنید. فرمول این است: ولتاژ کل = S × ولتاژ اسمی سلول. این زیربنای اندازه سیستم است.

اجازه دهید این را برای پیکربندی 14S اعمال کنیم. ما از سلول پایه 3.7 ولت خود استفاده می کنیم. ولتاژ ریاضی 14 × 3.7 ولت است. این معادل 51.8 ولت اسمی است. این ولتاژ خاص در وسایل نقلیه الکتریکی سبک و پشتیبان های مخابراتی بسیار رایج است. کاملاً با سیستم های اینورتر استاندارد 48 ولت هماهنگ است. حداکثر ولتاژ شارژ 14 × 4.2 ولت، در مجموع 58.8 ولت خواهد بود.

اتصالات سری به شدت بر انتخاب BMS تأثیر می گذارد. تعداد سری های بالاتر واحدهای BMS پیچیده تری را می طلبد. یک بسته 14S به یک BMS نیاز دارد که بتواند 14 کانال ولتاژ مجزا را نظارت کند. BMS باید این سلول ها را به طور دقیق متعادل کند. اگر یک سلول در رشته سری کاهش یابد، کل بسته را محدود می کند. BMS باید ولتاژ اضافی را از سلول‌های قوی‌تر در طول شارژ خارج کند تا رشته را متعادل نگه دارد.

اتصالات موازی (P) برای مقیاس بندی ظرفیت

اتصالات موازی کل آمپر ساعت سیستم را افزایش می دهد. ولتاژ برابر با یک سلول باقی می ماند. چارچوب محاسبه به همان اندازه ساده است. شما تعداد سلول های موازی (P) را در ظرفیت سلول جداگانه ضرب می کنید. فرمول این است: ظرفیت کل (Ah) = P × ظرفیت سلول (Ah). این کل زمان اجرا شما را تعیین می کند.

یک پیکربندی 4P را با استفاده از خط پایه 76Ah در نظر بگیرید. محاسبه 4 × 76Ah است. این منجر به ظرفیت کل 304Ah می شود. این پیکربندی می تواند جریان قابل توجهی را ارائه دهد. اگر هر سلول از تخلیه 1C (76A) پشتیبانی کند، گروه 4P به طور مداوم 304A را پشتیبانی می کند. برای جلوگیری از ذوب شدن به هادی های داخلی سنگین نیاز دارد.

تنظیمات با P بالا چالش های مهندسی خاصی را ارائه می دهند. عدم تعادل اشتراک فعلی رایج است. اگر باسبارها نامتقارن باشند، سلول‌های نزدیک به ترمینال اصلی سخت‌تر کار می‌کنند. این باعث سایش ناهموار و تخریب زودرس می شود. شما باید باسبارهای متقارن طراحی کنید تا از مقاومت برابر در تمام سلول های موازی اطمینان حاصل کنید. افزایش تعداد موازی‌ها همچنین خطرات اتصال کوتاه را افزایش می‌دهد و به جداسازی دقیق بین زبانه‌های سلولی نیاز دارد.

توپولوژی های سری موازی (xSyP) در مقابل توپولوژی های سری موازی (xPyS)

مهندسان باید نحوه گروه بندی فیزیکی سلول ها را انتخاب کنند. توپولوژی xSyP ابتدا سلول ها را به صورت موازی گروه بندی می کند. سپس این بلوک های موازی به صورت سری سیم کشی می شوند. توپولوژی xPyS ابتدا رشته های سری را می سازد. سپس این رشته های مستقل در پایانه های اصلی موازی می شوند. این تمایز اساساً ایمنی و نظارت سیستم را تغییر می دهد.

پیکربندی xSyP استاندارد صنعت بلامنازع برای سفارشی است بسته باتری سلولی کیسه ای . یک بسته 14S4P از 14 بلوک به صورت سری تشکیل شده است. هر بلوک شامل 4 سلول به صورت موازی است. این معماری به یک BMS اجازه می دهد تا بر ولتاژ هر گروه موازی نظارت کند. سلول های درون گروه موازی به طور طبیعی ولتاژ خود را متعادل می کنند.

برعکس، xPyS به واحدهای BMS جداگانه برای هر رشته سری نیاز دارد. اگر چهار رشته 14S به صورت موازی دارید، به چهار واحد BMS نیاز دارید. این باعث افزایش هزینه و پیچیدگی می شود. همچنین اگر یک رشته تحت بار قطع شود، خطراتی را ایجاد می کند. رشته های باقی مانده جریان کامل را جذب می کنند و به طور بالقوه باعث خرابی آبشاری می شوند. برای طراحی بسته قابل اعتماد به xSyP بچسبید.

محاسبه کل انرژی: وات ساعت (وات ساعت) و کیلووات ساعت (کیلووات ساعت)

انرژی کل تعیین می کند که بسته چقدر کار واقعی می تواند انجام دهد. فرمول اصلی همه متغیرهای قبلی را ادغام می کند. انرژی کل (Wh) = S × P × Ah × Vnom. این معادله حداکثر انرژی نظری را ارائه می دهد. این مهم ترین عدد برای یکپارچه سازی سیستم است. برای ادعاهای دقیق انرژی باید از ولتاژ اسمی استفاده کنید، نه حداکثر ولتاژ شارژ.

طراحان اغلب در اینجا یک خطای محاسباتی مهم مرتکب می شوند. آنها به اشتباه ولتاژ و ظرفیت را در هنگام سیم کشی یک رشته به صورت سری ضرب می کنند. برای مثال، با فرض چهار باتری 12 ولتی 100 آمپر ساعتی به صورت سری، یک بانک 48 ولتی 400 آمپر ساعتی ایجاد می شود. این کاملاً نادرست است. نتیجه صحیح 48 ولت 100 آمپر است. ولتاژ به صورت سری ضرب می شود. ظرفیت ندارد. ظرفیت به طور موازی چند برابر می شود. ولتاژ ندارد.

تبدیل وات ساعت به کیلووات ساعت نیاز به یک تقسیم بندی ساده دارد. کل Wh را بر 1000 تقسیم می کنید. این معیار استاندارد صنعتی کیلووات ساعت را به دست می دهد. برای محاسبه بسته خود دقیقاً این ترتیب را دنبال کنید:

1. ولتاژ کل را محاسبه کنید: تعداد S را در ولتاژ اسمی سلول ضرب کنید (مثلاً 14 × 3.7 ولت = 51.8 ولت).

2. محاسبه ظرفیت کل: تعداد P را در رتبه Ah سلول ضرب کنید (به عنوان مثال، 4 × 76Ah = 304Ah).

3. محاسبه کل وات ساعت: ولتاژ کل را در ظرفیت کل ضرب کنید (مثلاً 51.8 ولت × 304 آمپر ساعت = 15747.2 وات ساعت).

4. تبدیل به کیلووات ساعت: وات ساعت را بر 1000 تقسیم کنید (مثلاً 15747.2 / 1000 = 15.74 کیلووات ساعت).

این اثبات ریاضی برای هر شیمی یا پیکربندی کار می کند. همیشه قبل از سفارش اجزاء، ریاضیات خود را با این فرمول اصلی بررسی کنید.

مهندسی پیکربندی: اندازه‌گیری بر اساس الزامات برنامه

تعریف معیارهای موفقیت هدف

طراحی بسته باید همیشه به عقب بر اساس نیازهای سیستم عمل کند. شما نمی توانید یک پیکربندی سلولی را در خلاء انتخاب کنید. ابتدا محدودیت های سخت برنامه خود را مشخص کنید. محدوده ولتاژ عملکرد کنترل کننده موتور یا اینورتر را تعیین کنید. کشش پیوسته کیلووات (کیلووات) مورد نیاز در طول عملیات عادی را شناسایی کنید. در نهایت پیک کیلووات کشش و حداکثر مدت زمان آن را تعریف کنید.

هنگامی که این اهداف را به دست آوردید، با یک مبادله مهندسی حیاتی روبرو می شوید. شما باید بین معماری ولتاژ بالا یا جریان بالا یکی را انتخاب کنید. طراحی یک بسته ولتاژ بالاتر به سلول های سری بیشتری نیاز دارد. ولتاژ بالا جریان مورد نیاز برای ارائه همان توان را کاهش می دهد. جریان کمتر امکان کابل‌های نازک‌تر، کنتاکتورهای کوچک‌تر و گرمایش با مقاومت کمتر را فراهم می‌کند.

برعکس، یک بسته ولتاژ پایین تر به سلول های بیشتری به موازات نیاز دارد تا اهداف ظرفیت را برآورده کند. سیستم های جریان بالا گرمای قابل توجهی را در شین ها و پایانه ها تولید می کنند. با این حال، سیستم‌های ولتاژ پایین‌تر اغلب ایمن‌تر هستند و تحت دسته‌های نظارتی کمتر سخت‌گیرانه‌تر قرار می‌گیرند. شما باید محدودیت های حرارتی را در برابر فضا، وزن و الزامات ایمنی متعادل کنید.

قابل استفاده در مقابل ظرفیت پلاک نام

کیلووات ساعت نظری که قبلا محاسبه شد ظرفیت پلاک نام است. شما هرگز این مقدار کامل را در یک برنامه واقعی استخراج نخواهید کرد. تخلیه سلول لیتیوم تا 0 درصد آن را از بین می برد. شارژ کردن آن تا 100٪ و نگه داشتن آن در آنجا، تخریب را تسریع می کند. شما باید یک معادله اصلاح شده برای کاربرد عملی معرفی کنید. فرمول دنیای واقعی این است: انرژی قابل استفاده (Wh) = S × P × Ah × Vnom × SoCusable.

SoCusable نمایانگر پنجره State of Charge است که به سیستم اجازه استفاده از آن را می دهید. محدود کردن این پنجره عمر چرخه شیمی NMC را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. یک استاندارد صنعتی رایج بین 10 تا 90 درصد SoC کار می کند. این یک پنجره قابل استفاده 80٪ فراهم می کند. اگر نمونه قبلی ما دارای پلاک 15.74 کیلووات ساعت بود، انرژی قابل استفاده تنها 12.59 کیلووات ساعت است.

این در نظر گرفتن چرخه عمر شما را وادار می کند که محاسبه بسته اولیه را بیش از حد اندازه کنید. اگر برنامه به شدت به 15 کیلووات ساعت انرژی قابل استفاده در هر چرخه نیاز داشته باشد، بسته 15.74 کیلووات ساعتی تحویل داده نخواهد شد. شما باید ظرفیت پلاک نام مورد نیاز را با تقسیم انرژی قابل استفاده مورد نظر بر پنجره SoC محاسبه کنید (15 کیلووات ساعت / 0.80 = 18.75 کیلووات ساعت پلاک نام). فضای فیزیکی خود را بر این اساس برنامه ریزی کنید تا سلول های اضافی را در خود جای دهید.

مبادلات ساختاری و حرارتی در طراحی بسته سلولی کیسه ای

بهره وری حجمی در مقابل کمک هزینه های تورم

سلول های کیسه ای راندمان حجمی بی نظیری را ارائه می دهند زیرا فاقد پوشش فلزی سفت و سخت هستند. آنها به طور محکم در محفظه های مستطیلی بسته بندی می شوند. با این حال، این واقعیت فیزیکی یک ریسک اجرایی بزرگ را معرفی می کند. سلول های کیسه ای در طول چرخه های شارژ و تخلیه معمولی منبسط می شوند. آنها همچنین در طول عمر خود به دلیل تولید گاز داخلی دچار تورم حجمی دائمی می شوند.

شما باید میزان تورم را در ابعاد فیزیکی بسته محاسبه شده لحاظ کنید. استانداردهای صنعت دیکته می کنند که 8 تا 10 درصد ضخامت سلول را برای انبساط باقی بگذارند. اگر یک سلول 10 میلی متر ضخامت داشته باشد، شیار ماژول باید حداقل 11 میلی متر را در خود جای دهد. شما نمی توانید به سادگی آنها را با صفحات فلزی سفت و سخت به یکدیگر محکم کنید.

اعمال فشرده سازی سفت و سخت باعث شکست زودرس سلول می شود. هنگامی که سلول سعی می کند در برابر یک مانع غیرقابل حرکت منبسط شود، فشار داخلی افزایش می یابد. این به جداکننده آسیب می رساند و مقاومت داخلی را افزایش می دهد. مهندسان از پدهای فشرده سازی بین سلول ها استفاده می کنند. این پدهای فوم پلی یورتان تخصصی انبساط را جذب می کنند و در عین حال فشار سطحی کافی را برای جلوگیری از لایه برداری لایه های داخلی حفظ می کنند.

مفاهیم مدیریت حرارتی

با افزایش تعداد S و P، دینامیک حرارتی به شدت تغییر می کند. با بزرگتر شدن بسته، نسبت سطح به حجم کاهش می یابد. سلول های لبه های بیرونی گرما را در محیط پخش می کنند. سلول های مدفون در مرکز یک بلوک موازی بزرگ گرما را به دام می اندازند. این دلتای دما باعث تخریب ناهموار در سراسر بسته می شود.

شما باید استراتژی های خنک کننده را بر اساس نرخ های تخلیه مداوم محاسبه شده ارزیابی کنید. خنک کننده غیرفعال فقط برای برنامه های بسیار کم نرخ C کار می کند. به هوای محیط و همرفت طبیعی متکی است. خنک کننده هوای اجباری از فن ها برای حرکت هوا بین شکاف های سلولی استفاده می کند. این نیاز به فاصله ای دارد که چگالی انرژی حجمی را کاهش می دهد.

برای کاربردهای NMC با کارایی بالا، صفحات خنک کننده مایع اجباری هستند. شما حداکثر دفع حرارت مورد نیاز را بر اساس مقاومت داخلی و جریان اوج محاسبه می کنید. صفحات خنک کننده آلومینیومی در زیر یا بین سلول ها قرار می گیرند. آنها مخلوط آب-گلیکول را برای حفظ دمای یکنواخت به گردش در می آورند. اندازه سیستم مدیریت حرارتی باید دقیقاً مطابق با مدل ریاضی تولید حرارت باشد. تأثیر

استراتژی خنک‌کننده بر	مناسب بودن کاربرد	حجم بسته	سطح پیچیدگی
خنک کننده هوا غیرفعال	کشش مداوم کم (<0.5C)	تاثیر حداقلی	کم
خنک کننده هوای اجباری	قرعه کشی متوسط ​​(0.5C - 1C)	به شکاف هوا نیاز دارد، حجم را افزایش می دهد	متوسط
صفحات خنک کننده مایع	کشش مداوم بالا (> 1C)	به پمپ و رادیاتور نیاز دارد	بالا

ریسک های پیاده سازی و استراتژی های کاهش

تطابق سلولی و واریانس مقاومت داخلی (IR).

مدل‌های ریاضی فرض می‌کنند که هر سلول یکسان عمل می‌کند. تولید در دنیای واقعی واریانس بازدهی دارد. حتی سازندگان رده بالا سلول هایی را با تفاوت های جزئی در ظرفیت و مقاومت داخلی تولید می کنند. اگر بسته ای را بدون در نظر گرفتن این موضوع جمع آوری کنید، گلوگاه های عملکردی شدیدی را معرفی می کنید.

در یک رشته سری، سلولی با کمترین ظرفیت، حداکثر زمان اجرا را دیکته می کند. سلولی با بالاترین IR بیشترین گرما را تولید می کند و ابتدا به قطع ولتاژ برخورد می کند. این امر BMS را مجبور می کند که دائما مداخله کند و انرژی قابل استفاده را کاهش دهد. قبل از مونتاژ باید از طریق درجه بندی دقیق سلولی این موضوع را کاهش دهید.

تطبیق امپدانس غیر قابل مذاکره است. شما باید سلول ها را با پروفایل های IR و ظرفیت مطابقت آزمایش و گروه بندی کنید. هنگام ساخت گروه های موازی، مطمئن شوید که ظرفیت کل هر گروه یکسان است. این از عدم تعادل جریان در هنگام بارهای سنگین جلوگیری می کند. درجه بندی مناسب یک محاسبه از لحاظ نظری صحیح را به یک سیستم قدرت قابل اعتماد فیزیکی تبدیل می کند.

معیارهای انتخاب سیستم مدیریت باتری (BMS).

BMS فقط یک مانیتور ولتاژ نیست. این یک جزء ایمنی حیاتی است. شما باید آن را دقیقاً بر اساس تعداد S محاسبه شده و حداکثر جریان تخلیه مداوم اندازه گیری کنید. اگر ریاضی شما پیک مصرف 200 آمپری را دیکته می کند، ماسفت های BMS یا کنتاکتورهای خارجی باید حداقل 250 آمپر درجه بندی شوند تا حاشیه ایمنی ارائه شود.

انطباق و ایمنی به جمع آوری دقیق داده ها متکی است. BMS باید ولتاژ هر گروه موازی را فورا بخواند. همچنین باید دما را در سراسر بسته کنترل کند. یک ترمیستور برای یک بسته بزرگ کافی نیست. شما باید سنسورهای دما را در چندین گروه موازی ادغام کنید.

ترمیستورها را در مرکز بسته قرار دهید، جایی که گرما بیشتر تجمع می یابد. دیگران را در نزدیکی پایانه های اصلی مثبت و منفی قرار دهید. BMS از این داده ها برای کاهش توان یا باز کردن مدار در صورت نقض محدودیت های حرارتی استفاده می کند. اگر BMS نتواند از سخت افزار فیزیکی محافظت کند، ریاضی دقیق هیچ معنایی ندارد. اگر برای اندازه گیری این اجزا به کمک نیاز دارید، می توانید با ما تماس بگیرید . برای پشتیبانی مهندسی سفارشی

محافظ های بسته و فیوزینگ

حفاظت های الکتریکی به طور کامل توسط محدودیت های ریاضی شما دیکته می شود. پیکربندی‌های موازی بالا پتانسیل اتصال کوتاه بسیار زیادی دارند. اگر یک سلول در یک گروه 4P یک اتصال کوتاه داخلی ایجاد کند، سه سلول دیگر انرژی خود را به سلول از کار می اندازند. این به سرعت منجر به فرار حرارتی می شود.

باید ادغام در سطح سلول را اجرا کنید. این شامل استفاده از شینه های تخصصی با بخش های باریک یا سیم های فیوز جداگانه است. اگر تک سلولی کوتاه شود، فیوز مخصوص آن منفجر می شود و آن را از گروه موازی جدا می کند. بسته ظرفیت خود را از دست می دهد اما از شکست فاجعه بار جلوگیری می کند.

محافظ های بسته اصلی محدودیت های ولتاژ سری بالا را برطرف می کنند. شما باید کنتاکتورهای اصلی با اندازه مناسب و فیوزهای سریع الاثر را نصب کنید. فیوز اصلی باید حداکثر جریان اتصال کوتاه نظری کل پک را قطع کند. این را با تقسیم ولتاژ کل پک بر کل مقاومت داخلی محاسبه کنید. فیوزی را انتخاب کنید که بتواند آن جریان DC خاص را بدون قوس قطع کند.

نتیجه گیری

• قبل از انتخاب شیمی یا ظرفیت سلول، نیازهای مداوم و پیک قدرت سیستم خود را ترسیم کنید.

• تعداد S و P مورد نیاز خود را با استفاده از ولتاژ اسمی و محدودیت های قابل استفاده وزارت دفاع محاسبه کنید، نه حداکثرهای پلاک نام.

• محفظه فیزیکی خود را با مقدار 8 تا 10 درصد حجمی و پدهای پلی اورتان طراحی کنید تا با تورم سلولی سازگار شود.

• یک BMS و کنتاکتور اصلی با حداقل 125 درصد حداکثر جریان تخلیه پیوسته محاسبه شده خود را انتخاب کنید.

• قبل از جوشکاری شینه ها، تمام سلول ها را بر اساس مقاومت و ظرفیت داخلی درجه بندی و مطابقت دهید.

سوالات متداول

س: چگونه کل کیلووات ساعت یک بسته باتری را محاسبه می کنید؟

پاسخ: ابتدا کل ولتاژ اسمی را با ضرب تعداد سلول های سری در ولتاژ اسمی سلول محاسبه کنید. در مرحله بعد، ظرفیت کل را با ضرب تعداد سلول های موازی در هر سلول Ah محاسبه کنید. ولتاژ کل را در ظرفیت کل ضرب کنید تا به وات ساعت (وات ساعت) برسید. در نهایت بر 1000 تقسیم کنید تا به کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) برسید.

س: اگر سلول های کیسه ای با ظرفیت های مختلف را به صورت موازی مخلوط کنید چه اتفاقی می افتد؟

پاسخ: ظرفیت های اختلاط باعث عدم تعادل شدید جریان می شود. سلول‌های با ظرفیت کمتر سریع‌تر تخلیه می‌شوند و تحت بار سخت‌تر کار می‌کنند. این منجر به سایش نابرابر، تولید گرمای بیش از حد، و خطر بالای تخلیه بیش از حد سلول‌های ضعیف‌تر می‌شود که در نهایت باعث خرابی زودرس پک می‌شود.

س: چرا از سلول کیسه ای 3.7 ولتی NMC به جای سلول 3.2 ولتی LFP استفاده کنیم؟

پاسخ: شیمی NMC چگالی انرژی و راندمان حجمی بسیار بالاتری را نسبت به LFP ارائه می دهد. رتبه بندی اسمی 3.7 ولت به این معنی است که برای رسیدن به ولتاژ هدف به سلول های سری کمتری نیاز دارید. این امر NMC را برای کاربردهای محدود و حساس به وزن مانند وسایل نقلیه الکتریکی ایده آل می کند.

س: آیا اتصال سری باتری ها ظرفیت را افزایش می دهد؟

پاسخ: خیر. اتصال سری باتری ها تنها ولتاژ کل سیستم را افزایش می دهد. ظرفیت آمپر ساعت (Ah) دقیقاً برابر با ظرفیت یک سلول یا یک گروه موازی منفرد در رشته سری است.

س: اگر باتری ها را به صورت سری و موازی همزمان سیم کشی کنم، آیا ولتاژ و ظرفیت هر دو چند برابر می شوند؟

پاسخ: بله، اما به طور مستقل. ولتاژ فقط در اتصالات سری چند برابر می شود. ظرفیت فقط در اتصالات موازی چند برابر می شود. شما ظرفیت را در شمارش سری ضرب نمی کنید و ولتاژ را در شمارش موازی ضرب نمی کنید.

س: تفاوت بین پیکربندی باتری xSyP و xPyS چیست؟

A: تفاوت ترتیب سیم کشی است. توپولوژی xSyP ابتدا سلول ها را به صورت موازی سیم کشی می کند، سپس آن گروه ها را به صورت سری به هم متصل می کند. توپولوژی xPyS ابتدا رشته های سری را می سازد، سپس آنها را موازی می کند. xSyP ترجیح داده می شود زیرا یک BMS واحد می تواند تمام گروه های موازی را به راحتی نظارت کند.

س: چگونه جریان تخلیه مداوم یک بسته باتری را محاسبه می کنید؟

A: تعداد سلول ها را به صورت موازی در رتبه بندی تخلیه مداوم مشخص شده توسط سازنده (بر حسب آمپر) برای یک سلول ضرب کنید. به عنوان مثال، اگر یک سلول از 50A پیوسته پشتیبانی می کند، پیکربندی 4P از 200A پیوسته پشتیبانی می کند.