Jak obliczyć zestaw akumulatorów kieszonkowych: szeregowy, równoległy, napięcie, pojemność i kWh

Obliczanie zestawu akumulatorów kieszeniowych rozpoczyna się od kilku prostych wzorów, ale użyteczny projekt wymaga czegoś więcej niż tylko pomnożenia napięcia i pojemności.

Połączenia szeregowe określają napięcie pakietu. Połączenia równoległe określają pojemność pakietu i przyczyniają się do bieżącej wydajności. Skład chemiczny ogniwa, limity napięcia, szybkość rozładowania, rezystancja wewnętrzna, temperatura, kompresja mechaniczna i system zarządzania baterią (BMS) określają następnie, czy obliczona konfiguracja może bezpiecznie działać w zamierzonym zastosowaniu.

W tym przewodniku wyjaśniono, jak obliczyć liczniki szeregowe i równoległe, napięcie nominalne, Ah, Wh i użyteczną kWh. A ogniwo etui P70A 3,7 V 70 Ah NMC . Głównym przykładem jest

Obliczenia nadają się do wstępnego doboru baterii. Ostateczne projekty modułów i pakietów należy zweryfikować w oparciu o najnowszy arkusz danych ogniwa, pełny profil obciążenia i wyniki testów na poziomie pakietu.

Kluczowe dania na wynos

• Ogniwa połączone szeregowo zwiększają napięcie; nie zwiększają pojemności Ah.

• Ogniwa połączone równolegle zwiększają pojemność Ah; nie zwiększają napięcia.

• Energia pakietu w Wh równa się nominalnemu napięciu pakietu pomnożonemu przez pojemność pakietu.

• Podziel Wh przez 1000, aby przeliczyć wynik na kWh.

• Energia z tabliczki znamionowej i energia użytkowa to nie to samo.

• Prąd ciągły należy sprawdzać przy najniższym napięciu roboczym, a nie tylko przy napięciu znamionowym.

• Maksymalne napięcia ładowania i rozładowania muszą pochodzić z arkusza danych wybranego ogniwa.

• Ogniwa woreczkowe wymagają specyficznego dla danej komórki mechanicznego unieruchomienia, naddatku na pęcznienie i konstrukcji termicznej.

• Ostatecznych wartości znamionowych BMS, bezpieczników, styczników i przewodów nie można wybrać na podstawie jednej reguły procentowej.

1. Najpierw zdefiniuj wymagania systemowe baterii

Pakiet baterii należy obliczyć wstecz od aplikacji. Przed wybraniem komórki lub podjęciem decyzji o konfiguracji szeregowej i równoległej zdefiniuj następujące wymagania:

• Docelowe napięcie znamionowe systemu

• Maksymalne dozwolone napięcie wejściowe

• Minimalne napięcie robocze

• Wymagana tabliczka znamionowa lub energia użytkowa

• Wymagany czas pracy

• Ciągła moc i prąd

• Moc szczytowa, prąd szczytowy i czas trwania szczytu

• Moc ładowania i czas ładowania

• Dostępne wymiary montażowe

• Maksymalna waga baterii

• Temperatura pracy i przechowywania

• Oczekiwany cykl życia

• Metoda chłodzenia

• Obowiązujące wymagania dotyczące certyfikacji i transportu

Na przykład system reklamowany jako „48 V” może akceptować bardzo różne napięcia maksymalne i minimalne, w zależności od sterownika silnika, falownika, przetwornika DC/DC lub innego podłączonego sprzętu. Samo reklamowane napięcie systemowe nie wystarczy do określenia prawidłowej liczby serii.

2. Poznaj specyfikacje ogniw

Obliczenia muszą wykorzystywać zatwierdzone specyfikacje wybranej komórki. Do najważniejszych danych wejściowych należą:

Parametr komórki	Dlaczego to ma znaczenie
Napięcie nominalne	Służy do wstępnych obliczeń napięcia pakietu i energii
Zalecane napięcie odcięcia ładowania	Służy do obliczania mocy wyjściowej ładowarki i maksymalnego normalnego napięcia pakietu
Napięcie końca rozładowania	Służy do oceny dolnego limitu napięcia
Pojemność znamionowa lub standardowa	Określa wstępne Ah i energię
Ciągła ocena rozładowania	Pomaga określić aktualne możliwości
Szczytowa wartość i czas rozładowania	Stosowany w przypadku zdarzeń związanych z krótkim obciążeniem, takich jak przyspieszanie lub uruchamianie silnika
Rezystancja wewnętrzna prądu stałego	Pomaga oszacować spadek napięcia i ciepło rezystancyjne pod obciążeniem
Temperatura ładowania i rozładowania	Określa dozwoloną pracę i obniżenie wartości znamionowych prądu
Wymiary i waga	Wymagane do obliczeń układu modułu i gęstości energii na poziomie pakietu
Mechaniczne napięcie wstępne i naddatek na pęcznienie	Wymagane do projektowania modułu ogniwa woreczkowego
Warunki badania cyklu życia	Konieczne było prawidłowe porównanie oczekiwań dotyczących żywotności

Ogniwa o tym samym składzie chemicznym mogą nadal mieć różne limity napięcia, prądu znamionowego i zakresy temperatur. Nie należy stosować jednego uniwersalnego ustawienia napięcia dla każdego ogniwa woreczkowego NMC, LFP lub LTO.

Misen dostarcza wiele skład chemiczny akumulatorów kieszeniowych i możliwości w zakresie mobilności elektrycznej, pojazdów AGV, robotyki, sprzętu przemysłowego, systemów morskich i projektów związanych z magazynowaniem energii.

3. Wybór chemii komórki

Chemia wpływa na obliczanie napięcia, liczbę ogniw połączonych szeregowo, gęstość energii, docelowy cykl życia, moc i strategię termiczną.

Chemia	Typowe wstępne napięcie nominalne	Wspólny priorytet wyboru
Ogniwo woreczkowe NMC	Około 3,6–3,73 V, w zależności od ogniwa	Wysoka gęstość energii i kompaktowe, lekkie systemy akumulatorów
Ogniwo woreczkowe LiFePO4	Zwykle około 3,2 V	Żywotność cykliczna, stabilność termiczna i zastosowania przemysłowe lub stacjonarne
Komórka woreczkowa LTO	Zwykle około 2,3–2,4 V	Wysoka moc, szybkie ładowanie, praca w niskiej temperaturze i długi cykl życia

Są to wstępne wartości referencyjne, a nie uniwersalne ustawienia projektowe. Zawsze używaj napięcia nominalnego, limitu ładowania i limitu rozładowania określonych w specyfikacji wybranego ogniwa.

4. Ogniwo referencyjne: Ogniwo woreczkowe P70A 3,7 V 70 Ah NMC

W głównym przykładzie obliczeń używamy wielkoformatowego Ogniwo woreczkowe P70A NMC.

W przypadku prostych obliczeń wstępnych wartości rynkowe to:

• Napięcie nominalne: 3,7 V

• Klasa pojemności nominalnej: 70Ah

• Wstępna energia nominalna: 3,7 V × 70 Ah = 259 Wh

• Maksymalna ciągła szybkość rozładowania: do 3°C przy 25°C w określonych warunkach

• Przybliżony prąd odpowiadający 3C: 70Ah × 3C = 210A

Szczegółowe dane ogniwa zapewniają bardziej szczegółowe warunki testowe:

• Napięcie nominalne: 3,73 V przy 0,33°C lub 3,70 V przy 0,5°C

• Pojemność standardowa: co najmniej 68,7Ah przy 0,33C lub co najmniej 67,8Ah przy 0,5C

• Obliczona energia: około 256,3 Wh w oparciu o 3,73 V × 68,7 Ah

• Zalecane napięcie odcięcia ładowania: 4,3 V

• Napięcie końca rozładowania: 2,75 V w podanych warunkach normalnej temperatury

• Rezystancja wewnętrzna prądu przemiennego: nie więcej niż 1,2 mΩ w określonych warunkach testowych

• Rezystancja wewnętrzna prądu stałego: nie więcej niż 3,0 mΩ w określonych warunkach testowych

Wartości 3,7 V i 70 Ah ułatwiają przestrzeganie podstawowych wzorów. W przypadku ostatecznych obliczeń inżynieryjnych, specyfikacji zamówienia i gwarancji wydajności należy zastosować odpowiednią wartość z arkusza danych i warunki testowe.

5. Jak połączenia szeregowe zwiększają napięcie

Kiedy ogniwa są połączone szeregowo, dodatni zacisk jednego ogniwa lub grupy równoległej jest podłączony do ujemnego zacisku następnego.

Połączenia szeregowe zwiększają napięcie, natomiast pojemność Ah pozostaje niezmieniona.

Nominalne napięcie pakietu = liczba ogniw w szeregu × nominalne napięcie ogniwa

Korzystanie z dostępnych na rynku wartości P70A w konfiguracji 14S:

14 × 3,7 V = 51,8 V nominalnie

Pakiet 14S1P ma zatem:

• Napięcie nominalne: 51,8 V

• Pojemność: 70Ah

• Całkowita liczba komórek: 14

Należy również sprawdzić cały zakres napięcia.

Korzystanie z zalecanego napięcia odcięcia ładowania P70A:

14 × 4,3 V = 60,2 V

Używając podanego napięcia końcowego rozładowania 2,75 V:

14 × 2,75 V = 38,5 V

Zatem wstępny zakres napięcia wynosi w przybliżeniu od 38,5 V do 60,2 V w odpowiednich warunkach.

Akumulator 14S NMC może być sprzedawany jako system klasy 48 V, ale nie oznacza to automatycznie, że jest kompatybilny z każdym sterownikiem lub falownikiem 48 V. Wszystkie podłączone urządzenia należy sprawdzić pod kątem pełnego zakresu napięcia akumulatora.

Bardziej szczegółowe wyjaśnienie zob Napięcie ogniwa woreczka NMC: limity i ustawienia BMS.

6. Jak połączenia równoległe zwiększają pojemność

Kiedy ogniwa są połączone równolegle, wszystkie zaciski dodatnie są ze sobą połączone, a wszystkie zaciski ujemne są ze sobą połączone.

Połączenia równoległe zwiększają pojemność Ah, podczas gdy napięcie pozostaje równe jednemu ogniwu lub jednej grupie szeregowej.

Pojemność opakowania = Liczba ogniw połączonych równolegle × Pojemność ogniw

Używanie czterech ogniw P70A równolegle:

4 × 70Ah = 280Ah

Grupa 4P ma zatem:

• Napięcie nominalne: 3,7 V

• Pojemność: 280Ah

• Całkowita liczba komórek: 4

Połączenia równoległe mogą również zwiększyć wydajność prądową. Do wstępnego wymiarowania:

Obciążalność prądowa grupy równoległej ≈ Liczba ogniw równoległych × Dopuszczalny prąd pojedynczego ogniwa

Jeśli jedno ogniwo P70A klasy 70Ah obsługuje około 210A przy 3C w określonych warunkach testowych, czteroogniwowa grupa równoległa ma teoretyczną zdolność prądową na poziomie ogniwa wynoszącą około 840A.

Nie jest to jednak automatycznie bezpieczny prąd pakietu.

Ostateczny limit prądu jest określony przez najniższy zatwierdzony limit spośród:

• Komórki

• Zakładki komórek

• Szyny zbiorcze lub złącza elastyczne

• Połączenia spawane lub skręcane

• BMS

• Styczniki

• Bezpieczniki

• Kable i złącza

• Układ chłodzenia

• Dopuszczalny wzrost temperatury

Równoległy podział prądu zależy również od rezystancji ogniwa, rezystancji połączenia, symetrii szyn zbiorczych, temperatury i dopasowania ogniw. Po teoretycznym mnożeniu należy zawsze przeprowadzić weryfikację elektryczną i termiczną.

7. Jak obliczyć paczkę szeregowo-równoległą

Konfiguracja 14S4P zawiera 14 połączonych szeregowo grup, z czterema ogniwami połączonymi równolegle w każdej grupie.

Całkowita liczba komórek wynosi:

Całkowita liczba komórek = liczba serii × liczba równoległych

14 × 4 = 56 komórek

Dla przykładu P70A:

• Liczba serii: 14

• Liczba równoległa: 4

• Całkowita liczba komórek: 56

• Nominalne napięcie pakietu: 51,8 V

• Pojemność pakietu: 280Ah

Termin „14S4P” powinien być uzupełniony schematem elektrycznym przedstawiającym grupy równoległe, punkty detekcyjne BMS, główny tor prądowy i urządzenia zabezpieczające. Przeglądając rysunek dostawcy, nie należy polegać wyłącznie na zapisanej nazwie konfiguracji.

Niektóre systemy akumulatorów wykorzystują oddzielnie chronione ciągi szeregowe połączone równolegle na poziomie pakietu. Taki układ może zapewnić redundancję, ale wymaga starannej koordynacji pomiędzy jednostkami BMS, stycznikami, bezpiecznikami i systemami komunikacyjnymi. Prawidłowa topologia zależy od wymagań projektu dotyczących bezpieczeństwa, obsługi i izolacji usterek.

8. Jak obliczyć Wh i kWh

Energię akumulatora zwykle wyraża się w watogodzinach lub kilowatogodzinach.

Energia pakietu (Wh) = napięcie znamionowe pakietu × pojemność pakietu

Ten sam wynik można obliczyć bezpośrednio na podstawie liczby komórek:

Energia pakietu (Wh) = S × P × Napięcie znamionowe ogniwa × Pojemność ogniwa

Dla przykładu 14S4P P70A:

• Nominalne napięcie pakietu: 51,8 V

• Pojemność pakietu: 280Ah

51,8 V × 280 Ah = 14504 Wh

Zamień Wh na kWh:

14 504 Wh ÷ 1 000 = 14,504 kWh

Wstępna energia z tabliczki znamionowej wynosi zatem w przybliżeniu:

14,50kWh

Używając bardziej konserwatywnych wartości testowych z arkusza danych wynoszących 3,73 V i 68,7 Ah:

14 × 4 × 3,73 V × 68,7 Ah = około 14,35 kWh

Różnica ilustruje, dlaczego rynkowa klasa wydajności i minimalna wydajność sprawdzona w arkuszu danych nie powinny być traktowane jako identyczne. Aby zagwarantować wydajność pakietu, użyj odpowiedniej wartości specyfikacji.

Możesz dowiedzieć się więcej o różnicy między energią na poziomie komórki i na poziomie paczki Wyjaśnienie gęstości energii ogniwa woreczka: Wh/kg, Wh/L i energia użytkowa opakowania.

9. Tabela szybkich obliczeń pakietu P70A

Poniższe wartości wykorzystują 3,7 V i 70 Ah do wstępnego doboru.

Konfiguracja	Liczba ogniw	Napięcie nominalne	Pojemność	Energia z tabliczki znamionowej	Przybliżona energia przy 80% użytkowym oknie SOC
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	280Ah	14,50kWh	11,60 kWh

Wartości te mają charakter wstępny. Rzeczywista dostarczana energia zależy od zatwierdzonego okna napięcia, prądu obciążenia, temperatury, starzenia się ogniw, ustawień BMS i strat systemowych.

10. Energia z tabliczki znamionowej a energia użytkowa

Energia z tabliczki znamionowej jest obliczana na podstawie napięcia znamionowego i pojemności. Energia użytkowa to ilość, do której aplikacja może uzyskać dostęp w wybranym oknie operacyjnym.

Wstępne szacunki:

Energia użytkowa ≈ Energia z tabliczki znamionowej × Okno użytkowe SOC

Jeśli pakiet 14S4P P70A ma wstępną energię z tabliczki znamionowej 14,50 kWh i działa w oknie SOC 80%:

14,50 kWh × 0,80 = około 11,60 kWh

Jest to wartość szacunkowa, a nie gwarantowana wydajność.

Na rzeczywistą energię użytkową wpływają:

• Krzywa rozładowania ogniwa

• Limity ładowania i rozładowania

• Szybkość rozładowania

• Spadek napięcia

• Temperatura otoczenia i ogniwa

• Różnice między komórkami

• Stan zdrowia

• Strategia odcięcia BMS

• Straty w kablach i stycznikach

• Przetwornica DC/DC, sterownik silnika lub wydajność falownika

Jeżeli pod koniec okresu użytkowania akumulatora nadal konieczne jest osiągnięcie użytecznej energii, na wczesnym etapie doboru można również uwzględnić docelową pojemność na koniec okresu eksploatacji i efektywność konwersji:

Wymagana energia z tabliczki znamionowej ≈ Docelowa energia użytkowa ÷ (użyteczne okno SOC × ułamek wydajności na koniec okresu eksploatacji × sprawność systemu)

Wzór ten jest przydatny do wstępnego wymiarowania. Ostateczna wydajność musi zostać potwierdzona na podstawie danych dotyczących rozładowania ogniwa i testów na poziomie opakowania.

11. Oblicz prąd na podstawie mocy

Projektanci akumulatorów często zaczynają od wymaganej wartości mocy w kW, a nie od wartości prądu w amperach.

Związek jest następujący:

Moc = napięcie × prąd

Dlatego:

Prąd = Moc ÷ Napięcie

Dla obciążenia 10kW przy napięciu znamionowym pakietu 14S P70A:

10 000 W ÷ 51,8 V = około 193 A

Jeżeli sterownik będzie próbował utrzymać 10kW przy spadku napięcia akumulatora do 38,5V:

10 000 W ÷ 38,5 V = około 260 A

To pokazuje, dlaczego prądu nie należy obliczać tylko przy napięciu znamionowym. W przypadku obciążeń o stałej mocy prąd rośnie wraz ze spadkiem napięcia akumulatora.

Ogniwa, BMS, szyny zbiorcze, styczniki, bezpieczniki i kable należy oceniać przy najgorszej odpowiedniej kombinacji napięcia, mocy, temperatury i czasu trwania.

12. Zapad napięcia i wytwarzanie ciepła

Napięcie ogniwa pod obciążeniem jest niższe niż napięcie w obwodzie otwartym. Uproszczone oszacowanie zapadu napięcia wynosi:

Zapad napięcia ≈ Prąd × rezystancja DC

Rzeczywisty opór opakowania obejmuje więcej niż tylko opór ogniwa. Obejmuje również:

• Zakładki

• Szyny zbiorcze

• Stawy

• Bezpieczniki

• Styczniki

• Kable

• Złącza

• Różnice w równoległym rozkładzie prądu

Uproszczone oszacowanie ciepła oporowego to:

Strata mocy ≈ Prąd² × Rezystancja

Dlatego w uproszczonym modelu rezystancyjnym ciepło rośnie w przybliżeniu z kwadratem prądu, a nie wykładniczo. Rzeczywiste wytwarzanie ciepła i wzrost temperatury zależą również od SOC, temperatury ogniwa, zmian rezystancji, warunków chłodzenia i cyklu pracy.

ACIR mierzony przy 1 kHz nie powinien być automatycznie używany do przewidywania zapadu napięcia obciążenia. DCIR mierzony w określonych warunkach obciążenia jest ogólnie bardziej odpowiedni do wstępnych obliczeń zapadów napięcia i ciepła.

13. Dopasowanie komórek i równoległe współdzielenie prądu

Obliczenia matematyczne zakładają, że każda komórka działa identycznie. Rzeczywiste ogniwa różnią się pojemnością, rezystancją wewnętrzną, napięciem w obwodzie otwartym, samorozładowaniem i starzeniem.

Komórki przeznaczone do jednego opakowania powinny zwykle być dopasowane poprzez:

• Chemia i model

• Partia produkcyjna, jeśli jest to praktyczne

• Pojemność

• Rezystancja AC i DC

• Napięcie obwodu otwartego

• Stan naładowania

• Samorozładowanie

• Wiek i historia użytkowania

Ogniw o znacząco różnych poziomach SOC nie należy łączyć bezpośrednio równolegle. Różnica napięć może powodować wysoki prąd wyrównawczy, ograniczony głównie rezystancją ogniwa i połączenia.

Ogniwa o różnej pojemności nie dzielą automatycznie prądu w zależności od pojemności. Na rozkład prądu duży wpływ ma rezystancja wewnętrzna, rezystancja połączeń, temperatura i układ szyn zbiorczych. W przypadku nowego pakietu produkcyjnego preferowanym podejściem jest użycie dopasowanych ogniw tego samego zatwierdzonego modelu.

Obwód równoważący BMS nie jest w stanie szybko skompensować dużych różnic w pojemności lub rezystancji wewnątrz zestawu ogniw woreczkowych o dużej pojemności. Klasyfikacja ogniw pozostaje ważna przed montażem.

14. Projekt mechaniczny ogniw woreczkowych

Ogniwa woreczkowe nie mają sztywnej metalowej puszki. Struktura modułu musi zarządzać rozszerzaniem się komórek, zapewniać równomierne wsparcie, chronić folię laminowaną i utrzymywać niezawodny kontakt termiczny.

Nie ma uniwersalnego naddatku na pęcznienie ani ciśnienia wstępnego, które można zastosować do każdej komory woreczka.

W przypadku P70A dostępna specyfikacja wskazuje:

• Początkowe napięcie wstępne: 400–500 N

• Określony współczynnik pęcznienia: 6%

• Długotrwała praca bez mechanicznego zabezpieczenia jest niedozwolona

• Nacisk powinien być równomiernie rozłożony na powierzchni komórki

Wartości te dotyczą modelu P70A i nie powinny być automatycznie kopiowane do innego modelu ogniwa etui.

Projekt modułu powinien uwzględniać:

• Płyty końcowe i sztywność ramy

• Metoda wstępnego ładowania

• Podkładki uciskowe lub pęczniejące

• Tolerancja grubości komórek

• Ekspansja końca życia

• Izolacja elektryczna

• Ochrona zakładek i uszczelek

• Kontakt z powierzchnią chłodzącą

• Tolerancje produkcyjne i serwisowe

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Dlaczego ogniwa woreczkowe wymagają kompresji w projektowaniu akumulatorów.

15. Zarządzanie temperaturą

Wymagania dotyczące chłodzenia nie mogą być wybrane na podstawie samego współczynnika C. System 1C w ciasno upakowanej obudowie może mieć trudniejsze warunki termiczne niż system o wyższym prądzie, z krótkimi cyklami pracy i skuteczną konstrukcją chłodzącą.

Projekt termiczny powinien uwzględniać:

• Oporność ogniwa DC

• Prąd ciągły

• Prąd szczytowy i czas trwania

• Prąd ładowania

• Geometria modułu

• Odstępy między komórkami

• Kierunek przenoszenia ciepła

• Temperatura otoczenia

• Maksymalna dozwolona temperatura ogniwa

• Maksymalna różnica temperatur między ogniwami

• Warunki awarii układu chłodzenia

Możliwe strategie obejmują konwekcję naturalną, wymuszony obieg powietrza, przewodzące płyty chłodzące i chłodzenie cieczą. Prawidłowe rozwiązanie należy wybrać na podstawie modelu wytwarzania ciepła i potwierdzić testem temperatury na poziomie modułu.

Czujniki temperatury należy umieścić w reprezentatywnych lokalizacjach, w tym w miejscach, w których mogą występować gorące temperatury oraz w obszarach, w których opór połączenia może powodować dodatkowe ciepło.

16. BMS i ochrona elektryczna

BMS musi obsługiwać dokładną liczbę serii i zatwierdzony zakres napięcia ogniwa. W przypadku pakietu 14S BMS musi monitorować 14 połączonych szeregowo grup komórek.

Przy wyborze BMS należy wziąć pod uwagę:

• Chemia komórkowa

• Liczba serii

• Normalne docelowe napięcie ładowania

• Próg ochrony przeciwprzepięciowej

• Próg zabezpieczenia podnapięciowego

• Prąd ciągły

• Prąd szczytowy i czas trwania

• Wykrywanie zwarcia

• Temperatura ładowania i rozładowania

• Ilość i rozmieszczenie czujników

• Strategia równoważenia

• Dokładność pomiaru napięcia i prądu

• Sterowanie stycznikiem

• Rejestrowanie usterek i odzyskiwanie

Próg przepięcia BMS jest ustawieniem zabezpieczenia awaryjnego, a nie normalnym celem ładowarki. Ładowarka powinna prawidłowo regulować napięcie i prąd bez konieczności rutynowego odłączania BMS.

Nie ma również uniwersalnej zasady, że każdy BMS, stycznik lub bezpiecznik powinien mieć parametry znamionowe dokładnie 125% oczekiwanego prądu. Odpowiedni margines projektowy zależy od komponentu, temperatury, cyklu pracy, żywotności i obowiązującej normy.

Dobór bezpiecznika powinien uwzględniać:

• Ciągły prąd obciążenia

• Ochrona kabli i szyn zbiorczych

• Napięcie znamionowe prądu stałego

• Maksymalny dostępny prąd zwarciowy

• Ocena przerwań DC

• Krzywa czasowo-prądowa

• Nie mam wydajności

• Koordynacja z BMS i stycznikami

Systemy wysokiego napięcia lub dużej mocy mogą również wymagać styczników głównych, obwodów ładowania wstępnego, odłączników serwisowych, monitorowania izolacji i skoordynowanej izolacji uszkodzeń.

17. Praktyczny proces obliczania pakietu akumulatorów

Wiarygodne obliczenia wstępne można wykonać w następującej kolejności:

1. Określ pełny zakres napięcia urządzenia.

2. Zdefiniuj wymaganą energię użytkową, moc ciągłą i obciążenie szczytowe.

3. Wybierz skład chemiczny komórki i model komórki.

4. Należy stosować zatwierdzone limity napięcia ogniwa i warunki testu pojemności.

5. Oblicz liczbę serii na podstawie wymaganego zakresu napięcia.

6. Oblicz liczbę równoległą na podstawie zapotrzebowania na energię i prąd.

7. Oblicz całkowitą liczbę ogniw, napięcie nominalne, Ah, Wh i kWh.

8. Oszacuj energię użyteczną w zamierzonym oknie SOC.

9. Sprawdź zapotrzebowanie na prąd przy najniższym napięciu roboczym.

10. Sprawdź spadek napięcia, wytwarzanie ciepła i podział prądu.

11. Wybierz BMS, przewody, styczniki i urządzenia zabezpieczające.

12. Zaprojektuj utwierdzenie mechaniczne, izolację i konstrukcję chłodzącą.

13. Zbuduj i przetestuj prototyp w zamierzonych warunkach obciążenia i temperatury.

14. Wypełnij wymagany certyfikat bezpieczeństwa, transportu i zastosowania.

Arkusz kalkulacyjny może wykonać pierwsze obliczenia, ale wymagane są testy, aby potwierdzić ostateczny system akumulatorów.

18. Informacje, które należy podać przy zamawianiu rozwiązania w postaci etui z ogniwami

Aby ocenić projekt ogniwa etui lub niestandardowej baterii, należy podać jak najwięcej z następujących informacji:

• Aplikacja

• Docelowe napięcie nominalne

• Maksymalne i minimalne napięcie systemu

• Wymagana energia użytkowa lub czas pracy

• Ciągła moc lub prąd

• Moc szczytowa/prąd i czas trwania

• Czas ładowania lub prąd ładowania

• Maksymalne wymiary

• Maksymalna waga

• Temperatura robocza

• Oczekiwany cykl życia

• Metoda chłodzenia

• Wymagania komunikacyjne BMS

• Wymagania certyfikacyjne

• Prototyp i roczna wielkość zamówienia

Misen obsługuje wybór komórek, ocenianie, konfigurację modułów i opracowywanie niestandardowych rozwiązań akumulatorowych dla mobilności elektrycznej, pojazdów AGV, robotyki, sprzętu przemysłowego, systemów morskich i zastosowań związanych z magazynowaniem energii.

Wniosek

Podstawowe formuły akumulatorów są proste:

Nominalne napięcie pakietu = liczba serii × napięcie znamionowe ogniwa

Pojemność opakowania = liczba równoległa × pojemność ogniwa

Energia pakietu (Wh) = napięcie pakietu × pojemność pakietu

Energia pakietu (kWh) = Energia pakietu w Wh ÷ 1000

Używając jako wstępnego przykładu ogniwa 3,7 V 70 Ah P70A, konfiguracja 14S4P zapewnia:

• Napięcie nominalne 51,8 V

• Pojemność nominalna 280Ah

• Wstępna energia z tabliczki znamionowej 14,50 kWh

• Około 11,60 kWh przy założonym 80% użytecznym oknie SOC

Liczby te to dopiero początek procesu projektowania. Ostateczna wydajność zależy od limitów napięcia, warunków rozładowania, temperatury, dopasowania ogniw, rozkładu prądu, kompresji mechanicznej, zarządzania temperaturą, ustawień BMS i strat systemowych.

W przypadku projektów wymagających wysokoenergetycznego ogniwa woreczkowego NMC zapoznaj się z dokumentacją P70A 3,7 V 70 Ah i wyślij Misenowi swoje wymagania dotyczące napięcia, energii, prądu, przestrzeni i temperatury w celu oceny opartej na projekcie.

Często zadawane pytania

Jak obliczyć kWh pakietu akumulatorów kieszeniowych?

Pomnóż nominalne napięcie pakietu przez pojemność pakietu w Ah, aby otrzymać Wh. Podziel wynik Wh przez 1000, aby otrzymać kWh.

Na przykład:

51,8 V × 280 Ah = 14 504 Wh = 14,504 kWh.

Czy połączenie ogniw szeregowo zwiększa pojemność Ah?

Nie. Połączenia szeregowe zwiększają napięcie. Pojemność Ah pozostaje równa jednemu ogniwu lub jednej równoległej grupie.

Czy połączenie ogniw równolegle zwiększa napięcie?

Nie. Połączenia równoległe zwiększają pojemność Ah i wpływają na wydajność prądową. Napięcie pozostaje równe jednemu ogniwu lub szeregowi.

Ile ogniw znajduje się w zestawie akumulatorów 14S4P?

Pakiet 14S4P zawiera 14 połączonych szeregowo grup po cztery ogniwa w każdej równoległej grupie:

14 × 4 = 56 komórek.

Czy akumulator 14S P70A jest kompatybilny z każdą instalacją 48V?

Nie automatycznie. Korzystając z wartości odniesienia P70A, pakiet 14S ma napięcie nominalne około 51,8 V, zalecane obliczenie odcięcia ładowania na 60,2 V i obliczenie końca rozładowania na 38,5 V w mających zastosowanie warunkach. Podłączony sprzęt musi obsługiwać cały zakres roboczy.

Ile prądu ciągłego może zapewnić ogniwo P70A?

Dostępna specyfikacja podaje maksymalną ciągłą szybkość rozładowania wynoszącą 3°C przy 25°C w podanych warunkach. W oparciu o dostępną na rynku klasę pojemności 70 Ah, odpowiada to około 210 A na ogniwo. Końcowe wartości graniczne prądu muszą być zgodne z obowiązującymi warunkami arkusza danych i walidacją termiczną na poziomie pakietu.

Czy ogniwa woreczkowe o różnej pojemności można łączyć równolegle?

Nie jest to zalecane w przypadku nowego opakowania produkcyjnego. Ogniwa powinny zwykle wykorzystywać ten sam zatwierdzony skład chemiczny i model oraz powinny być dopasowane pod względem pojemności, rezystancji, napięcia, SOC i warunków starzenia.

Czy użyteczna kWh jest taka sama jak kWh na tabliczce znamionowej?

Nie. Tabliczka znamionowa kWh jest obliczana na podstawie napięcia znamionowego i wydajności. Energia użytkowa zależy od dopuszczalnego okna SOC i napięcia, prądu, temperatury, starzenia, ustawień BMS i wydajności systemu.

Ile przestrzeni pęczniejącej powinno być zapewnione dla ogniwa woreczkowego?

Nie ma uniwersalnego procentu dla każdej komórki woreczka. Konstrukcja mechaniczna musi być zgodna z wymaganiami dotyczącymi napięcia wstępnego wybranego ogniwa, tolerancji grubości i pęcznienia po zakończeniu eksploatacji. Dostępna specyfikacja P70A wskazuje na współczynnik pęcznienia 6% i wstępne napięcie wstępne 400–500N.