วิธีการคำนวณชุดแบตเตอรี่เซลล์กระเป๋า: อนุกรม ขนาน แรงดันไฟฟ้า ความจุ และ kWh

การคำนวณแบตเตอรี่เซลล์กระเป๋าเริ่มต้นด้วยสูตรง่ายๆ เพียงไม่กี่สูตร แต่การออกแบบที่ใช้งานได้นั้นต้องใช้มากกว่าแรงดันไฟฟ้าและความจุคูณกัน

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะกำหนดแรงดันไฟฟ้าของชุด การเชื่อมต่อแบบขนานจะกำหนดความจุของแพ็คและสนับสนุนความสามารถในปัจจุบัน เคมีของเซลล์ ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า อัตราการคายประจุ ความต้านทานภายใน อุณหภูมิ แรงอัดทางกล และระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) จากนั้นจะพิจารณาว่าการกำหนดค่าที่คำนวณไว้สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในการใช้งานที่ต้องการหรือไม่

คู่มือนี้จะอธิบายวิธีคำนวณอนุกรมและจำนวนขนาน แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด Ah Wh และ kWh ที่ใช้งานได้ ก เซลล์กระเป๋า P70A 3.7V 70Ah NMC เป็นตัวอย่างหลัก ใช้

การคำนวณนี้เหมาะสำหรับการปรับขนาดแบตเตอรี่เบื้องต้น การออกแบบโมดูลและบรรจุภัณฑ์ขั้นสุดท้ายต้องได้รับการตรวจสอบเทียบกับเอกสารข้อมูลเซลล์ล่าสุด โปรไฟล์โหลดที่สมบูรณ์ และผลการทดสอบระดับแพ็ค

ประเด็นสำคัญ

• เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า พวกเขาไม่ได้เพิ่มความจุของ Ah

• เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุ Ah; พวกมันไม่เพิ่มแรงดันไฟฟ้า

• พลังงานของแพ็คในหน่วย Wh เท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแพ็คปกติคูณด้วยความจุของแพ็ค

• หาร Wh ด้วย 1,000 เพื่อแปลงผลลัพธ์เป็น kWh

• พลังงานแผ่นป้ายและพลังงานที่ใช้งานได้ไม่เหมือนกัน

• ต้องตรวจสอบกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องที่แรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำสุด ไม่เพียงแต่ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเท่านั้น

• แรงดันไฟฟ้าประจุและคายประจุสูงสุดต้องมาจากเอกสารข้อมูลเซลล์ที่เลือก

• เซลล์ถุงต้องใช้กลไกเฉพาะเซลล์ ค่าเผื่อการบวม และการออกแบบด้านความร้อน

• ไม่สามารถเลือกพิกัด BMS สุดท้าย ฟิวส์ คอนแทคเตอร์ และตัวนำได้จากกฎเปอร์เซ็นต์เดียว

1. กำหนดข้อกำหนดของระบบแบตเตอรี่ก่อน

ควรคำนวณก้อนแบตเตอรี่ย้อนหลังจากแอปพลิเคชัน ก่อนที่จะเลือกเซลล์หรือตัดสินใจเลือกอนุกรมและการกำหนดค่าแบบขนาน ให้กำหนดข้อกำหนดต่อไปนี้:

• กำหนดเป้าหมายแรงดันไฟฟ้าของระบบที่กำหนด

• แรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุดที่อนุญาต

• แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำในการทำงาน

• แผ่นป้ายที่จำเป็นหรือพลังงานที่ใช้ได้

• เวลาทำการที่ต้องการ

• กำลังและกระแสต่อเนื่อง

• กำลังไฟฟ้าสูงสุด กระแสไฟสูงสุด และระยะเวลาสูงสุด

• กำลังชาร์จและเวลาในการชาร์จ

• ขนาดการติดตั้งที่มีอยู่

• น้ำหนักแบตเตอรี่สูงสุด

• อุณหภูมิในการทำงานและการเก็บรักษา

• อายุการใช้งานของวงจรที่คาดหวัง

• วิธีการทำความเย็น

• ข้อกำหนดการรับรองและการขนส่งที่เกี่ยวข้อง

ตัวอย่างเช่น ระบบที่โฆษณาเป็น '48V' อาจยอมรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับตัวควบคุมมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ ตัวแปลง DC/DC หรืออุปกรณ์เชื่อมต่ออื่นๆ แรงดันไฟฟ้าของระบบที่โฆษณาเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะกำหนดจำนวนอนุกรมที่ถูกต้อง

2. ทำความเข้าใจข้อมูลจำเพาะของเซลล์

การคำนวณต้องใช้ข้อกำหนดเฉพาะที่ได้รับอนุมัติของเซลล์ที่เลือก ข้อมูลที่สำคัญที่สุดได้แก่:

พารามิเตอร์ของเซลล์	เหตุใดจึงสำคัญ
แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด	ใช้สำหรับการคำนวณแรงดันไฟฟ้าและพลังงานเบื้องต้น
แรงดันไฟตัดการชาร์จที่แนะนำ	ใช้เพื่อคำนวณเอาต์พุตของเครื่องชาร์จและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของชุดปกติ
แรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการคายประจุ	ใช้เพื่อประเมินขีดจำกัดแรงดันไฟล่าง
ความจุพิกัดหรือมาตรฐาน	กำหนดอาและพลังงานเบื้องต้น
อัตราการปล่อยอย่างต่อเนื่อง	ช่วยกำหนดความสามารถในปัจจุบัน
อัตราการปล่อยประจุสูงสุดและระยะเวลา	ใช้สำหรับเหตุการณ์โหลดสั้น เช่น การเร่งความเร็วหรือการสตาร์ทมอเตอร์
ความต้านทานภายใน DC	ช่วยประมาณแรงดันไฟฟ้าตกและความร้อนต้านทานภายใต้โหลด
อุณหภูมิการชาร์จและการคายประจุ	กำหนดการทำงานที่อนุญาตและการลดกระแส
ขนาดและน้ำหนัก	จำเป็นสำหรับโครงร่างโมดูลและการคำนวณความหนาแน่นพลังงานระดับแพ็ค
พรีโหลดเชิงกลและค่าเผื่อการบวม	จำเป็นสำหรับการออกแบบโมดูลเซลล์กระเป๋า
เงื่อนไขการทดสอบวงจรชีวิต	จำเป็นต้องเปรียบเทียบความคาดหวังอายุการใช้งานอย่างถูกต้อง

เซลล์ที่มีสารเคมีเหมือนกันยังคงมีขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า อัตรากระแส และช่วงอุณหภูมิที่แตกต่างกันได้ อย่าใช้การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าสากลกับเซลล์กระเป๋า NMC, LFP หรือ LTO ทุกเซลล์

Misen จัดหาหลายรายการ เคมีของแบตเตอรี่เซลล์กระเป๋าและความจุ สำหรับการเคลื่อนย้ายด้วยไฟฟ้า AGV หุ่นยนต์ อุปกรณ์อุตสาหกรรม ระบบทางทะเล และโครงการกักเก็บพลังงาน

3. การเลือกเคมีของเซลล์

เคมีส่งผลต่อการคำนวณแรงดันไฟฟ้า จำนวนเซลล์ในอนุกรม ความหนาแน่นของพลังงาน เป้าหมายอายุการใช้งาน ความสามารถด้านพลังงาน และกลยุทธ์ด้านความร้อน

เคมี	แรงดันไฟฟ้าปกติเบื้องต้นทั่วไป	ลำดับความสำคัญในการเลือกทั่วไป
เซลล์กระเป๋า NMC	ประมาณ 3.6–3.73V ขึ้นอยู่กับเซลล์	ความหนาแน่นของพลังงานสูงและระบบแบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา
เซลล์ถุง LiFePO4	ปกติประมาณ 3.2V	วงจรชีวิต ความเสถียรทางความร้อน และการใช้งานทางอุตสาหกรรมหรือแบบอยู่กับที่
เซลล์กระเป๋า LTO	โดยทั่วไปประมาณ 2.3–2.4V	พลังงานสูง ชาร์จเร็ว การทำงานที่อุณหภูมิต่ำ และอายุการใช้งานยาวนาน

ค่าเหล่านี้เป็นค่าอ้างอิงเบื้องต้น ไม่ใช่การตั้งค่าการออกแบบสากล ใช้แรงดันไฟฟ้าปกติ ขีดจำกัดประจุ และขีดจำกัดการปล่อยที่ระบุไว้ในข้อมูลจำเพาะของเซลล์ที่เลือกเสมอ

4. เซลล์อ้างอิง: เซลล์กระเป๋า NMC P70A 3.7V 70Ah

สำหรับตัวอย่างการคำนวณหลัก เราใช้รูปแบบขนาดใหญ่ เซลล์กระเป๋า P70A NMC.

สำหรับการคำนวณเบื้องต้นอย่างง่าย มูลค่าตามตลาดคือ:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 3.7V

• ระดับความจุที่กำหนด: 70Ah

• พลังงานระบุเบื้องต้น: 3.7V × 70Ah = 259Wh

• อัตราการไหลต่อเนื่องสูงสุด: สูงถึง 3C ที่ 25°C ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

• กระแสไฟโดยประมาณที่สอดคล้องกับ 3C: 70Ah × 3C = 210A

ข้อมูลเซลล์โดยละเอียดจะให้เงื่อนไขการทดสอบที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 3.73V ที่ 0.33C หรือ 3.70V ที่ 0.5C

• ความจุมาตรฐาน: อย่างน้อย 68.7Ah ที่ 0.33C หรืออย่างน้อย 67.8Ah ที่ 0.5C

• พลังงานที่คำนวณได้: ประมาณ 256.3Wh อ้างอิงจาก 3.73V × 68.7Ah

• แรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จที่แนะนำ: 4.3V

• แรงดันไฟฟ้าเมื่อสิ้นสุดการคายประจุ: 2.75V ภายใต้สภาวะอุณหภูมิปกติที่ระบุไว้

• ความต้านทานภายใน AC: ไม่เกิน 1.2mΩ ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ

• ความต้านทานภายใน DC: ไม่เกิน 3.0mΩ ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ

ค่า 3.7V และ 70Ah ช่วยให้ปฏิบัติตามสูตรพื้นฐานได้ง่ายขึ้น สำหรับการคำนวณทางวิศวกรรมขั้นสุดท้าย ข้อกำหนดการจัดซื้อ และการรับประกันประสิทธิภาพ ให้ใช้ค่าเอกสารข้อมูลและเงื่อนไขการทดสอบที่เกี่ยวข้อง

5. การเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

เมื่อเซลล์เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม ขั้วบวกของเซลล์หนึ่งหรือกลุ่มขนานจะเชื่อมต่อกับขั้วลบของเซลล์ถัดไป

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่ความจุ Ah ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของแพ็ค = จำนวนเซลล์ในอนุกรม × แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่กำหนด

การใช้ค่า P70A สำหรับตลาดในการกำหนดค่า 14S:

14 × 3.7V = 51.8V ระบุ

ดังนั้นแพ็ค 14S1P จึงมี:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 51.8V

• ความจุ: 70Ah

• จำนวนเซลล์ทั้งหมด: 14

ต้องตรวจสอบช่วงแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดด้วย

การใช้แรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จ P70A ที่แนะนำ:

14 × 4.3V = 60.2V

การใช้แรงดันไฟฟ้าปลายจำหน่าย 2.75V ที่ระบุไว้:

14 × 2.75V = 38.5V

ดังนั้นช่วงแรงดันไฟฟ้าเบื้องต้นจึงอยู่ที่ประมาณ 38.5V ถึง 60.2V ภายใต้เงื่อนไขที่บังคับใช้

แบตเตอรี่ 14S NMC อาจวางตลาดเป็นระบบคลาส 48V แต่นั่นไม่ได้ทำให้เข้ากันได้กับคอนโทรลเลอร์หรืออินเวอร์เตอร์ทุกตัว 48V โดยอัตโนมัติ อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อทั้งหมดต้องได้รับการตรวจสอบโดยเทียบกับช่วงแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่สมบูรณ์

สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติม โปรดดู แรงดันไฟฟ้าเซลล์ของกระเป๋า NMC: ขีดจำกัดและการตั้งค่า BMS.

6. การเชื่อมต่อแบบขนานเพิ่มความจุได้อย่างไร

เมื่อเซลล์เชื่อมต่อแบบขนาน ขั้วบวกทั้งหมดจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน และขั้วลบทั้งหมดจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน

การเชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุ Ah ในขณะที่แรงดันไฟฟ้ายังคงเท่ากับเซลล์หนึ่งเซลล์หรือกลุ่มอนุกรมหนึ่งกลุ่ม

ความจุของแพ็ค = จำนวนเซลล์ขนาน × ความจุของเซลล์

การใช้เซลล์ P70A สี่เซลล์พร้อมกัน:

4 × 70Ah = 280Ah

กลุ่ม 4P จึงมี:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: 3.7V

• ความจุ: 280Ah

• จำนวนเซลล์ทั้งหมด: 4

การเชื่อมต่อแบบขนานยังสามารถเพิ่มความสามารถในปัจจุบันได้ สำหรับขนาดเบื้องต้น:

ความสามารถกระแสไฟกลุ่มขนาน µ จำนวนเซลล์คู่ขนาน × กระแสไฟเซลล์เดียวที่อนุมัติ

หากเซลล์ P70A ระดับ 70Ah หนึ่งเซลล์รองรับกระแสไฟประมาณ 210A ที่ 3C ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ กลุ่มขนานแบบสี่เซลล์มีความสามารถกระแสไฟระดับเซลล์ตามทฤษฎีที่ประมาณ 840A

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กระแสแพ็กที่ปลอดภัยโดยอัตโนมัติ

ขีดจำกัดกระแสไฟสุดท้ายถูกกำหนดโดยขีดจำกัดต่ำสุดที่ได้รับอนุมัติ ได้แก่:

• เซลล์

• แท็บเซลล์

• บัสบาร์หรือตัวเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่น

• ข้อต่อแบบเชื่อมหรือแบบเกลียว

• บีเอ็มเอส

• คอนแทคเตอร์

• ฟิวส์

• สายเคเบิลและขั้วต่อ

• ระบบทำความเย็น

• อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต

การแบ่งปันกระแสแบบขนานยังขึ้นอยู่กับความต้านทานของเซลล์ ความต้านทานการเชื่อมต่อ ความสมมาตรของบัสบาร์ อุณหภูมิ และการจับคู่เซลล์ การคูณทางทฤษฎีควรตามด้วยการตรวจสอบความถูกต้องทางไฟฟ้าและความร้อนเสมอ

7. วิธีการคำนวณ Series-Parallel Pack

การกำหนดค่า 14S4P ประกอบด้วยกลุ่มที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม 14 กลุ่ม โดยมีเซลล์ 4 เซลล์เชื่อมต่อแบบขนานภายในแต่ละกลุ่ม

จำนวนเซลล์ทั้งหมดคือ:

เซลล์ทั้งหมด = จำนวนอนุกรม × จำนวนขนาน

14 × 4 = 56 เซลล์

สำหรับตัวอย่าง P70A:

• จำนวนซีรี่ส์: 14

• จำนวนขนาน: 4

• เซลล์ทั้งหมด: 56

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของแพ็ค: 51.8V

• ความจุบรรจุ: 280Ah

คำว่า '14S4P' ควรได้รับการสนับสนุนโดยแผนภาพไฟฟ้าที่แสดงกลุ่มขนาน จุดตรวจจับ BMS เส้นทางกระแสหลัก และอุปกรณ์ป้องกัน อย่าพึ่งพาเฉพาะชื่อการกำหนดค่าที่เป็นลายลักษณ์อักษรเมื่อตรวจสอบแบบร่างของซัพพลายเออร์

ระบบแบตเตอรี่บางระบบใช้สายอนุกรมที่ได้รับการป้องกันแยกกันซึ่งเชื่อมต่อแบบขนานที่ระดับแพ็ค การจัดเตรียมนี้สามารถทำให้เกิดความซ้ำซ้อนได้ แต่ต้องมีการประสานงานอย่างระมัดระวังระหว่างหน่วย BMS คอนแทคเตอร์ ฟิวส์ และระบบสื่อสาร โทโพโลยีที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านความปลอดภัย การบริการ และการแยกข้อผิดพลาดของโปรเจ็กต์

8. วิธีการคำนวณ Wh และ kWh

โดยปกติพลังงานแบตเตอรี่จะแสดงเป็นวัตต์-ชั่วโมงหรือกิโลวัตต์-ชั่วโมง

พลังงานของบรรจุภัณฑ์ (Wh) = แรงดันไฟฟ้าของบรรจุภัณฑ์ที่กำหนด × ความจุของบรรจุภัณฑ์

ผลลัพธ์เดียวกันสามารถคำนวณได้โดยตรงจากจำนวนเซลล์:

พลังงานแพ็ค (Wh) = S × P × แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของเซลล์ × ความจุของเซลล์

สำหรับตัวอย่าง 14S4P P70A:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของแพ็ค: 51.8V

• ความจุบรรจุ: 280Ah

51.8V × 280Ah = 14,504Wh

แปลง Wh เป็น kWh:

14,504Wh ۞ 1,000 = 14.504kWh

พลังงานแผ่นป้ายเบื้องต้นจึงอยู่ที่ประมาณ:

14.50kWh

การใช้ค่าทดสอบแผ่นข้อมูลแบบอนุรักษ์นิยมมากขึ้นที่ 3.73V และ 68.7Ah:

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

ความแตกต่างนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดระดับความจุที่ต้องเผชิญกับตลาดและความจุขั้นต่ำที่ทดสอบในเอกสารข้อมูลจึงไม่ควรถือว่าเหมือนกัน เพื่อรับประกันประสิทธิภาพของแพ็ค ให้ใช้ค่าข้อมูลจำเพาะที่เกี่ยวข้อง

คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างพลังงานระดับเซลล์และพลังงานแพ็คได้ อธิบายความหนาแน่นของพลังงานเซลล์ในกระเป๋า: Wh/kg, Wh/L และพลังงานแพ็คที่ใช้งานได้.

9. ตารางการคำนวณแพ็ค P70A ด่วน

ค่าต่อไปนี้ใช้ 3.7V และ 70Ah สำหรับการกำหนดขนาดเบื้องต้น

การกำหนด	ค่า จำนวนเซลล์ แรงดัน	ไฟฟ้าที่กำหนด	ความจุ พลังงาน	ป้ายชื่อ	พลังงานโดยประมาณที่หน้าต่าง SOC ที่ใช้งานได้ 80%
14S1P	14	51.8V	70อา	3.63kWh	2.90kWh
14S2P	28	51.8V	140อา	7.25kWh	5.80kWh
14S3P	42	51.8V	210อา	10.88kWh	8.70kWh
14S4P	56	51.8V	280อา	14.50kWh	11.60kWh

ค่าเหล่านี้เป็นค่าเบื้องต้น พลังงานที่ส่งได้จริงขึ้นอยู่กับหน้าต่างแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับอนุมัติ กระแสโหลด อุณหภูมิ อายุของเซลล์ การตั้งค่า BMS และการสูญเสียของระบบ

10. พลังงานป้ายชื่อกับพลังงานที่ใช้ได้

พลังงานแผ่นป้ายคำนวณจากแรงดันไฟฟ้าและความจุที่กำหนด พลังงานที่ใช้ได้คือปริมาณที่แอปพลิเคชันสามารถเข้าถึงได้ภายในหน้าต่างการทำงานที่เลือก

สำหรับการประมาณการเบื้องต้น:

พลังงานที่ใช้ได้ µ พลังงานแผ่นป้าย × หน้าต่าง SOC ที่ใช้งานได้

หากชุด 14S4P P70A มีพลังงานป้ายชื่อเบื้องต้น 14.50kWh และทำงานผ่านหน้าต่าง SOC 80%:

14.50kWh × 0.80 = ประมาณ 11.60kWh

นี่เป็นการประมาณการ ไม่ใช่การรับประกันผลลัพธ์

พลังงานที่ใช้งานจริงจะได้รับผลกระทบจาก:

• เส้นโค้งการปลดปล่อยเซลล์

• ขีดจำกัดการชาร์จและการคายประจุ

• อัตราการคายประจุ

• แรงดันไฟฟ้าลดลง

• อุณหภูมิโดยรอบและเซลล์

• การแปรผันระหว่างเซลล์ต่อเซลล์

• สถานะของสุขภาพ

• กลยุทธ์การตัด BMS

• การสูญเสียสายเคเบิลและคอนแทคเตอร์

• ตัวแปลง DC/DC, ตัวควบคุมมอเตอร์ หรือประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์

หากยังต้องใช้พลังงานที่ใช้งานได้เมื่อใกล้หมดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การกำหนดขนาดตั้งแต่เนิ่นๆ อาจพิจารณาเป้าหมายความจุที่หมดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพการแปลงด้วย:

พลังงานป้ายชื่อที่ต้องการ µ พลังงานที่ใช้ได้เป้าหมาย ۞ (หน้าต่าง SOC ที่ใช้งานได้ × เศษส่วนความจุที่หมดอายุการใช้งาน × ประสิทธิภาพของระบบ)

สูตรนี้มีประโยชน์สำหรับการปรับขนาดเบื้องต้น ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายต้องได้รับการตรวจสอบความถูกต้องจากข้อมูลการปลดปล่อยเซลล์และการทดสอบระดับแพ็ค

11. คำนวณกระแสจากกำลัง

ผู้ออกแบบชุดแบตเตอรี่มักเริ่มต้นด้วยค่าพลังงานที่ต้องการเป็นกิโลวัตต์ แทนที่จะเป็นค่าปัจจุบันเป็นแอมป์

ความสัมพันธ์คือ:

กำลัง = แรงดัน × กระแส

ดังนั้น:

กระแส = กำลัง KW แรงดัน

สำหรับโหลด 10kW ที่แรงดันไฟฟ้าระบุของแพ็ค 14S P70A:

10,000W ۞ 51.8V = ประมาณ 193A

หากตัวควบคุมพยายามรักษาระดับ 10kW เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลงเหลือ 38.5V:

10,000W ÷ 38.5V = ประมาณ 260A

นี่แสดงให้เห็นว่าเหตุใดจึงไม่ควรคำนวณกระแสไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเท่านั้น สำหรับโหลดที่มีกำลังไฟฟ้าคงที่ กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลง

เซลล์, BMS, บัสบาร์, คอนแทคเตอร์, ฟิวส์ และสายเคเบิล จะต้องได้รับการประเมินที่แรงดันไฟฟ้า พลังงาน อุณหภูมิ และระยะเวลาที่เกี่ยวข้องกันแย่ที่สุด

12. แรงดันตกและการสร้างความร้อน

แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ภายใต้โหลดต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ผ่อนคลาย การประมาณแรงดันไฟฟ้าตกแบบง่ายคือ:

แรงดันไฟฟ้าตก µ กระแส × ความต้านทานกระแสตรง

ความต้านทานต่อแพ็คจริงมีมากกว่าความต้านทานต่อเซลล์ นอกจากนี้ยังรวมถึง:

• แท็บ

• บัสบาร์

• ข้อต่อ

• ฟิวส์

• คอนแทคเตอร์

• สายเคเบิ้ล

• ขั้วต่อ

• ความแตกต่างในการกระจายกระแสแบบขนาน

การประมาณค่าความร้อนต้านทานแบบง่ายคือ:

การสูญเสียพลังงาน µ กระแส² × ความต้านทาน

ดังนั้นความร้อนจึงเพิ่มขึ้นโดยประมาณตามกำลังสองของกระแสในแบบจำลองความต้านทานแบบง่าย ไม่ใช่แบบเอกซ์โปเนนเชียล การสร้างความร้อนจริงและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิยังขึ้นอยู่กับ SOC อุณหภูมิของเซลล์ การเปลี่ยนแปลงความต้านทาน สภาวะการทำความเย็น และรอบการทำงาน

ไม่ควรใช้ ACIR ที่วัดที่ 1kHz โดยอัตโนมัติเพื่อทำนายแรงดันไฟฟ้าที่ลดลง โดยทั่วไป DCIR ที่วัดภายใต้สภาวะโหลดที่กำหนดจะเกี่ยวข้องกับการคำนวณแรงดันไฟฟ้าตกและความร้อนเบื้องต้นมากกว่า

13. การจับคู่เซลล์และการแบ่งปันปัจจุบันแบบขนาน

การคำนวณทางคณิตศาสตร์ถือว่าทุกเซลล์ทำงานเหมือนกัน เซลล์จริงมีความแตกต่างในด้านความจุ ความต้านทานภายใน แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด การคายประจุเอง และการเสื่อมสภาพ

โดยปกติเซลล์ที่มีไว้สำหรับหนึ่งแพ็คควรจับคู่โดย:

• เคมีและแบบจำลอง

• ชุดการผลิตในทางปฏิบัติ

• ความจุ

• ความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง

• แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

• สถานะของการชาร์จ

• การปลดปล่อยตัวเอง

• อายุและประวัติการใช้งาน

เซลล์ที่มีระดับ SOC ที่แตกต่างกันอย่างมากไม่ควรเชื่อมต่อแบบขนานโดยตรง ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดกระแสอีควอไลเซอร์สูงที่ถูกจำกัดโดยเซลล์และความต้านทานการเชื่อมต่อเป็นหลัก

เซลล์ที่มีความจุต่างกันจะไม่แบ่งกระแสไฟฟ้าตามความจุโดยอัตโนมัติ การกระจายกระแสได้รับผลกระทบอย่างมากจากความต้านทานภายใน ความต้านทานการเชื่อมต่อ อุณหภูมิ และโครงร่างบัสบาร์ สำหรับชุดการผลิตใหม่ การใช้เซลล์ที่ตรงกันของแบบจำลองที่ได้รับอนุมัติเดียวกันเป็นแนวทางที่ต้องการ

วงจรปรับสมดุล BMS ไม่สามารถชดเชยความแตกต่างอย่างมากในความจุหรือความต้านทานภายในแพ็คเซลล์แบบกระเป๋าที่มีความจุสูงได้อย่างรวดเร็ว การจัดระดับเซลล์ยังคงมีความสำคัญก่อนการประกอบ

14. การออกแบบกลไกสำหรับเซลล์กระเป๋า

เซลล์กระเป๋าไม่มีกระป๋องโลหะแข็ง โครงสร้างโมดูลต้องจัดการการขยายเซลล์ ให้การสนับสนุนที่สม่ำเสมอ ปกป้องฟิล์มลามิเนต และรักษาหน้าสัมผัสความร้อนที่เชื่อถือได้

ไม่มีการเผื่อการบวมทั่วไปหรือแรงกดพรีโหลดที่สามารถนำไปใช้กับเซลล์ของกระเป๋าทุกเซลล์ได้

สำหรับ P70A ข้อมูลจำเพาะที่มีอยู่ระบุว่า:

• พรีโหลดเริ่มต้น: 400–500N

• ค่าสัมประสิทธิ์การบวมที่ระบุ: 6%

• ไม่อนุญาตให้ใช้งานระยะยาวโดยไม่มีอุปกรณ์บังคับทางกล

• ควรกระจายแรงกดอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นผิวเซลล์

ค่าเหล่านี้ใช้กับ P70A และไม่ควรคัดลอกไปยังเซลล์กระเป๋ารุ่นอื่นโดยอัตโนมัติ

การออกแบบโมดูลควรคำนึงถึง:

• แผ่นปิดท้ายและความแข็งของเฟรม

• วิธีการโหลดล่วงหน้า

• แผ่นบีบอัดหรือบวม

• ความทนทานต่อความหนาของเซลล์

• การขยายตัวเมื่อสิ้นสุดอายุขัย

• ฉนวนไฟฟ้า

• การป้องกันแถบและซีล

• หน้าสัมผัสพื้นผิวความเย็น

• ความอดทนในการผลิตและการบริการ

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดดู เหตุใดเซลล์กระเป๋าจึงต้องมีการบีบอัดในการออกแบบชุดแบตเตอรี่.

15. การจัดการความร้อน

ข้อกำหนดในการทำความเย็นไม่สามารถเลือกได้จากอัตรา C เพียงอย่างเดียว ระบบ 1C ในตู้ที่อัดแน่นอาจมีสภาวะความร้อนที่ยากลำบากกว่าระบบที่มีกระแสไฟฟ้าสูงกว่าซึ่งมีรอบการทำงานสั้นและมีโครงสร้างการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ

การออกแบบการระบายความร้อนควรคำนึงถึง:

• ความต้านทานของเซลล์ DC

• กระแสต่อเนื่อง

• กระแสสูงสุดและระยะเวลา

• ชาร์จปัจจุบัน

• เรขาคณิตของโมดูล

• ระยะห่างระหว่างเซลล์

• ทิศทางการถ่ายเทความร้อน

• อุณหภูมิแวดล้อม

• อุณหภูมิเซลล์สูงสุดที่อนุญาต

• ความแตกต่างของอุณหภูมิเซลล์ต่อเซลล์สูงสุด

• สภาวะความล้มเหลวของระบบทำความเย็น

กลยุทธ์ที่เป็นไปได้ ได้แก่ การพาความร้อนตามธรรมชาติ การบังคับอากาศ แผ่นทำความเย็นแบบนำไฟฟ้า และการทำความเย็นด้วยของเหลว ควรเลือกสารละลายที่ถูกต้องจากแบบจำลองการสร้างความร้อนและยืนยันโดยการทดสอบอุณหภูมิระดับโมดูล

ควรวางเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในตำแหน่งตัวแทน รวมถึงจุดร้อนและพื้นที่ที่ความต้านทานต่อการเชื่อมต่ออาจสร้างความร้อนเพิ่มเติม

16. BMS และการป้องกันไฟฟ้า

BMS ต้องรองรับจำนวนอนุกรมที่แน่นอนและช่วงแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่ได้รับอนุมัติ สำหรับแพ็ค 14S นั้น BMS จะต้องตรวจสอบกลุ่มเซลล์ที่เชื่อมต่อกับซีรีส์ 14 กลุ่ม

การเลือก BMS ควรพิจารณา:

• เคมีของเซลล์

• จำนวนซีรี่ส์

• เป้าหมายแรงดันไฟฟ้าประจุปกติ

• เกณฑ์การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

• เกณฑ์การป้องกันแรงดันตก

• กระแสต่อเนื่อง

• กระแสสูงสุดและระยะเวลา

• การตรวจจับการลัดวงจร

• อุณหภูมิการชาร์จและการคายประจุ

• ปริมาณและตำแหน่งของเซ็นเซอร์

• กลยุทธ์การสร้างสมดุล

• ความแม่นยำในการวัดแรงดันและกระแส

• การควบคุมคอนแทค

• การบันทึกข้อผิดพลาดและการกู้คืน

เกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเกิน BMS เป็นการตั้งค่าการป้องกันฉุกเฉิน ไม่ใช่เป้าหมายเครื่องชาร์จปกติ เครื่องชาร์จควรควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าอย่างถูกต้องโดยไม่ต้องขึ้นอยู่กับการตัดการเชื่อมต่อ BMS ตามปกติ

นอกจากนี้ยังไม่มีกฎสากลว่า BMS คอนแทคเตอร์หรือฟิวส์ทุกตัวควรได้รับการจัดอันดับที่ 125% ของกระแสไฟฟ้าที่คาดหวัง ขอบการออกแบบที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับส่วนประกอบ อุณหภูมิ รอบการทำงาน อายุการใช้งาน และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

การเลือกฟิวส์ควรคำนึงถึง:

• กระแสโหลดต่อเนื่อง

• การป้องกันสายเคเบิลและบัสบาร์

• แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่กำหนด

• กระแสไฟลัดสูงสุดที่มีอยู่

• ระดับการขัดจังหวะ DC

• เส้นโค้งเวลาปัจจุบัน

• ฉัน²tประสิทธิภาพ

• ประสานงานกับ BMS และคอนแทคเตอร์

ระบบไฟฟ้าแรงสูงหรือกำลังสูงอาจต้องใช้คอนแทคเตอร์หลัก วงจรชาร์จล่วงหน้า การตัดการเชื่อมต่อของบริการ การตรวจสอบฉนวน และการแยกข้อผิดพลาดแบบประสานงาน

17. ขั้นตอนการคำนวณชุดแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้จริง

การคำนวณเบื้องต้นที่เชื่อถือได้สามารถดำเนินการตามลำดับนี้:

1. กำหนดช่วงแรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์ของอุปกรณ์

2. กำหนดพลังงานที่ใช้ได้ที่ต้องการ กำลังต่อเนื่อง และโหลดสูงสุด

3. เลือกเคมีของเซลล์และแบบจำลองของเซลล์

4. ใช้ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าของเซลล์และเงื่อนไขการทดสอบความจุที่ได้รับอนุมัติ

5. คำนวณจำนวนอนุกรมจากช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ

6. คำนวณจำนวนคู่ขนานจากทั้งพลังงานและความต้องการในปัจจุบัน

7. คำนวณจำนวนเซลล์ทั้งหมด, แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด, Ah, Wh และ kWh

8. ประมาณพลังงานที่ใช้ได้ภายในหน้าต่าง SOC ที่ต้องการ

9. ตรวจสอบข้อกำหนดกระแสไฟที่แรงดันไฟฟ้าขณะใช้งานต่ำสุด

10. ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตก การสร้างความร้อน และการแบ่งกระแส

11. เลือก BMS ตัวนำ คอนแทคเตอร์ และอุปกรณ์ป้องกัน

12. ออกแบบโครงสร้างการควบคุมทางกล ฉนวน และความเย็น

13. สร้างและทดสอบต้นแบบภายใต้สภาวะโหลดและอุณหภูมิที่ต้องการ

14. กรอกใบรับรองด้านความปลอดภัย การขนส่ง และการสมัครที่จำเป็น

สเปรดชีตสามารถสร้างการคำนวณครั้งแรกได้ แต่จำเป็นต้องมีการทดสอบเพื่อยืนยันระบบแบตเตอรี่ขั้นสุดท้าย

18. ข้อมูลที่ต้องระบุเมื่อขอโซลูชันเซลล์กระเป๋า

ในการประเมินเซลล์กระเป๋าหรือโครงการแบตเตอรี่ที่ปรับแต่งเอง ให้จัดเตรียมข้อมูลต่อไปนี้ให้มากที่สุด:

• แอปพลิเคชัน

• เป้าหมายแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด

• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดของระบบ

• พลังงานที่ใช้ได้หรือเวลาใช้งานที่ต้องการ

• กำลังหรือกระแสต่อเนื่อง

• กำลังไฟฟ้าสูงสุด/กระแสและระยะเวลา

• เวลาในการชาร์จหรือกระแสไฟชาร์จ

• ขนาดสูงสุด

• น้ำหนักสูงสุด

• อุณหภูมิในการทำงาน

• อายุการใช้งานของวงจรที่คาดหวัง

• วิธีการทำความเย็น

• ข้อกำหนดการสื่อสาร BMS

• ข้อกำหนดการรับรอง

• ต้นแบบและปริมาณการสั่งซื้อประจำปี

Misen รองรับการเลือกเซลล์ การให้เกรด การกำหนดค่าโมดูล และ การพัฒนาโซลูชันแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า, AGV, หุ่นยนต์, อุปกรณ์อุตสาหกรรม, ระบบทางทะเล และการใช้งานกักเก็บพลังงาน

บทสรุป

สูตรแบตเตอรี่พื้นฐานตรงไปตรงมา:

แรงดันไฟฟ้าของชุดที่กำหนด = จำนวนอนุกรม × แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของเซลล์

ความจุของบรรจุภัณฑ์ = จำนวนขนาน × ความจุของเซลล์

พลังงานของบรรจุภัณฑ์ (Wh) = แรงดันไฟฟ้าของบรรจุภัณฑ์ × ความจุของบรรจุภัณฑ์

พลังงานแพ็ค (kWh) = พลังงานแพ็คในหน่วย Wh ۞ 1,000

การใช้เซลล์ 3.7V 70Ah P70A เป็นตัวอย่างเบื้องต้น การกำหนดค่า 14S4P จะให้:

• แรงดันไฟฟ้าปกติ 51.8V

• ความจุปกติ 280Ah

• พลังงานป้ายชื่อเบื้องต้น 14.50kWh

• ประมาณ 11.60kWh ที่หน้าต่าง SOC ที่ใช้งานได้ 80%

ตัวเลขเหล่านี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของกระบวนการออกแบบเท่านั้น ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า สภาวะการคายประจุ อุณหภูมิ การจับคู่เซลล์ การกระจายกระแส การบีบอัดทางกล การจัดการความร้อน การตั้งค่า BMS และการสูญเสียของระบบ

สำหรับโครงการที่ต้องใช้เซลล์กระเป๋า NMC พลังงานสูง โปรดดู ข้อมูลจำเพาะเซลล์กระเป๋า P70A 3.7V 70Ah และส่งข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้า พลังงาน กระแสไฟฟ้า พื้นที่ และอุณหภูมิ Misen ของคุณสำหรับการประเมินตามโครงการ

คำถามที่พบบ่อย

คุณจะคำนวณ kWh ของชุดแบตเตอรี่เซลล์แบบกระเป๋าได้อย่างไร

คูณแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของแพ็คด้วยความจุของแพ็คในหน่วย Ah เพื่อให้ได้ Wh หารผลลัพธ์ Wh ด้วย 1,000 เพื่อให้ได้ kWh

ตัวอย่างเช่น:

51.8V × 280Ah = 14,504Wh = 14.504kWh

การเชื่อมต่อเซลล์แบบอนุกรมจะเพิ่มความจุ Ah หรือไม่

ลำดับที่ การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ความจุ Ah ยังคงเท่ากับหนึ่งเซลล์หรือหนึ่งกลุ่มขนาน

การเชื่อมต่อเซลล์แบบขนานจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหรือไม่?

ไม่ การเชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุ Ah และส่งผลต่อความสามารถในปัจจุบัน แรงดันไฟฟ้ายังคงเท่ากับหนึ่งเซลล์หรือสตริงอนุกรม

แบตเตอรี่ 14S4P มีกี่เซลล์?

แพ็ก 14S4P ประกอบด้วยกลุ่มที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม 14 กลุ่ม โดยมีเซลล์ 4 เซลล์ในแต่ละกลุ่มขนาน:

14 × 4 = 56 เซลล์

แบตเตอรี่ 14S P70A ใช้ได้กับระบบ 48V ทุกระบบหรือไม่

ไม่โดยอัตโนมัติ เมื่อใช้ค่าอ้างอิง P70A แพ็ค 14S มีแรงดันไฟฟ้าปกติที่ประมาณ 51.8V การคำนวณจุดตัดการชาร์จที่แนะนำคือ 60.2V และการคำนวณเมื่อสิ้นสุดการคายประจุที่ 38.5V ภายใต้เงื่อนไขที่บังคับใช้ อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อจะต้องรองรับช่วงการทำงานที่สมบูรณ์

เซลล์ P70A สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องได้เท่าใด

ข้อมูลจำเพาะที่มีอยู่แสดงอัตราการคายประจุต่อเนื่องสูงสุดที่ 3C ที่ 25°C ภายใต้เงื่อนไขที่ระบุ เมื่อพิจารณาจากคลาสความจุ 70Ah ในตลาด ซึ่งสอดคล้องกับประมาณ 210A ต่อเซลล์ ขีดจำกัดกระแสไฟสุดท้ายต้องเป็นไปตามเงื่อนไขของเอกสารข้อมูลที่เกี่ยวข้องและการตรวจสอบความถูกต้องทางความร้อนระดับแพ็ค

สามารถเชื่อมต่อเซลล์กระเป๋าที่มีความจุต่างกันแบบขนานได้หรือไม่

ไม่แนะนำสำหรับชุดการผลิตใหม่ โดยปกติเซลล์ควรใช้เคมีและแบบจำลองที่ได้รับอนุมัติเหมือนกัน และควรจับคู่สำหรับความจุ ความต้านทาน แรงดันไฟฟ้า SOC และสภาวะการเสื่อมสภาพ

kWh ที่ใช้งานได้เหมือนกับป้ายชื่อ kWh หรือไม่

ไม่ใช่ แผ่นป้ายชื่อ kWh คำนวณจากแรงดันไฟฟ้าและความจุที่ระบุ พลังงานที่ใช้ได้ขึ้นอยู่กับ SOC ที่อนุญาตและหน้าต่างแรงดันไฟฟ้า กระแส อุณหภูมิ อายุ การตั้งค่า BMS และประสิทธิภาพของระบบ

ควรอนุญาตให้มีช่องว่างในการบวมเท่าใดสำหรับเซลล์กระเป๋า

ไม่มีเปอร์เซ็นต์สากลสำหรับทุกเซลล์ของกระเป๋า การออกแบบทางกลต้องเป็นไปตามข้อกำหนดพรีโหลด ความทนทานต่อความหนา และข้อกำหนดการบวมเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานของเซลล์ที่เลือก ข้อมูลจำเพาะ P70A ที่มีอยู่ระบุค่าสัมประสิทธิ์การบวมตัว 6% และพรีโหลดเริ่มต้นที่ 400–500N