การกำหนดค่าแพ็คแบตเตอรี่

การกำหนดค่าแพ็คแบตเตอรี่ทำงานอย่างไร?

แพ็คแบตเตอรี่ถูกสร้างโดยการเชื่อมต่อเซลล์แต่ละตัวแบบอนุกรม (S) เพื่อเพิ่มแรงดัน และแบบขนาน (P) เพื่อเพิ่มความจุ สัญลักษณ์ nSnP อธิบายการกำหนดค่า — ตัวอย่างเช่น 96S3P หมายถึง 96 เซลล์แบบอนุกรมกับ 3 สตริงแบบขนาน รวมทั้งหมด 288 เซลล์

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มแรงดันโดยรักษาความจุเท่าเดิม: 4 เซลล์ที่ 3.7V แบบอนุกรมจะให้ 14.8V ที่ค่า Ah เดิม การเชื่อมต่อแบบขนานเพิ่มความจุโดยรักษาแรงดันเท่าเดิม: 3 เซลล์ที่ 3 Ah แบบขนานจะให้ 9 Ah ที่แรงดันเดิม

การจับคู่เซลล์เป็นสิ่งสำคัญ — เซลล์ที่ไม่ตรงกันในวงจรอนุกรมอาจนำไปสู่การชาร์จเกิน/ดิสชาร์จเกินของเซลล์แต่ละตัว ทำให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัยและเร่งการเสื่อมสภาพ เซลล์จากการผลิตจะถูกคัดแยกตามความจุและอิมพีแดนซ์ก่อนการประกอบแพ็ค

การเลือกระหว่างแรงดันสูง (อนุกรมมากขึ้น) และความจุสูง (ขนานมากขึ้น) มีผลต่อ BMS คอนแทคเตอร์ และความทนทานต่อความผิดพลาด อนุกรมมากต้องการช่องเฝ้าติดตามมากขึ้น ขนานมากทำให้ตรวจจับเซลล์เสียยากขึ้น

Formula: เซลล์อนุกรม (S) = ⌈แรงดันเป้าหมาย / แรงดันเซลล์⌉ เซลล์ขนาน (P) = ⌈ความจุเป้าหมาย / ความจุเซลล์⌉ เซลล์ทั้งหมด = S × P แรงดันแพ็ค = S × แรงดันเซลล์ ความจุแพ็ค = P × ความจุเซลล์

ตัวอย่างการคำนวณ

ออกแบบแพ็ค 48V 100Ah โดยใช้เซลล์ LFP 3.2V 50Ah เซลล์อนุกรม = ⌈48/3.2⌉ = 15S เซลล์ขนาน = ⌈100/50⌉ = 2P รวม = 15 × 2 = 30 เซลล์ แรงดันจริง = 15 × 3.2 = 48.0V ความจุจริง = 2 × 50 = 100 Ah พลังงานรวม = 4.8 kWh

เมื่อใดควรใช้เครื่องคำนวณนี้

• ออกแบบแพ็คที่ตรงตามข้อกำหนดแรงดัน/ความจุจากมอเตอร์คอนโทรลเลอร์หรืออินเวอร์เตอร์
• เปรียบเทียบรูปแบบเซลล์ต่างๆ (18650, 21700, ปริซึม, เพาช์) สำหรับเป้าหมายพลังงานเดียวกัน
• ประมาณต้นทุน BOM จากจำนวนเซลล์ทั้งหมด × ราคาต่อเซลล์
• วางแผนจำนวนช่อง BMS และสถาปัตยกรรมบาลานซ์ตามการกำหนดค่าอนุกรม/ขนาน

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่ควรหลีกเลี่ยง

• แรงดันสูงสุดกำหนดเกณฑ์แรงดันเกิน BMS ไม่ใช่แรงดันระบุ — 15S LFP ระบุ 48V แต่เต็ม 54.75V
• ความจุจริงเกินเป้าหมายเมื่อความจุเซลล์หารไม่ลงตัว — ฟังก์ชันปัดขึ้นส่งผลการตั้งค่าชาร์จเจอร์
• ละเลยการจับคู่อิมพีแดนซ์เซลล์ในกลุ่มขนาน — แบ่งกระแสไม่เท่าทำให้เกิดจุดร้อนและเสื่อมก่อนเวลา
• ละเลยช่วงแรงดัน — 15S LFP ช่วง 37.5V (หมด) ถึง 54.75V (เต็ม) โหลดต้องรองรับทั้งหมด

วิธีตีความผลลัพธ์

• เซลล์ที่ต่ออนุกรม (series) กำหนดแรงดัน และเซลล์ที่ต่อขนาน (parallel) กำหนดความจุ — แรงดันและความจุจริงจะถึงหรือเกินเป้าหมายของคุณเล็กน้อยเพราะจำนวนเซลล์ถูกปัดขึ้นเป็นจำนวนเซลล์เต็ม จึงควรคาดว่าจะเกินเล็กน้อย
• พลังงานรวม (แรงดันจริง × ความจุจริง) คืองบประมาณพลังงานที่ใช้งานได้ของแพ็ก — ตรวจสอบเทียบกับความต้องการเวลาใช้งานและกับขีดจำกัดของกล่องหุ้มและมวลก่อนตัดสินใจเลือกผังแบบ series/parallel
• จำนวน series และ parallel อธิบายเพียงโทโพโลยีทางไฟฟ้าเท่านั้น แพ็กจริงยังต้องการการจับคู่เซลล์ BMS ที่ออกแบบให้รองรับจำนวน series การติดตั้งฟิวส์ และการบาลานซ์ — จงถือว่านี่เป็นจุดเริ่มต้น ไม่ใช่การออกแบบที่เสร็จสมบูรณ์

มาตรฐานและเอกสารอ้างอิงที่เกี่ยวข้อง

• IEC 62619 — ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับเซลล์และแบตเตอรี่ลิเธียมทุติยภูมิเพื่อใช้ในงานอุตสาหกรรม รวมถึงการประกอบแพ็ก
• UL 2580 — แบตเตอรี่สำหรับใช้ในยานยนต์ไฟฟ้า: ข้อกำหนดด้านโครงสร้าง เชิงกล และเชิงไฟฟ้าสำหรับแพ็กและโมดูล
• UN 38.3 — ข้อกำหนดการทดสอบการขนส่งสินค้าอันตรายที่ใช้กับแพ็กแบตเตอรี่ลิเธียมที่ประกอบแล้ว
• IEC 62133-2 — ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับเซลล์และแบตเตอรี่ลิเธียมทุติยภูมิแบบปิดผนึกชนิดพกพา ซึ่งเกี่ยวข้องกับการประกอบแพ็กสำหรับผู้บริโภค

คำถามที่พบบ่อย

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเซลล์ในแพ็คไม่ตรงกัน?

เซลล์ที่ไม่ตรงกันจะทำให้เซลล์ที่อ่อนที่สุดถูกใช้งานเกินกำลังทั้งในระหว่างการชาร์จและดิสชาร์จ ในวงจรอนุกรม เซลล์ที่มีความจุต่ำสุดจะหมดก่อน (ทำให้เกิดการดิสชาร์จเกิน) และเต็มก่อน (ทำให้เกิดการชาร์จเกิน) วงจรบาลานซ์เซลล์ใน BMS ช่วยบรรเทาปัญหานี้แต่ไม่สามารถชดเชยความไม่ตรงกันที่มากได้อย่างสมบูรณ์

จะเลือกระหว่างเซลล์อนุกรมมากขึ้นหรือเซลล์ขนานมากขึ้นได้อย่างไร?

จำนวนเซลล์อนุกรมที่สูงขึ้น (แรงดันสูงขึ้น) จะลดกระแสสำหรับกำลังเท่ากัน ทำให้ลดการสูญเสีย I²R และใช้สายไฟเล็กลงได้ จำนวนเซลล์ขนานที่สูงขึ้นจะปรับปรุงความสำรองและการกระจายความร้อน สำหรับการใช้งานที่ต้องการกำลังสูง ควรเลือกแรงดันสูง สำหรับการใช้งานที่ต้องการพลังงานสูง ควรปรับจำนวนเซลล์ขนานเพื่อความจุ

nSnP กับ nPnS ต่างกันอย่างไร?

ใน nSnP แต่ละสตริงเป็นอนุกรมอิสระ ง่ายต่อการใส่ฟิวส์ ใน nPnS กลุ่มขนานสร้างก่อน อนุญาตสมดุลตัวเองแต่ตรวจจับเซลล์เสียยาก แพ็ค EV ส่วนใหญ่ใช้ nSnP หรือไฮบริด