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

محاسبه بسته باتری سلول کیسه ای با چند فرمول ساده شروع می شود، اما طراحی قابل استفاده به چیزی بیش از ضرب ولتاژ و ظرفیت نیاز دارد.

اتصالات سری ولتاژ بسته را تعیین می کند. اتصالات موازی ظرفیت بسته را تعیین می کند و به قابلیت فعلی کمک می کند. شیمی سلول، محدودیت های ولتاژ، نرخ تخلیه، مقاومت داخلی، دما، فشرده سازی مکانیکی و سیستم مدیریت باتری (BMS) سپس تعیین می کند که آیا پیکربندی محاسبه شده می تواند به طور ایمن در برنامه مورد نظر کار کند یا خیر.

این راهنما نحوه محاسبه تعداد سری و موازی، ولتاژ اسمی، Ah، Wh و کیلووات ساعت قابل استفاده را توضیح می دهد. الف سلول کیسه ای P70A 3.7V 70Ah NMC به عنوان نمونه اصلی استفاده می شود.

محاسبات برای اندازه اولیه باتری مناسب است. طرح‌های ماژول و بسته نهایی باید بر اساس آخرین برگه داده سلولی، نمایه بار کامل و نتایج آزمایش در سطح بسته تأیید شوند.

خوراکی های کلیدی

• سلول های متصل به صورت سری ولتاژ را افزایش می دهند. آنها ظرفیت Ah را افزایش نمی دهند.

• سلول های متصل به صورت موازی ظرفیت Ah را افزایش می دهند. آنها ولتاژ را افزایش نمی دهند.

• انرژی بسته در وات ساعت برابر است با ولتاژ اسمی بسته ضرب در ظرفیت بسته.

• Wh را بر 1000 تقسیم کنید تا نتیجه را به کیلووات ساعت تبدیل کنید.

• انرژی پلاک اسم و انرژی قابل استفاده یکسان نیستند.

• جریان پیوسته باید در کمترین ولتاژ کاری بررسی شود، نه تنها در ولتاژ اسمی.

• حداکثر ولتاژ شارژ و دشارژ باید از برگه داده سلول انتخاب شده باشد.

• سلول های کیسه ای به مهار مکانیکی خاص سلول، تورم و طراحی حرارتی نیاز دارند.

• رتبه بندی نهایی BMS، فیوز، کنتاکتور و هادی را نمی توان از یک قانون درصد انتخاب کرد.

1. ابتدا الزامات سیستم باتری را تعریف کنید

بسته باتری باید به عقب از برنامه محاسبه شود. قبل از انتخاب یک سلول یا تصمیم گیری در مورد پیکربندی سری و موازی، الزامات زیر را تعریف کنید:

• ولتاژ اسمی سیستم هدف

• حداکثر ولتاژ ورودی مجاز

• حداقل ولتاژ کاری

• پلاک نام مورد نیاز یا انرژی قابل استفاده

• زمان عملیات مورد نیاز

• برق و جریان پیوسته

• اوج قدرت، اوج جریان و مدت زمان پیک

• قدرت شارژ و زمان شارژ

• ابعاد نصب موجود

• حداکثر وزن باتری

• دمای عملیاتی و ذخیره سازی

• عمر چرخه مورد انتظار

• روش خنک کننده

• گواهینامه و الزامات حمل و نقل قابل اجرا

برای مثال، سیستمی که با عنوان '48V' تبلیغ می‌شود، ممکن است بسته به کنترل‌کننده موتور، اینورتر، مبدل DC/DC یا سایر تجهیزات متصل، حداکثر و حداقل ولتاژهای بسیار متفاوتی را بپذیرد. ولتاژ سیستم تبلیغ شده به تنهایی برای تعیین تعداد سری صحیح کافی نیست.

2. مشخصات سلول را درک کنید

محاسبه باید از مشخصات تایید شده سلول انتخاب شده استفاده کند. مهمترین ورودی ها عبارتند از:

پارامتر سلول	چرا مهم است
ولتاژ اسمی	برای محاسبات اولیه ولتاژ و انرژی پک استفاده می شود
ولتاژ قطع شارژ توصیه شده	برای محاسبه خروجی شارژر و حداکثر ولتاژ بسته نرمال استفاده می شود
ولتاژ پایان تخلیه	برای ارزیابی حد ولتاژ پایین استفاده می شود
ظرفیت نامی یا استاندارد	Ah و انرژی اولیه را تعیین می کند
رتبه تخلیه مداوم	به تعیین قابلیت فعلی کمک می کند
امتیاز و مدت زمان اوج تخلیه	برای رویدادهای بار کوتاه مانند شتاب یا راه اندازی موتور استفاده می شود
مقاومت داخلی DC	به تخمین کاهش ولتاژ و گرمای مقاومتی تحت بار کمک می کند
دمای شارژ و تخلیه	عملیات مجاز و کاهش جریان را تعیین می کند
ابعاد و وزن	برای چیدمان ماژول و محاسبات چگالی انرژی در سطح بسته مورد نیاز است
پیش بارگذاری مکانیکی و کمک هزینه تورم	برای طراحی ماژول سلول کیسه ای مورد نیاز است
شرایط تست چرخه عمر	برای مقایسه درست انتظارات عمر خدمات مورد نیاز است

سلول‌هایی با شیمی یکسان هنوز هم می‌توانند محدودیت‌های ولتاژ، درجه‌بندی جریان و محدوده دمایی متفاوتی داشته باشند. یک تنظیم جهانی ولتاژ را برای هر سلول کیسه ای NMC، LFP یا LTO اعمال نکنید.

Misen چندین عرضه می کند شیمی باتری سلول کیسه ای و ظرفیت برای تحرک الکتریکی، AGV، روباتیک، تجهیزات صنعتی، سیستم های دریایی و پروژه های ذخیره انرژی.

3. انتخاب شیمی سلولی

شیمی بر محاسبه ولتاژ، تعداد سلول‌های سری، چگالی انرژی، چرخه عمر هدف، قابلیت توان و استراتژی حرارتی تأثیر می‌گذارد.

شیمی	ولتاژ اسمی اولیه معمولی	اولویت انتخاب مشترک
سلول کیسه ای NMC	بسته به سلول تقریباً 3.6-3.73 ولت	چگالی انرژی بالا و سیستم های باتری فشرده و سبک وزن
سلول کیسه ای LiFePO4	معمولاً حدود 3.2 ولت	عمر چرخه، پایداری حرارتی و کاربردهای صنعتی یا ثابت
سلول کیسه ای LTO	معمولاً حدود 2.3-2.4 ولت	قدرت بالا، شارژ سریع، عملکرد در دمای پایین و عمر چرخه طولانی

اینها مقادیر مرجع اولیه هستند، نه تنظیمات طراحی جهانی. همیشه از ولتاژ اسمی، حد شارژ و حد تخلیه ذکر شده در مشخصات سلول انتخاب شده استفاده کنید.

4. سلول مرجع: P70A 3.7V 70Ah NMC Pouch Cell

برای مثال محاسبات اصلی، از فرمت بزرگ استفاده می کنیم سلول کیسه ای P70A NMC.

برای محاسبات اولیه ساده، ارزش های بازار عبارتند از:

• ولتاژ اسمی: 3.7 ولت

• کلاس ظرفیت اسمی: 70Ah

• انرژی اسمی اولیه: 3.7 ولت × 70 آمپر ساعت = 259 وات ساعت

• حداکثر سرعت تخلیه مداوم: تا 3 درجه سانتیگراد در 25 درجه سانتیگراد در شرایط مشخص شده

• جریان تقریبی مربوط به 3C: 70Ah × 3C = 210A

داده های سلولی دقیق شرایط آزمایشی خاص تری را ارائه می دهند:

• ولتاژ اسمی: 3.73V در 0.33C یا 3.70V در 0.5C

• ظرفیت استاندارد: حداقل 68.7Ah در 0.33C یا حداقل 67.8Ah در 0.5C

• انرژی محاسبه شده: تقریباً 256.3Wh بر اساس 3.73V × 68.7Ah

• ولتاژ قطع شارژ پیشنهادی: 4.3 ولت

• ولتاژ پایان تخلیه: 2.75 ولت در شرایط دمای معمولی اعلام شده

• مقاومت داخلی AC: در شرایط تست مشخص شده بیش از 1.2mΩ نباشد

• مقاومت داخلی DC: در شرایط تست مشخص شده بیش از 3.0mΩ نیست

مقادیر 3.7 ولت و 70 آمپر ساعت پیروی از فرمول های اصلی را آسان تر می کند. برای محاسبات مهندسی نهایی، مشخصات تدارکات و ضمانت‌های عملکرد، از مقدار برگه داده و شرایط آزمون قابل استفاده استفاده کنید.

5. چگونه اتصالات سری ولتاژ را افزایش می دهند

هنگامی که سلول ها به صورت سری متصل می شوند، پایانه مثبت یک سلول یا گروه موازی به پایانه منفی سلول بعدی متصل می شود.

اتصالات سری ولتاژ را افزایش می دهند، در حالی که ظرفیت Ah بدون تغییر باقی می ماند.

ولتاژ بسته اسمی = تعداد سلول های سری × ولتاژ اسمی سلول

استفاده از مقادیر P70A بازار در پیکربندی 14S:

14 × 3.7 ولت = 51.8 ولت اسمی

بنابراین یک بسته 14S1P دارای:

• ولتاژ اسمی: 51.8 ولت

• ظرفیت: 70Ah

• تعداد کل سلول ها: 14

محدوده ولتاژ کامل نیز باید بررسی شود.

با استفاده از ولتاژ قطع شارژ P70A توصیه شده:

14 × 4.3 ولت = 60.2 ولت

با استفاده از ولتاژ پایان تخلیه 2.75 ولت:

14 × 2.75 ولت = 38.5 ولت

بنابراین محدوده ولتاژ اولیه در شرایط قابل اجرا تقریباً 38.5 ولت تا 60.2 ولت است.

باتری 14S NMC ممکن است به عنوان یک سیستم کلاس 48 ولت به بازار عرضه شود، اما این به طور خودکار آن را با هر کنترل کننده یا اینورتر 48 ولت سازگار نمی کند. تمام تجهیزات متصل باید در برابر محدوده ولتاژ کامل باتری بررسی شوند.

برای توضیح بیشتر رجوع کنید به NMC Pouch Cell Voltage: Limits and BMS Settings.

6. چگونه اتصالات موازی ظرفیت را افزایش می دهند

هنگامی که سلول ها به صورت موازی متصل می شوند، تمام پایانه های مثبت به هم وصل می شوند و تمام پایانه های منفی به هم متصل می شوند.

اتصالات موازی ظرفیت Ah را افزایش می دهند، در حالی که ولتاژ برابر با یک سلول یا یک گروه سری باقی می ماند.

ظرفیت بسته = تعداد سلول های موازی × ظرفیت سلول

استفاده از چهار سلول P70A به صورت موازی:

4 × 70Ah = 280Ah

بنابراین یک گروه 4P دارای:

• ولتاژ اسمی: 3.7 ولت

• ظرفیت: 280Ah

• تعداد کل سلول ها: 4

اتصالات موازی نیز می تواند قابلیت جریان را افزایش دهد. برای اندازه گیری اولیه:

قابلیت جریان گروه موازی ≈ تعداد سلول های موازی × جریان تک سلولی تایید شده

اگر یک سلول P70A کلاس 70Ah تقریباً 210A را در دمای 3 درجه سانتیگراد تحت شرایط آزمایش مشخص شده پشتیبانی کند، یک گروه موازی چهار سلولی دارای قابلیت جریان نظری در سطح سلول تقریباً 840A است.

با این حال، این به طور خودکار جریان بسته امن نیست.

حد نهایی جریان با کمترین حد تایید شده در بین موارد زیر تعیین می شود:

• سلول ها

• برگه های سلولی

• باسبار یا کانکتورهای انعطاف پذیر

• اتصالات جوشی یا پیچی

• BMS

• کنتاکتورها

• فیوزها

• کابل ها و کانکتورها

• سیستم خنک کننده

• افزایش دمای مجاز

اشتراک جریان موازی همچنین به مقاومت سلول، مقاومت اتصال، تقارن شینه، دما و تطابق سلول بستگی دارد. یک ضرب نظری همیشه باید با اعتبار الکتریکی و حرارتی دنبال شود.

7. نحوه محاسبه یک بسته سری موازی

یک پیکربندی 14S4P شامل 14 گروه متصل به سری است که چهار سلول به صورت موازی در داخل هر گروه به هم متصل شده اند.

تعداد کل سلول ها عبارتند از:

کل سلول ها = تعداد سری × تعداد موازی

14 × 4 = 56 سلول

برای مثال P70A:

• تعداد سریال: 14

• تعداد موازی: 4

• تعداد سلول ها: 56

• ولتاژ اسمی پک: 51.8 ولت

• ظرفیت بسته: 280Ah

عبارت '14S4P' باید توسط یک نمودار الکتریکی که گروه های موازی، نقاط سنجش BMS، مسیر جریان اصلی و دستگاه های حفاظتی را نشان می دهد، پشتیبانی شود. هنگام بررسی نقشه تامین کننده فقط به نام پیکربندی نوشته شده تکیه نکنید.

برخی از سیستم های باتری از رشته های سری محافظت شده جداگانه استفاده می کنند که به صورت موازی در سطح بسته متصل شده اند. این ترتیب می تواند افزونگی را فراهم کند، اما نیاز به هماهنگی دقیق بین واحدهای BMS، کنتاکتورها، فیوزها و سیستم های ارتباطی دارد. توپولوژی صحیح به ایمنی، خدمات و الزامات جداسازی عیب پروژه بستگی دارد.

8. نحوه محاسبه Wh و KWh

انرژی باتری معمولاً بر حسب وات ساعت یا کیلووات ساعت بیان می شود.

انرژی بسته (Wh) = ولتاژ اسمی بسته × ظرفیت بسته

همین نتیجه را می توان مستقیماً از تعداد سلول ها محاسبه کرد:

انرژی بسته (Wh) = S × P × ولتاژ اسمی سلول × ظرفیت سلول

برای مثال 14S4P P70A:

• ولتاژ اسمی پک: 51.8 ولت

• ظرفیت بسته: 280Ah

51.8 ولت × 280 آمپر ساعت = 14504 وات ساعت

تبدیل Wh به کیلووات ساعت:

14504 وات ساعت ÷ 1000 = 14.504 کیلووات ساعت

بنابراین انرژی اولیه پلاک نام تقریباً به صورت زیر است:

14.50 کیلووات ساعت

با استفاده از مقادیر تست برگه داده محافظه کارانه تر 3.73V و 68.7Ah:

14 × 4 × 3.73 ولت × 68.7 آمپر ساعت = تقریباً 14.35 کیلووات ساعت

این تفاوت نشان می دهد که چرا یک کلاس ظرفیت بازار و یک حداقل ظرفیت آزمایش شده توسط برگه داده نباید به عنوان یکسان در نظر گرفته شوند. برای عملکرد تضمین شده بسته، از مقدار مشخصات قابل اجرا استفاده کنید.

می توانید در مورد تفاوت بین انرژی در سطح سلول و سطح بسته اطلاعات بیشتری کسب کنید چگالی انرژی سلول کیسه ای توضیح داده شده: Wh/kg، Wh/L و انرژی بسته قابل استفاده.

9. جدول محاسبه Quick P70A Pack

مقادیر زیر از 3.7 ولت و 70 آمپر ساعت برای اندازه گیری اولیه استفاده می کنند.

پیکربندی	تعداد سلول	ولتاژ اسمی	ظرفیت	انرژی پلاک نام	انرژی تقریبی در یک پنجره SOC قابل استفاده 80%
14S1P	14	51.8 ولت	70 آه	3.63 کیلووات ساعت	2.90 کیلووات ساعت
14S2P	28	51.8 ولت	140Ah	7.25 کیلووات ساعت	5.80 کیلووات ساعت
14S3P	42	51.8 ولت	210Ah	10.88 کیلووات ساعت	8.70 کیلووات ساعت
14S4P	56	51.8 ولت	280Ah	14.50 کیلووات ساعت	11.60 کیلووات ساعت

این مقادیر مقدماتی هستند. انرژی قابل تحویل واقعی به پنجره ولتاژ تایید شده، جریان بار، دما، پیری سلول، تنظیمات BMS و تلفات سیستم بستگی دارد.

10. انرژی پلاک نام در مقابل انرژی قابل استفاده

انرژی پلاک نام از ولتاژ و ظرفیت اسمی محاسبه می شود. انرژی قابل استفاده مقداری است که برنامه می تواند در پنجره عملیاتی انتخاب شده به آن دسترسی داشته باشد.

برای برآورد اولیه:

انرژی قابل استفاده ≈ انرژی پلاک نام × پنجره SOC قابل استفاده

اگر یک بسته 14S4P P70A دارای 14.50 کیلووات ساعت انرژی اولیه پلاک نام باشد و از طریق یک پنجره SOC 80% کار کند:

14.50 کیلووات ساعت × 0.80 = تقریباً 11.60 کیلووات ساعت

این یک برآورد است، نه یک خروجی تضمین شده.

انرژی قابل استفاده واقعی تحت تأثیر موارد زیر است:

• منحنی تخلیه سلولی

• محدودیت شارژ و تخلیه

• نرخ تخلیه

• کاهش ولتاژ

• دمای محیط و سلول

• تنوع سلول به سلول

• وضعیت سلامت

• استراتژی قطع BMS

• تلفات کابل و کنتاکتور

• مبدل DC/DC، کنترل کننده موتور یا راندمان اینورتر

اگر هنوز باید انرژی قابل استفاده نزدیک به پایان عمر باتری به دست آید، اندازه اولیه ممکن است ظرفیت پایان عمر و راندمان تبدیل را نیز در نظر بگیرد:

انرژی مورد نیاز پلاک نام ≈ انرژی قابل استفاده هدف ÷ (پنجره SOC قابل استفاده × کسر ظرفیت پایان عمر × بازده سیستم)

این فرمول برای اندازه گیری اولیه مفید است. عملکرد نهایی باید از داده‌های تخلیه سلولی و آزمایش در سطح بسته تأیید شود.

11. محاسبه جریان از پاور

طراحان بسته باتری اغلب با مقدار توان مورد نیاز بر حسب کیلووات به جای مقدار جریان بر حسب آمپر شروع می کنند.

رابطه این است:

توان = ولتاژ × جریان

بنابراین:

جریان = توان ÷ ولتاژ

برای بار 10 کیلووات در ولتاژ اسمی بسته 14S P70A:

10000 وات ÷ 51.8 ولت = تقریباً 193 آمپر

اگر کنترل کننده سعی کند 10 کیلو وات را با کاهش ولتاژ باتری به 38.5 ولت حفظ کند:

10000 وات ÷ 38.5 ولت = تقریباً 260 آمپر

این نشان می دهد که چرا نباید جریان را فقط در ولتاژ اسمی محاسبه کرد. برای بارهای با توان ثابت، با کاهش ولتاژ باتری، جریان افزایش می یابد.

سلول‌ها، BMS، شین‌ها، کنتاکتورها، فیوزها و کابل‌ها باید در بدترین ترکیب مربوط به ولتاژ، توان، دما و مدت زمان ارزیابی شوند.

12. کاهش ولتاژ و تولید گرما

ولتاژ سلول تحت بار کمتر از ولتاژ مدار باز آرام آن است. یک تخمین ساده شده افت ولتاژ عبارت است از:

کاهش ولتاژ ≈ جریان × مقاومت DC

مقاومت پک واقعی بیشتر از مقاومت سلولی را شامل می شود. همچنین شامل:

• زبانه ها

• باسبار

• مفاصل

• فیوزها

• کنتاکتورها

• کابل ها

• اتصال دهنده ها

• تفاوت های موازی جریان-توزیع

یک تخمین ساده از گرمای مقاومتی عبارت است از:

تلفات برق ≈ جریان² × مقاومت

بنابراین گرما تقریباً با مجذور جریان در یک مدل مقاومتی ساده شده افزایش می‌یابد، نه به صورت نمایی. تولید حرارت واقعی و افزایش دما نیز به SOC، دمای سلول، تغییرات مقاومت، شرایط خنک‌کننده و چرخه کار بستگی دارد.

ACIR اندازه گیری شده در 1 کیلوهرتز نباید به طور خودکار برای پیش بینی کاهش ولتاژ بار استفاده شود. DCIR اندازه گیری شده تحت یک شرایط بار تعریف شده معمولاً برای محاسبات اولیه ولتاژ-افت و گرما مرتبط تر است.

13. تطبیق سلول و به اشتراک گذاری جریان موازی

محاسبات ریاضی فرض می کنند که هر سلول به طور یکسان عمل می کند. سلول های واقعی در ظرفیت، مقاومت داخلی، ولتاژ مدار باز، خود تخلیه و پیری تفاوت هایی دارند.

سلول های در نظر گرفته شده برای یک بسته معمولاً باید با موارد زیر مطابقت داشته باشند:

• شیمی و مدل

• دسته تولید که در آن عملی است

• ظرفیت

• مقاومت AC و DC

• ولتاژ مدار باز

• دولت مسئولیت

• خود تخلیه

• سن و سابقه استفاده

سلول های دارای سطوح SOC به طور قابل توجهی متفاوت نباید مستقیماً به صورت موازی متصل شوند. اختلاف ولتاژ می تواند باعث ایجاد جریان یکسان سازی بالا شود که عمدتاً توسط سلول و مقاومت اتصال محدود می شود.

سلول های با ظرفیت متفاوت به طور خودکار جریان را بر اساس ظرفیت تقسیم نمی کنند. توزیع جریان به شدت تحت تأثیر مقاومت داخلی، مقاومت اتصال، دما و طرح شینه قرار دارد. برای یک بسته تولید جدید، استفاده از سلول‌های همسان از همان مدل تایید شده، رویکرد ارجح است.

یک مدار متعادل کننده BMS نمی تواند به سرعت تفاوت های بزرگ در ظرفیت یا مقاومت را در یک بسته سلولی کیسه ای با ظرفیت بالا جبران کند. درجه بندی سلول قبل از مونتاژ مهم است.

14. طراحی مکانیکی برای سلول های کیسه ای

سلول های کیسه ای قوطی فلزی سفت و سخت ندارند. ساختار ماژول باید انبساط سلولی را مدیریت کند، پشتیبانی یکنواخت را فراهم کند، از فیلم لمینت محافظت کند و تماس حرارتی قابل اعتماد را حفظ کند.

هیچ کمک هزینه تورم جهانی یا فشار پیش بارگذاری وجود ندارد که بتوان روی هر سلول کیسه ای اعمال کرد.

برای P70A، مشخصات موجود نشان می دهد:

• پیش بارگذاری اولیه: 400–500 نیوتن

• ضریب تورم مشخص شده: 6%

• کارکرد طولانی مدت بدون محدودیت مکانیکی مجاز نیست

• فشار باید به طور مساوی در سطح سلول توزیع شود

این مقادیر برای P70A اعمال می شود و نباید به طور خودکار در مدل سلول کیسه ای دیگر کپی شود.

طراحی ماژول باید در نظر گرفته شود:

• صفحات انتهایی و سفتی قاب

• روش پیش بارگذاری

• پدهای فشرده سازی یا تورم

• تحمل ضخامت سلول

• گسترش پایان عمر

• عایق برق

• محافظ زبانه و مهر و موم

• تماس با سطح خنک کننده

• تحمل تولید و خدمات

برای اطلاعات بیشتر، نگاه کنید چرا سلول های کیسه ای در طراحی بسته باتری نیاز به فشرده سازی دارند؟.

15. مدیریت حرارتی

نیازهای خنک کننده را نمی توان به تنهایی از C-rate انتخاب کرد. یک سیستم 1C در یک محفظه محکم بسته بندی شده ممکن است شرایط حرارتی دشوارتری نسبت به یک سیستم با جریان بالاتر با چرخه های کاری کوتاه و ساختار خنک کننده موثر داشته باشد.

طراحی حرارتی باید در نظر گرفته شود:

• مقاومت DC سلولی

• جریان پیوسته

• اوج جریان و مدت زمان

• جریان شارژ

• هندسه ماژول

• فاصله سلولی

• جهت انتقال حرارت

• دمای محیط

• حداکثر دمای مجاز سلول

• حداکثر اختلاف دمای سلول به سلول

• شرایط خرابی سیستم خنک کننده

استراتژی های ممکن عبارتند از همرفت طبیعی، هوای اجباری، صفحات خنک کننده رسانا و خنک کننده مایع. راه حل صحیح باید از مدل تولید گرما انتخاب شود و با آزمایش دمای سطح ماژول تأیید شود.

سنسورهای دما باید در مکان‌های معرف، از جمله نقاط داغ احتمالی و مناطقی که مقاومت اتصال ممکن است گرمای اضافی ایجاد کند، قرار داده شوند.

16. BMS و حفاظت الکتریکی

BMS باید از تعداد دقیق سری و محدوده ولتاژ سلول تایید شده پشتیبانی کند. برای یک بسته 14S، BMS باید 14 گروه سلولی متصل به سری را نظارت کند.

انتخاب BMS باید در نظر گرفته شود:

• شیمی سلولی

• تعداد سریال ها

• هدف ولتاژ شارژ معمولی

• آستانه حفاظت از اضافه ولتاژ

• آستانه حفاظت در برابر ولتاژ

• جریان پیوسته

• اوج جریان و مدت زمان

• تشخیص اتصال کوتاه

• دمای شارژ و تخلیه

• کمیت و محل سنسور

• استراتژی متعادل سازی

• دقت اندازه گیری ولتاژ و جریان

• کنترل کنتاکتور

• ثبت و بازیابی عیب

آستانه اضافه ولتاژ BMS یک تنظیم حفاظت اضطراری است، نه هدف معمولی شارژر. شارژر باید ولتاژ و جریان را به درستی بدون وابستگی به قطع ارتباط معمول BMS تنظیم کند.

همچنین هیچ قانون جهانی وجود ندارد که هر BMS، کنتاکتور یا فیوز باید دقیقاً 125٪ جریان مورد انتظار را تعیین کند. حاشیه طراحی مناسب به جزء، دما، چرخه کار، عمر سرویس و استاندارد قابل اجرا بستگی دارد.

انتخاب فیوز باید در نظر گرفته شود:

• جریان بار مداوم

• محافظ کابل و شینه

• ولتاژ نامی DC

• حداکثر جریان خطای موجود

• رتبه بندی وقفه DC

• منحنی زمان-جریان

• من عملکرد ندارم

• هماهنگی با BMS و کنتاکتورها

سیستم های ولتاژ بالا یا توان بالا ممکن است به کنتاکتورهای اصلی، مدارهای پیش شارژ، قطع سرویس، نظارت بر عایق و جداسازی خطای هماهنگ نیاز داشته باشند.

17. گردش کار عملی محاسبه بسته باتری

یک محاسبه اولیه قابل اعتماد می تواند از این ترتیب پیروی کند:

1. محدوده ولتاژ کامل تجهیزات را تعریف کنید.

2. انرژی قابل استفاده مورد نیاز، توان پیوسته و بار پیک را تعریف کنید.

3. شیمی سلول و مدل سلول را انتخاب کنید.

4. از محدودیت های تایید شده ولتاژ سلول و شرایط تست ظرفیت استفاده کنید.

5. تعداد سری ها را از محدوده ولتاژ مورد نیاز محاسبه کنید.

6. شمارش موازی را از هر دو مورد نیاز انرژی و جریان محاسبه کنید.

7. تعداد کل سلول ها، ولتاژ اسمی، Ah، Wh و kWh را محاسبه کنید.

8. انرژی قابل استفاده را در پنجره SOC مورد نظر تخمین بزنید.

9. جریان مورد نیاز را در کمترین ولتاژ کاری بررسی کنید.

10. کاهش ولتاژ، تولید گرما و اشتراک جریان را بررسی کنید.

11. BMS، هادی ها، کنتاکتورها و وسایل حفاظتی را انتخاب کنید.

12. طراحی مهار مکانیکی، عایق و ساختار خنک کننده.

13. یک نمونه اولیه را تحت شرایط بار و دمای مورد نظر بسازید و آزمایش کنید.

14. گواهینامه ایمنی، حمل و نقل و برنامه مورد نیاز را تکمیل کنید.

یک صفحه گسترده می تواند اولین محاسبه را ایجاد کند، اما برای تأیید سیستم باتری نهایی، آزمایش لازم است.

18. اطلاعاتی که باید هنگام درخواست محلول سلول کیسه ای ارائه کنید

برای ارزیابی یک سلول کیسه ای یا پروژه باتری سفارشی، تا حد امکان اطلاعات زیر را ارائه دهید:

• برنامه

• ولتاژ اسمی هدف

• حداکثر و حداقل ولتاژ سیستم

• انرژی قابل استفاده یا زمان عملیاتی مورد نیاز

• برق یا جریان پیوسته

• اوج قدرت/جریان و مدت زمان

• زمان شارژ یا جریان شارژ

• حداکثر ابعاد

• حداکثر وزن

• دمای عملیاتی

• عمر چرخه مورد انتظار

• روش خنک کننده

• الزامات ارتباط BMS

• الزامات صدور گواهینامه

• نمونه اولیه و مقدار سفارش سالانه

Misen از انتخاب سلول، درجه بندی، پیکربندی ماژول و توسعه راه حل باتری سفارشی برای تحرک الکتریکی، AGVs، روباتیک، تجهیزات صنعتی، سیستم های دریایی و برنامه های ذخیره انرژی.

نتیجه گیری

فرمول های اولیه بسته باتری ساده هستند:

ولتاژ بسته اسمی = تعداد سری × ولتاژ اسمی سلول

ظرفیت بسته = تعداد موازی × ظرفیت سلول

انرژی بسته (Wh) = ولتاژ بسته × ظرفیت بسته

انرژی بسته (کیلووات ساعت) = انرژی بسته در وات ساعت ÷ 1000

با استفاده از یک سلول P70A 3.7 ولت 70 آمپر ساعتی به عنوان مثال اولیه، پیکربندی 14S4P فراهم می کند:

• ولتاژ اسمی 51.8 ولت

• ظرفیت اسمی 280Ah

• 14.50 کیلووات ساعت انرژی اولیه پلاک

• تقریباً 11.60 کیلووات ساعت در یک پنجره SOC 80٪ قابل استفاده فرضی

این اعداد تنها شروع فرآیند طراحی هستند. عملکرد نهایی به محدودیت های ولتاژ، شرایط تخلیه، دما، تطابق سلول، توزیع جریان، فشرده سازی مکانیکی، مدیریت حرارتی، تنظیمات BMS و تلفات سیستم بستگی دارد.

برای پروژه‌هایی که نیاز به سلول کیسه‌ای پرانرژی NMC دارند، آن را بررسی کنید P70A 3.7V 70Ah مشخصات سلول کیسه ای را ذخیره کرده و ولتاژ، انرژی، جریان، فضا و دمای مورد نیاز خود را برای ارزیابی مبتنی بر پروژه ارسال کنید.

سوالات متداول

چگونه کیلووات ساعت یک بسته باتری سلولی کیسه ای را محاسبه می کنید؟

ولتاژ اسمی پک را در ظرفیت پک در Ah ضرب کنید تا Wh بدست آورید. نتیجه Wh را بر 1000 تقسیم کنید تا به کیلووات ساعت برسید.

به عنوان مثال:

51.8 ولت × 280 آمپر ساعت = 14،504 وات ساعت = 14.504 کیلووات ساعت.

آیا اتصال سلول ها به صورت سری ظرفیت Ah را افزایش می دهد؟

خیر. اتصالات سری باعث افزایش ولتاژ می شوند. ظرفیت Ah برابر با یک سلول یا یک گروه موازی باقی می ماند.

آیا اتصال سلول ها به صورت موازی باعث افزایش ولتاژ می شود؟

خیر. اتصالات موازی ظرفیت Ah را افزایش داده و به قابلیت فعلی کمک می کند. ولتاژ برابر با یک سلول یا رشته سری باقی می ماند.

چند سلول در یک بسته باتری 14S4P وجود دارد؟

یک بسته 14S4P شامل 14 گروه متصل به سری با چهار سلول در هر گروه موازی است:

14 × 4 = 56 سلول.

آیا باتری 14S P70A با هر سیستم 48 ولت سازگار است؟

به صورت خودکار نیست. با استفاده از مقادیر مرجع P70A، یک بسته 14S دارای ولتاژ نامی تقریباً 51.8 ولت، محاسبه قطع شارژ توصیه شده 60.2 ولت و محاسبه پایان تخلیه 38.5 ولت در شرایط قابل اجرا است. تجهیزات متصل باید محدوده عملیاتی کامل را پشتیبانی کنند.

یک سلول P70A چقدر جریان پیوسته می تواند ارائه دهد؟

مشخصات موجود حداکثر نرخ تخلیه مداوم 3 درجه سانتیگراد در 25 درجه سانتیگراد را تحت شرایط اعلام شده فهرست می کند. بر اساس کلاس ظرفیت بازار 70Ah، این مقدار تقریباً برابر با 210A در هر سلول است. محدودیت‌های جریان نهایی باید از شرایط برگه داده و اعتبارسنجی حرارتی در سطح بسته پیروی کنند.

آیا سلول های کیسه ای با ظرفیت های مختلف می توانند به صورت موازی به هم متصل شوند؟

برای بسته های تولیدی جدید توصیه نمی شود. سلول ها معمولاً باید از همان شیمی و مدل تایید شده استفاده کنند و باید از نظر ظرفیت، مقاومت، ولتاژ، SOC و شرایط پیری مطابقت داشته باشند.

آیا کیلووات ساعت قابل استفاده همان کیلووات ساعت پلاک است؟

شماره پلاک نام کیلووات ساعت از ولتاژ و ظرفیت اسمی محاسبه می شود. انرژی قابل استفاده به SOC مجاز و پنجره ولتاژ، جریان، دما، پیری، تنظیمات BMS و کارایی سیستم بستگی دارد.

چه مقدار فضای تورم برای سلول کیسه ای باید در نظر گرفته شود؟

هیچ درصد جهانی برای هر سلول کیسه ای وجود ندارد. طراحی مکانیکی باید از پیش بارگذاری سلول انتخاب شده، تحمل ضخامت و الزامات تورم پایان عمر پیروی کند. مشخصات P70A موجود نشان دهنده ضریب تورم 6 درصد و پیش بارگذاری اولیه 400-500 نیوتن است.