पाउच सेल बैटरी पैक की गणना कैसे करें: श्रृंखला, समानांतर, वोल्टेज, क्षमता और kWh

पाउच सेल बैटरी पैक की गणना कुछ सरल सूत्रों से शुरू होती है, लेकिन उपयोग करने योग्य डिज़ाइन के लिए वोल्टेज और क्षमता को बढ़ाने से कहीं अधिक की आवश्यकता होती है।

श्रृंखला कनेक्शन पैक वोल्टेज निर्धारित करते हैं। समानांतर कनेक्शन पैक क्षमता निर्धारित करते हैं और वर्तमान क्षमता में योगदान करते हैं। सेल रसायन विज्ञान, वोल्टेज सीमा, डिस्चार्ज दर, आंतरिक प्रतिरोध, तापमान, यांत्रिक संपीड़न और बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) फिर निर्धारित करते हैं कि गणना की गई कॉन्फ़िगरेशन इच्छित एप्लिकेशन में सुरक्षित रूप से काम कर सकती है या नहीं।

यह मार्गदर्शिका बताती है कि श्रृंखला और समानांतर गणना, नाममात्र वोल्टेज, आह, Wh और प्रयोग करने योग्य kWh की गणना कैसे करें। ए P70A 3.7V 70Ah NMC पाउच सेल का उपयोग मुख्य उदाहरण के रूप में किया जाता है।

गणनाएँ प्रारंभिक बैटरी आकार के लिए उपयुक्त हैं। अंतिम मॉड्यूल और पैक डिज़ाइन को नवीनतम सेल डेटाशीट, पूर्ण लोड प्रोफ़ाइल और पैक-स्तरीय परीक्षण परिणामों के विरुद्ध सत्यापित किया जाना चाहिए।

चाबी छीनना

• श्रृंखला में जुड़े सेल वोल्टेज बढ़ाते हैं; वे आह क्षमता नहीं बढ़ाते।

• समानांतर में जुड़े सेल Ah क्षमता बढ़ाते हैं; वे वोल्टेज नहीं बढ़ाते.

• Wh में पैक ऊर्जा नाममात्र पैक वोल्टेज को पैक क्षमता से गुणा करने के बराबर होती है।

• परिणाम को kWh में बदलने के लिए Wh को 1,000 से विभाजित करें।

• नेमप्लेट ऊर्जा और प्रयोग करने योग्य ऊर्जा समान नहीं हैं।

• सतत धारा की जाँच न्यूनतम ऑपरेटिंग वोल्टेज पर की जानी चाहिए, न कि केवल नाममात्र वोल्टेज पर।

• अधिकतम चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज चयनित सेल डेटाशीट से आना चाहिए।

• थैली कोशिकाओं को सेल-विशिष्ट यांत्रिक संयम, सूजन भत्ता और थर्मल डिजाइन की आवश्यकता होती है।

• अंतिम बीएमएस, फ़्यूज़, कॉन्टैक्टर और कंडक्टर रेटिंग को एक प्रतिशत नियम से नहीं चुना जा सकता है।

1. सबसे पहले बैटरी सिस्टम आवश्यकताओं को परिभाषित करें

बैटरी पैक की गणना एप्लिकेशन से पीछे की ओर की जानी चाहिए। किसी सेल का चयन करने या श्रृंखला और समानांतर कॉन्फ़िगरेशन तय करने से पहले, निम्नलिखित आवश्यकताओं को परिभाषित करें:

• लक्ष्य नाममात्र सिस्टम वोल्टेज

• अधिकतम अनुमत इनपुट वोल्टेज

• न्यूनतम ऑपरेटिंग वोल्टेज

• आवश्यक नेमप्लेट या प्रयोग करने योग्य ऊर्जा

• आवश्यक परिचालन समय

• निरंतर बिजली और वर्तमान

• चरम शक्ति, चरम वर्तमान और चरम अवधि

• चार्जिंग पावर और चार्जिंग समय

• उपलब्ध स्थापना आयाम

• अधिकतम बैटरी वजन

• परिचालन और भंडारण तापमान

• अपेक्षित चक्र जीवन

• ठंडा करने की विधि

• लागू प्रमाणीकरण और परिवहन आवश्यकताएँ

उदाहरण के लिए, '48V' के रूप में विज्ञापित एक सिस्टम, मोटर नियंत्रक, इन्वर्टर, डीसी/डीसी कनवर्टर या अन्य जुड़े उपकरणों के आधार पर बहुत भिन्न अधिकतम और न्यूनतम वोल्टेज स्वीकार कर सकता है। केवल विज्ञापित सिस्टम वोल्टेज ही सही श्रृंखला गणना निर्धारित करने के लिए पर्याप्त नहीं है।

2. सेल विशिष्टताओं को समझें

गणना में चयनित सेल के अनुमोदित विनिर्देशों का उपयोग किया जाना चाहिए। सबसे महत्वपूर्ण इनपुट में शामिल हैं:

सेल पैरामीटर	यह क्यों मायने रखता है
नाममात्र वोल्टेज	प्रारंभिक पैक वोल्टेज और ऊर्जा गणना के लिए उपयोग किया जाता है
अनुशंसित चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज	चार्जर आउटपुट और अधिकतम सामान्य पैक वोल्टेज की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है
डिस्चार्ज का अंत वोल्टेज	निम्न वोल्टेज सीमा का मूल्यांकन करने के लिए उपयोग किया जाता है
रेटेड या मानक क्षमता	प्रारंभिक आह और ऊर्जा निर्धारित करता है
निरंतर डिस्चार्ज रेटिंग	वर्तमान क्षमता निर्धारित करने में मदद करता है
पीक डिस्चार्ज रेटिंग और अवधि	त्वरण या मोटर स्टार्टिंग जैसी छोटी लोड घटनाओं के लिए उपयोग किया जाता है
डीसी आंतरिक प्रतिरोध	लोड के तहत वोल्टेज शिथिलता और प्रतिरोधक गर्मी का अनुमान लगाने में मदद करता है
चार्ज और डिस्चार्ज तापमान	अनुमत संचालन और वर्तमान व्युत्पन्न निर्धारित करता है
आयाम तथा वजन	मॉड्यूल लेआउट और पैक-स्तरीय ऊर्जा-घनत्व गणना के लिए आवश्यक है
यांत्रिक प्रीलोड और सूजन भत्ता	पाउच सेल मॉड्यूल डिज़ाइन के लिए आवश्यक
चक्र-जीवन परीक्षण की स्थितियाँ	सेवा-जीवन अपेक्षाओं की सही ढंग से तुलना करने की आवश्यकता है

समान रसायन विज्ञान वाली कोशिकाओं में अभी भी अलग-अलग वोल्टेज सीमाएं, वर्तमान रेटिंग और तापमान रेंज हो सकती हैं। प्रत्येक एनएमसी, एलएफपी या एलटीओ पाउच सेल पर एक यूनिवर्सल वोल्टेज सेटिंग लागू न करें।

मिसेन एकाधिक आपूर्ति करता है पाउच सेल बैटरी रसायन विज्ञान और क्षमताएं । विद्युत गतिशीलता, एजीवी, रोबोटिक्स, औद्योगिक उपकरण, समुद्री प्रणालियों और ऊर्जा-भंडारण परियोजनाओं के लिए

3. कोशिका रसायन का चयन करना

रसायन विज्ञान वोल्टेज गणना, श्रृंखला में कोशिकाओं की संख्या, ऊर्जा घनत्व, चक्र-जीवन लक्ष्य, बिजली क्षमता और थर्मल रणनीति को प्रभावित करता है।

रसायन शास्त्र	विशिष्ट प्रारंभिक नाममात्र वोल्टेज	सामान्य चयन प्राथमिकता
एनएमसी थैली सेल	सेल के आधार पर लगभग 3.6–3.73V	उच्च ऊर्जा घनत्व और कॉम्पैक्ट, हल्के बैटरी सिस्टम
LiFePO4 पाउच सेल	सामान्यतः 3.2V के आसपास	चक्र जीवन, थर्मल स्थिरता और औद्योगिक या स्थिर अनुप्रयोग
एलटीओ पाउच सेल	सामान्यतः 2.3-2.4V के आसपास	उच्च शक्ति, तेज़ चार्जिंग, कम तापमान संचालन और लंबा चक्र जीवन

ये प्रारंभिक संदर्भ मान हैं, सार्वभौमिक डिज़ाइन सेटिंग्स नहीं। हमेशा चयनित सेल विनिर्देश में बताए गए नाममात्र वोल्टेज, चार्ज सीमा और डिस्चार्ज सीमा का उपयोग करें।

4. संदर्भ सेल: P70A 3.7V 70Ah NMC पाउच सेल

मुख्य गणना उदाहरण के लिए, हम बड़े प्रारूप का उपयोग करते हैं P70A NMC पाउच सेल.

सरल प्रारंभिक गणना के लिए, बाज़ार-सामना वाले मूल्य हैं:

• नाममात्र वोल्टेज: 3.7V

• नाममात्र क्षमता वर्ग: 70Ah

• प्रारंभिक नाममात्र ऊर्जा: 3.7V × 70Ah = 259Wh

• अधिकतम निरंतर निर्वहन दर: निर्दिष्ट शर्तों के तहत 25°C पर 3C तक

• 3C के अनुरूप अनुमानित धारा: 70Ah × 3C = 210A

विस्तृत सेल डेटा अधिक विशिष्ट परीक्षण स्थितियाँ प्रदान करता है:

• नाममात्र वोल्टेज: 0.33C पर 3.73V या 0.5C पर 3.70V

• मानक क्षमता: 0.33C पर कम से कम 68.7Ah या 0.5C पर कम से कम 67.8Ah

• परिकलित ऊर्जा: 3.73V × 68.7Ah पर आधारित लगभग 256.3Wh

• अनुशंसित चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज: 4.3V

• डिस्चार्ज का अंत वोल्टेज: बताई गई सामान्य तापमान स्थिति के तहत 2.75V

• एसी आंतरिक प्रतिरोध: निर्दिष्ट परीक्षण स्थिति के तहत 1.2mΩ से अधिक नहीं

• डीसी आंतरिक प्रतिरोध: निर्दिष्ट परीक्षण स्थिति के तहत 3.0mΩ से अधिक नहीं

3.7V और 70Ah मान बुनियादी सूत्रों का पालन करना आसान बनाते हैं। अंतिम इंजीनियरिंग गणना, खरीद विनिर्देशों और प्रदर्शन गारंटी के लिए, लागू डेटाशीट मूल्य और परीक्षण स्थिति का उपयोग करें।

5. सीरीज कनेक्शन कैसे वोल्टेज बढ़ाते हैं

जब सेल श्रृंखला में जुड़े होते हैं, तो एक सेल या समानांतर समूह का सकारात्मक टर्मिनल अगले सेल के नकारात्मक टर्मिनल से जुड़ा होता है।

श्रृंखला कनेक्शन से वोल्टेज बढ़ता है, जबकि Ah क्षमता अपरिवर्तित रहती है।

नाममात्र पैक वोल्टेज = श्रृंखला में कोशिकाओं की संख्या × नाममात्र सेल वोल्टेज

14S कॉन्फ़िगरेशन में बाज़ार-सामना वाले P70A मानों का उपयोग करना:

14 × 3.7V = 51.8V नाममात्र

इसलिए 14S1P पैक में:

• नाममात्र वोल्टेज: 51.8V

• क्षमता: 70Ah

• कोशिकाओं की कुल संख्या: 14

संपूर्ण वोल्टेज रेंज की भी जाँच की जानी चाहिए।

अनुशंसित P70A चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज का उपयोग करना:

14 × 4.3V = 60.2V

बताए गए 2.75V एंड-ऑफ़-डिस्चार्ज वोल्टेज का उपयोग करना:

14 × 2.75V = 38.5V

इसलिए लागू शर्तों के तहत प्रारंभिक वोल्टेज रेंज लगभग 38.5V से 60.2V है।

14S NMC बैटरी को 48V-श्रेणी प्रणाली के रूप में विपणन किया जा सकता है, लेकिन यह स्वचालित रूप से इसे प्रत्येक 48V नियंत्रक या इन्वर्टर के साथ संगत नहीं बनाता है। सभी जुड़े हुए उपकरणों की पूरी बैटरी वोल्टेज रेंज से जांच की जानी चाहिए।

अधिक विस्तृत विवरण के लिए, देखें एनएमसी पाउच सेल वोल्टेज: सीमाएं और बीएमएस सेटिंग्स.

6. समानांतर कनेक्शन कैसे क्षमता बढ़ाते हैं

जब सेल समानांतर में जुड़े होते हैं, तो सभी सकारात्मक टर्मिनल एक साथ जुड़े होते हैं और सभी नकारात्मक टर्मिनल एक साथ जुड़े होते हैं।

समानांतर कनेक्शन से Ah क्षमता बढ़ती है, जबकि वोल्टेज एक सेल या एक श्रृंखला समूह के बराबर रहता है।

पैक क्षमता = समानांतर में कोशिकाओं की संख्या × सेल क्षमता

समानांतर में चार P70A कोशिकाओं का उपयोग करना:

4 × 70Ah = 280Ah

इसलिए एक 4P समूह में:

• नाममात्र वोल्टेज: 3.7V

• क्षमता: 280Ah

• कोशिकाओं की कुल संख्या: 4

समानांतर कनेक्शन भी वर्तमान क्षमता को बढ़ा सकते हैं। प्रारंभिक आकार के लिए:

समानांतर-समूह वर्तमान क्षमता ≈ समानांतर कोशिकाओं की संख्या × स्वीकृत एकल-कोशिका धारा

यदि एक 70Ah-श्रेणी P70A सेल निर्दिष्ट परीक्षण शर्तों के तहत 3C पर लगभग 210A का समर्थन करता है, तो एक चार-सेल समानांतर समूह की सैद्धांतिक सेल-स्तरीय वर्तमान क्षमता लगभग 840A है।

हालाँकि, यह स्वचालित रूप से सुरक्षित पैक करंट नहीं है।

अंतिम वर्तमान सीमा इनमें से निम्नतम अनुमोदित सीमा द्वारा निर्धारित की जाती है:

• प्रकोष्ठों

• सेल टैब

• बसबार या लचीले कनेक्टर

• वेल्डेड या बोल्ट वाले जोड़

• बीएमएस

• संपर्ककर्ता

• फ़्यूज़

• केबल और कनेक्टर

• शीतलन प्रणाली

• तापमान वृद्धि की अनुमति

समानांतर वर्तमान साझाकरण सेल प्रतिरोध, कनेक्शन प्रतिरोध, बसबार समरूपता, तापमान और सेल मिलान पर भी निर्भर करता है। सैद्धांतिक गुणन के बाद हमेशा विद्युत और थर्मल सत्यापन किया जाना चाहिए।

7. श्रृंखला-समानांतर पैक की गणना कैसे करें

14S4P कॉन्फ़िगरेशन में 14 श्रृंखला-जुड़े समूह होते हैं, प्रत्येक समूह के अंदर समानांतर में चार कोशिकाएं जुड़ी होती हैं।

कुल कोशिका गिनती है:

कुल कोशिकाएँ = श्रृंखला गणना × समानांतर गणना

14 × 4 = 56 सेल

P70A उदाहरण के लिए:

• शृंखला गिनती: 14

• समानांतर गिनती: 4

• कुल कोशिकाएँ: 56

• नाममात्र पैक वोल्टेज: 51.8V

• पैक क्षमता: 280Ah

शब्द '14एस4पी' को समानांतर समूहों, बीएमएस सेंसिंग बिंदुओं, मुख्य वर्तमान पथ और सुरक्षा उपकरणों को दर्शाने वाले विद्युत आरेख द्वारा समर्थित किया जाना चाहिए। आपूर्तिकर्ता ड्राइंग की समीक्षा करते समय केवल लिखित कॉन्फ़िगरेशन नाम पर भरोसा न करें।

कुछ बैटरी सिस्टम पैक स्तर पर समानांतर में जुड़े अलग-अलग संरक्षित श्रृंखला स्ट्रिंग का उपयोग करते हैं। यह व्यवस्था अतिरेक प्रदान कर सकती है, लेकिन इसके लिए बीएमएस इकाइयों, संपर्ककर्ताओं, फ़्यूज़ और संचार प्रणालियों के बीच सावधानीपूर्वक समन्वय की आवश्यकता होती है। सही टोपोलॉजी परियोजना की सुरक्षा, सेवा और दोष-अलगाव आवश्यकताओं पर निर्भर करती है।

8. Wh और kWh की गणना कैसे करें

बैटरी ऊर्जा सामान्यतः वाट-घंटे या किलोवाट-घंटे में व्यक्त की जाती है।

पैक ऊर्जा (Wh) = नाममात्र पैक वोल्टेज × पैक क्षमता

उसी परिणाम की गणना सीधे सेल गिनती से की जा सकती है:

पैक ऊर्जा (Wh) = S × P × सेल नाममात्र वोल्टेज × सेल क्षमता

14S4P P70A उदाहरण के लिए:

• नाममात्र पैक वोल्टेज: 51.8V

• पैक क्षमता: 280Ah

51.8V × 280Ah = 14,504Wh

Wh को kWh में बदलें:

14,504Wh ÷ 1,000 = 14.504kWh

इसलिए प्रारंभिक नेमप्लेट ऊर्जा लगभग है:

14.50kWh

3.73V और 68.7Ah के अधिक रूढ़िवादी डेटाशीट परीक्षण मानों का उपयोग करना:

14 × 4 × 3.73V × 68.7Ah = लगभग 14.35kWh

अंतर दर्शाता है कि बाज़ार-सामना करने वाली क्षमता वर्ग और डेटाशीट-परीक्षणित न्यूनतम क्षमता को समान क्यों नहीं माना जाना चाहिए। गारंटीकृत पैक प्रदर्शन के लिए, लागू विनिर्देश मान का उपयोग करें।

आप सेल-स्तर और पैक-स्तर ऊर्जा के बीच अंतर के बारे में अधिक जान सकते हैं पाउच सेल ऊर्जा घनत्व की व्याख्या: Wh/kg, Wh/L और प्रयोग करने योग्य पैक ऊर्जा.

9. त्वरित P70A पैक गणना तालिका

निम्नलिखित मान प्रारंभिक आकार के लिए 3.7V और 70Ah का उपयोग करते हैं।

कॉन्फ़िगरेशन	सेल गिनती	नाममात्र वोल्टेज	क्षमता	नेमप्लेट ऊर्जा	80% प्रयोग करने योग्य एसओसी विंडो पर अनुमानित ऊर्जा
14एस1पी	14	51.8V	70आह	3.63kWh	2.90kWh
14एस2पी	28	51.8V	140आह	7.25kWh	5.80kWh
14एस3पी	42	51.8V	210आह	10.88kWh	8.70kWh
14एस4पी	56	51.8V	280एएच	14.50kWh	11.60kWh

ये मान प्रारंभिक हैं. वास्तविक वितरण योग्य ऊर्जा अनुमोदित वोल्टेज विंडो, लोड करंट, तापमान, सेल उम्र बढ़ने, बीएमएस सेटिंग्स और सिस्टम हानियों पर निर्भर करती है।

10. नेमप्लेट ऊर्जा बनाम उपयोग योग्य ऊर्जा

नेमप्लेट ऊर्जा की गणना नाममात्र वोल्टेज और क्षमता से की जाती है। प्रयोग करने योग्य ऊर्जा वह मात्रा है जिसे एप्लिकेशन चयनित ऑपरेटिंग विंडो के भीतर एक्सेस कर सकता है।

प्रारंभिक अनुमान के लिए:

प्रयोग करने योग्य ऊर्जा ≈ नेमप्लेट ऊर्जा × प्रयोग करने योग्य एसओसी विंडो

यदि 14S4P P70A पैक में 14.50kWh प्रारंभिक नेमप्लेट ऊर्जा है और यह 80% SOC विंडो के माध्यम से संचालित होता है:

14.50kWh × 0.80 = लगभग 11.60kWh

यह एक अनुमान है, गारंटीशुदा आउटपुट नहीं।

वास्तविक उपयोग योग्य ऊर्जा इससे प्रभावित होती है:

• सेल डिस्चार्ज वक्र

• चार्ज और डिस्चार्ज सीमा

• निर्वहन दर

• वोल्टेज शिथिलता

• परिवेश और कोशिका तापमान

• कोशिका-से-कोशिका भिन्नता

• सेहत की स्थिति

• बीएमएस कट-ऑफ रणनीति

• केबल और संपर्ककर्ता हानि

• डीसी/डीसी कनवर्टर, मोटर नियंत्रक या इन्वर्टर दक्षता

यदि प्रयोग करने योग्य ऊर्जा अभी भी बैटरी के सेवा जीवन के अंत के करीब प्राप्त की जानी चाहिए, तो प्रारंभिक आकार निर्धारण में जीवन के अंत की क्षमता लक्ष्य और रूपांतरण दक्षता पर भी विचार किया जा सकता है:

आवश्यक नेमप्लेट ऊर्जा ≈ लक्ष्य प्रयोग योग्य ऊर्जा ÷ (प्रयोग योग्य एसओसी विंडो × जीवन समाप्ति क्षमता अंश × सिस्टम दक्षता)

यह सूत्र प्रारंभिक आकार के लिए उपयोगी है। अंतिम प्रदर्शन को सेल डिस्चार्ज डेटा और पैक-स्तरीय परीक्षण से सत्यापित किया जाना चाहिए।

11. पावर से करंट की गणना करें

बैटरी पैक डिज़ाइनर अक्सर एम्प्स में वर्तमान मान के बजाय किलोवाट में आवश्यक पावर मान से शुरू करते हैं।

रिश्ता है:

पावर = वोल्टेज × करंट

इसलिए:

करंट = पावर ÷ वोल्टेज

14S P70A पैक के नाममात्र वोल्टेज पर 10kW लोड के लिए:

10,000W ÷ 51.8V = लगभग 193A

यदि बैटरी वोल्टेज 38.5V तक गिरने पर नियंत्रक 10kW बनाए रखने का प्रयास करता है:

10,000W ÷ 38.5V = लगभग 260A

इससे पता चलता है कि करंट की गणना केवल नाममात्र वोल्टेज पर क्यों नहीं की जानी चाहिए। स्थिर-बिजली भार के लिए, बैटरी वोल्टेज गिरने पर करंट बढ़ जाता है।

सेल, बीएमएस, बसबार, संपर्ककर्ता, फ़्यूज़ और केबल का मूल्यांकन वोल्टेज, बिजली, तापमान और अवधि के सबसे खराब प्रासंगिक संयोजन पर किया जाना चाहिए।

12. वोल्टेज शिथिलता और ऊष्मा उत्पादन

लोड के तहत सेल वोल्टेज इसके शिथिल ओपन-सर्किट वोल्टेज से कम है। एक सरलीकृत वोल्टेज-सैग अनुमान है:

वोल्टेज शिथिलता ≈ वर्तमान × डीसी प्रतिरोध

वास्तविक पैक प्रतिरोध में सेल प्रतिरोध से अधिक शामिल है। इसमें यह भी शामिल है:

• टैब

• बसबार

• जोड़

• फ़्यूज़

• संपर्ककर्ता

• केबल

• कनेक्टर्स

• समानांतर वर्तमान-वितरण अंतर

प्रतिरोधक ऊष्मा का एक सरलीकृत अनुमान है:

बिजली हानि ≈ करंट² × प्रतिरोध

इसलिए सरलीकृत प्रतिरोधक मॉडल में गर्मी लगभग धारा के वर्ग के साथ बढ़ती है, तेजी से नहीं। वास्तविक ताप उत्पादन और तापमान वृद्धि एसओसी, सेल तापमान, प्रतिरोध परिवर्तन, शीतलन की स्थिति और कर्तव्य चक्र पर भी निर्भर करती है।

1kHz पर मापे गए ACIR का उपयोग लोड वोल्टेज शिथिलता का अनुमान लगाने के लिए स्वचालित रूप से नहीं किया जाना चाहिए। एक परिभाषित लोड स्थिति के तहत मापा गया डीसीआईआर आमतौर पर प्रारंभिक वोल्टेज-सैग और गर्मी गणना के लिए अधिक प्रासंगिक है।

13. सेल मिलान और समानांतर करंट शेयरिंग

गणितीय गणना यह मानती है कि प्रत्येक कोशिका समान रूप से कार्य करती है। वास्तविक कोशिकाओं की क्षमता, आंतरिक प्रतिरोध, ओपन-सर्किट वोल्टेज, स्व-निर्वहन और उम्र बढ़ने में अंतर होता है।

एक पैक के लिए इच्छित सेल का सामान्यतः मिलान होना चाहिए:

• रसायन विज्ञान और मॉडल

• उत्पादन बैच जहां व्यावहारिक है

• क्षमता

• एसी और डीसी प्रतिरोध

• ओपन-सर्किट वोल्टेज

• प्रभार का राज्य

• स्व निर्वहन

• आयु और उपयोग का इतिहास

महत्वपूर्ण रूप से भिन्न एसओसी स्तरों पर कोशिकाओं को सीधे समानांतर में नहीं जोड़ा जाना चाहिए। वोल्टेज अंतर मुख्य रूप से सेल और कनेक्शन प्रतिरोध द्वारा सीमित उच्च समतुल्य धारा का कारण बन सकता है।

विभिन्न क्षमता वाली कोशिकाएँ क्षमता के अनुसार धारा को स्वचालित रूप से विभाजित नहीं करती हैं। वर्तमान वितरण आंतरिक प्रतिरोध, इंटरकनेक्शन प्रतिरोध, तापमान और बसबार लेआउट से दृढ़ता से प्रभावित होता है। एक नए उत्पादन पैक के लिए, उसी अनुमोदित मॉडल की मिलान की गई कोशिकाओं का उपयोग करना पसंदीदा तरीका है।

एक बीएमएस संतुलन सर्किट उच्च क्षमता वाले पाउच सेल पैक के अंदर क्षमता या प्रतिरोध में बड़े अंतर के लिए जल्दी से क्षतिपूर्ति नहीं कर सकता है। असेंबली से पहले सेल ग्रेडिंग महत्वपूर्ण रहती है।

14. पाउच कोशिकाओं के लिए यांत्रिक डिजाइन

थैली कोशिकाओं में कठोर धातु का डिब्बा नहीं होता है। मॉड्यूल संरचना को सेल विस्तार का प्रबंधन करना चाहिए, समान समर्थन प्रदान करना चाहिए, लेमिनेट फिल्म की रक्षा करनी चाहिए और विश्वसनीय थर्मल संपर्क बनाए रखना चाहिए।

कोई सार्वभौमिक सूजन भत्ता या प्रीलोड दबाव नहीं है जिसे प्रत्येक थैली सेल पर लागू किया जा सके।

P70A के लिए, उपलब्ध विनिर्देश इंगित करता है:

• प्रारंभिक प्रीलोड: 400-500N

• निर्दिष्ट सूजन गुणांक: 6%

• यांत्रिक अवरोध के बिना लंबे समय तक संचालन की अनुमति नहीं है

• दबाव कोशिका की सतह पर समान रूप से वितरित होना चाहिए

ये मान P70A पर लागू होते हैं और इन्हें स्वचालित रूप से किसी अन्य पाउच सेल मॉडल पर कॉपी नहीं किया जाना चाहिए।

मॉड्यूल डिज़ाइन पर विचार करना चाहिए:

• अंत प्लेटें और फ्रेम कठोरता

• प्रीलोड विधि

• संपीड़न या सूजन पैड

• सेल मोटाई सहनशीलता

• जीवन का अंत विस्तार

• विद्युत इन्सुलेशन

• टैब और सील सुरक्षा

• शीतलन-सतह संपर्क

• विनिर्माण और सेवा सहनशीलता

अधिक जानकारी के लिए देखें बैटरी पैक डिज़ाइन में पाउच सेल को संपीड़न की आवश्यकता क्यों होती है?.

15. थर्मल प्रबंधन

शीतलन आवश्यकताओं को अकेले सी-रेट से नहीं चुना जा सकता है। एक कसकर भरे हुए बाड़े में 1C प्रणाली में कम कर्तव्य चक्र और एक प्रभावी शीतलन संरचना के साथ उच्च-वर्तमान प्रणाली की तुलना में अधिक कठिन तापीय स्थितियाँ हो सकती हैं।

थर्मल डिज़ाइन पर विचार करना चाहिए:

• सेल डीसी प्रतिरोध

• सतत धारा

• चरम धारा और अवधि

• वर्तमान शुल्क

• मॉड्यूल ज्यामिति

• सेल रिक्ति

• ऊष्मा-स्थानांतरण दिशा

• परिवेश का तापमान

• अधिकतम अनुमत सेल तापमान

• अधिकतम कोशिका-से-कोशिका तापमान अंतर

• शीतलन-प्रणाली विफलता की स्थिति

संभावित रणनीतियों में प्राकृतिक संवहन, मजबूर हवा, प्रवाहकीय शीतलन प्लेटें और तरल शीतलन शामिल हैं। सही समाधान को ताप-उत्पादन मॉडल से चुना जाना चाहिए और मॉड्यूल-स्तरीय तापमान परीक्षण द्वारा पुष्टि की जानी चाहिए।

तापमान सेंसर को प्रतिनिधि स्थानों पर रखा जाना चाहिए, जिसमें संभावित गर्म स्थान और ऐसे क्षेत्र शामिल हैं जहां कनेक्शन प्रतिरोध अतिरिक्त गर्मी पैदा कर सकता है।

16. बीएमएस और विद्युत सुरक्षा

बीएमएस को सटीक श्रृंखला गणना और अनुमोदित सेल वोल्टेज रेंज का समर्थन करना चाहिए। 14एस पैक के लिए, बीएमएस को 14 श्रृंखला से जुड़े सेल समूहों की निगरानी करनी होगी।

बीएमएस चयन पर विचार करना चाहिए:

• कोशिका रसायन

• शृंखला गिनती

• सामान्य चार्ज-वोल्टेज लक्ष्य

• ओवरवॉल्टेज सुरक्षा सीमा

• अंडरवोल्टेज सुरक्षा सीमा

• सतत धारा

• चरम धारा और अवधि

• शॉर्ट-सर्किट का पता लगाना

• चार्ज और डिस्चार्ज तापमान

• सेंसर की मात्रा और स्थान

• संतुलन की रणनीति

• वोल्टेज और वर्तमान माप सटीकता

• संपर्ककर्ता नियंत्रण

• दोष लॉगिंग और पुनर्प्राप्ति

बीएमएस ओवरवॉल्टेज थ्रेशोल्ड एक आपातकालीन सुरक्षा सेटिंग है, सामान्य चार्जर लक्ष्य नहीं। चार्जर को नियमित बीएमएस डिस्कनेक्शन पर निर्भर हुए बिना वोल्टेज और करंट को सही ढंग से नियंत्रित करना चाहिए।

ऐसा कोई सार्वभौमिक नियम भी नहीं है कि प्रत्येक बीएमएस, कॉन्टैक्टर या फ़्यूज़ को अपेक्षित करंट के बिल्कुल 125% पर रेट किया जाना चाहिए। उपयुक्त डिज़ाइन मार्जिन घटक, तापमान, कर्तव्य चक्र, सेवा जीवन और लागू मानक पर निर्भर करता है।

फ़्यूज़ चयन पर विचार करना चाहिए:

• निरंतर लोड करंट

• केबल और बसबार सुरक्षा

• डीसी रेटेड वोल्टेज

• अधिकतम उपलब्ध फॉल्ट करंट

• डीसी इंटरप्ट रेटिंग

• समय-वर्तमान वक्र

• मैं प्रदर्शन नहीं कर रहा हूँ

• बीएमएस और संपर्ककर्ताओं के साथ समन्वय

उच्च-वोल्टेज या उच्च-शक्ति प्रणालियों को मुख्य संपर्ककर्ता, प्री-चार्ज सर्किट, सेवा डिस्कनेक्ट, इन्सुलेशन निगरानी और समन्वित दोष अलगाव की भी आवश्यकता हो सकती है।

17. एक व्यावहारिक बैटरी पैक गणना वर्कफ़्लो

एक विश्वसनीय प्रारंभिक गणना इस क्रम का अनुसरण कर सकती है:

1. उपकरण की संपूर्ण वोल्टेज रेंज को परिभाषित करें।

2. आवश्यक प्रयोग करने योग्य ऊर्जा, निरंतर शक्ति और चरम भार को परिभाषित करें।

3. कोशिका रसायन और कोशिका मॉडल का चयन करें।

4. अनुमोदित सेल वोल्टेज सीमा और क्षमता परीक्षण शर्तों का उपयोग करें।

5. आवश्यक वोल्टेज रेंज से श्रृंखला गणना की गणना करें।

6. ऊर्जा और वर्तमान आवश्यकताओं दोनों से समानांतर गणना की गणना करें।

7. कुल सेल गिनती, नाममात्र वोल्टेज, आह, Wh और kWh की गणना करें।

8. इच्छित एसओसी विंडो के भीतर प्रयोग करने योग्य ऊर्जा का अनुमान लगाएं।

9. न्यूनतम ऑपरेटिंग वोल्टेज पर वर्तमान आवश्यकता की जाँच करें।

10. वोल्टेज शिथिलता, ताप उत्पादन और वर्तमान साझाकरण की जाँच करें।

11. बीएमएस, कंडक्टर, संपर्ककर्ता और सुरक्षा उपकरणों का चयन करें।

12. यांत्रिक संयम, इन्सुलेशन और शीतलन संरचना को डिज़ाइन करें।

13. इच्छित लोड और तापमान स्थितियों के तहत एक प्रोटोटाइप बनाएं और उसका परीक्षण करें।

14. आवश्यक सुरक्षा, परिवहन और एप्लिकेशन प्रमाणन पूरा करें।

एक स्प्रेडशीट पहली गणना कर सकती है, लेकिन अंतिम बैटरी सिस्टम की पुष्टि के लिए परीक्षण की आवश्यकता होती है।

18. पाउच सेल समाधान का अनुरोध करते समय प्रदान की जाने वाली जानकारी

पाउच सेल या अनुकूलित बैटरी प्रोजेक्ट का मूल्यांकन करने के लिए, यथासंभव निम्नलिखित जानकारी प्रदान करें:

• आवेदन

• लक्ष्य नाममात्र वोल्टेज

• अधिकतम और न्यूनतम सिस्टम वोल्टेज

• आवश्यक प्रयोग करने योग्य ऊर्जा या परिचालन समय

• सतत् शक्ति या धारा

• चरम शक्ति/वर्तमान और अवधि

• चार्जिंग समय या चार्जिंग करंट

• अधिकतम आयाम

• अधिकतम वजन

• परिचालन तापमान

• अपेक्षित चक्र जीवन

• ठंडा करने की विधि

• बीएमएस संचार आवश्यकताएँ

• प्रमाणीकरण आवश्यकताएँ

• प्रोटोटाइप और वार्षिक ऑर्डर मात्रा

मिसेन सेल चयन, ग्रेडिंग, मॉड्यूल कॉन्फ़िगरेशन आदि का समर्थन करता है अनुकूलित बैटरी समाधान विकास । विद्युत गतिशीलता, एजीवी, रोबोटिक्स, औद्योगिक उपकरण, समुद्री प्रणालियों और ऊर्जा-भंडारण अनुप्रयोगों के लिए

निष्कर्ष

मूल बैटरी पैक सूत्र सीधे हैं:

नाममात्र पैक वोल्टेज = श्रृंखला गणना × सेल नाममात्र वोल्टेज

पैक क्षमता = समानांतर गणना × सेल क्षमता

पैक ऊर्जा (Wh) = पैक वोल्टेज × पैक क्षमता

पैक ऊर्जा (kWh) = ऊर्जा को Wh ÷ 1,000 में पैक करें

प्रारंभिक उदाहरण के रूप में 3.7V 70Ah P70A सेल का उपयोग करते हुए, 14S4P कॉन्फ़िगरेशन प्रदान करता है:

• 51.8V नाममात्र वोल्टेज

• 280Ah नाममात्र क्षमता

• 14.50kWh प्रारंभिक नेमप्लेट ऊर्जा

• अनुमानित 80% प्रयोग योग्य SOC विंडो पर लगभग 11.60kWh

ये संख्याएँ केवल डिज़ाइन प्रक्रिया की शुरुआत हैं। अंतिम प्रदर्शन वोल्टेज सीमा, डिस्चार्ज की स्थिति, तापमान, सेल मिलान, वर्तमान वितरण, यांत्रिक संपीड़न, थर्मल प्रबंधन, बीएमएस सेटिंग्स और सिस्टम हानि पर निर्भर करता है।

उच्च-ऊर्जा एनएमसी पाउच सेल की आवश्यकता वाली परियोजनाओं के लिए, समीक्षा करें P70A 3.7V 70Ah पाउच सेल विनिर्देश और प्रोजेक्ट-आधारित मूल्यांकन के लिए अपनी वोल्टेज, ऊर्जा, करंट, स्थान और तापमान आवश्यकताओं को भेजें।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

आप पाउच सेल बैटरी पैक के kWh की गणना कैसे करते हैं?

Wh प्राप्त करने के लिए नाममात्र पैक वोल्टेज को Ah में पैक क्षमता से गुणा करें। kWh प्राप्त करने के लिए Wh परिणाम को 1,000 से विभाजित करें।

उदाहरण के लिए:

51.8V × 280Ah = 14,504Wh = 14.504kWh।

क्या सेलों को श्रृंखला में जोड़ने से Ah क्षमता बढ़ती है?

नहीं, श्रृंखला कनेक्शन वोल्टेज बढ़ाते हैं। Ah क्षमता एक सेल या एक समानांतर समूह के बराबर रहती है।

क्या सेलों को समानांतर में जोड़ने से वोल्टेज बढ़ता है?

नहीं, समानांतर कनेक्शन आह क्षमता को बढ़ाते हैं और वर्तमान क्षमता में योगदान करते हैं। वोल्टेज एक सेल या श्रृंखला स्ट्रिंग के बराबर रहता है।

14S4P बैटरी पैक में कितनी सेल होती हैं?

एक 14S4P पैक में 14 श्रृंखला-जुड़े समूह होते हैं जिनमें प्रत्येक समानांतर समूह में चार कोशिकाएँ होती हैं:

14 × 4 = 56 सेल।

क्या 14S P70A बैटरी प्रत्येक 48V सिस्टम के साथ संगत है?

स्वचालित रूप से नहीं. P70A संदर्भ मानों का उपयोग करते हुए, 14S पैक में लगभग 51.8V का नाममात्र वोल्टेज, 60.2V की अनुशंसित चार्ज कट-ऑफ गणना और लागू शर्तों के तहत 38.5V की अंतिम-डिस्चार्ज गणना होती है। कनेक्टेड उपकरण को संपूर्ण ऑपरेटिंग रेंज का समर्थन करना चाहिए।

एक P70A सेल कितना निरंतर करंट प्रदान कर सकता है?

उपलब्ध विनिर्देश बताई गई शर्तों के तहत 25°C पर 3C की अधिकतम निरंतर निर्वहन दर सूचीबद्ध करता है। बाज़ार-सामना करने वाली 70Ah क्षमता वर्ग के आधार पर, यह प्रति सेल लगभग 210A के अनुरूप है। अंतिम वर्तमान सीमा को लागू डेटाशीट शर्तों और पैक-स्तरीय थर्मल सत्यापन का पालन करना चाहिए।

क्या विभिन्न क्षमता वाली थैली कोशिकाओं को समानांतर में जोड़ा जा सकता है?

नए उत्पादन पैक के लिए इसकी अनुशंसा नहीं की जाती है। कोशिकाओं को आम तौर पर समान अनुमोदित रसायन शास्त्र और मॉडल का उपयोग करना चाहिए और क्षमता, प्रतिरोध, वोल्टेज, एसओसी और उम्र बढ़ने की स्थिति के लिए मिलान किया जाना चाहिए।

क्या प्रयोग करने योग्य kWh नेमप्लेट kWh के समान है?

नहीं, नेमप्लेट kWh की गणना नाममात्र वोल्टेज और क्षमता से की जाती है। प्रयोग करने योग्य ऊर्जा अनुमत एसओसी और वोल्टेज विंडो, करंट, तापमान, उम्र बढ़ने, बीएमएस सेटिंग्स और सिस्टम दक्षता पर निर्भर करती है।

एक थैली सेल के लिए कितनी सूजन वाली जगह की अनुमति दी जानी चाहिए?

प्रत्येक थैली कोशिका के लिए कोई सार्वभौमिक प्रतिशत नहीं है। यांत्रिक डिज़ाइन को चयनित सेल के प्रीलोड, मोटाई सहनशीलता और जीवन के अंत की सूजन आवश्यकताओं का पालन करना चाहिए। उपलब्ध P70A विनिर्देश 6% सूजन गुणांक और 400-500N के प्रारंभिक प्रीलोड को इंगित करता है।