Cấu hình Bộ Pin

Cấu hình Bộ Pin hoạt động như thế nào?

Bộ pin được xây dựng bằng cách kết nối các cell riêng lẻ nối tiếp (S) để tăng điện áp và song song (P) để tăng dung lượng. Ký hiệu nSnP mô tả cấu hình — ví dụ, 96S3P có nghĩa là 96 cell nối tiếp với 3 chuỗi song song, tổng cộng 288 cell.

Kết nối nối tiếp cộng điện áp trong khi giữ nguyên dung lượng: 4 cell ở 3,7V nối tiếp tạo ra 14,8V với cùng dung lượng Ah. Kết nối song song cộng dung lượng trong khi giữ nguyên điện áp: 3 cell 3 Ah song song cung cấp 9 Ah ở điện áp gốc.

Sự phù hợp giữa các cell là rất quan trọng — các cell không khớp trong kết nối nối tiếp có thể dẫn đến sạc quá mức/xả quá mức các cell riêng lẻ, gây ra nguy hiểm an toàn và tăng tốc suy giảm. Các cell sản xuất được phân loại theo dung lượng và trở kháng trước khi lắp ráp bộ pin.

Lựa chọn giữa điện áp cao (nhiều nối tiếp) và dung lượng cao (nhiều song song) ảnh hưởng đến BMS, contactor và khả năng chịu lỗi. Nhiều nối tiếp đòi hỏi nhiều kênh giám sát và cân bằng, nhiều song song khó phát hiện lỗi đơn cell.

Formula: Cell Nối tiếp (S) = ⌈Điện áp Mục tiêu / Điện áp Cell⌉ Cell Song song (P) = ⌈Dung lượng Mục tiêu / Dung lượng Cell⌉ Tổng Cell = S × P Điện áp Bộ pin = S × Điện áp Cell Dung lượng Bộ pin = P × Dung lượng Cell

Ví dụ Tính toán

Thiết kế bộ pin 48V 100Ah sử dụng cell LFP 3,2V 50Ah. Cell nối tiếp = ⌈48/3,2⌉ = 15S. Cell song song = ⌈100/50⌉ = 2P. Tổng = 15 × 2 = 30 cell. Điện áp thực tế = 15 × 3,2 = 48,0V. Dung lượng thực tế = 2 × 50 = 100 Ah. Tổng năng lượng = 4,8 kWh.

Khi nào nên sử dụng máy tính này

• Thiết kế pack đáp ứng yêu cầu điện áp/dung lượng từ bộ điều khiển motor hoặc inverter
• So sánh tổng số cell và kích thước pack của các định dạng cell khác nhau (18650, 21700, prismatic, pouch)
• Ước tính chi phí BOM bằng tổng số cell × giá mỗi cell
• Lên kế hoạch số kênh BMS và kiến trúc cân bằng dựa trên cấu hình nối tiếp/song song

Những sai lầm thường gặp cần tránh

• Điện áp tối đa quyết định ngưỡng quá áp BMS chứ không phải danh định — 15S LFP danh định 48V nhưng đầy 54.75V
• Dung lượng thực vượt mục tiêu khi dung lượng cell không chia hết — hàm làm tròn ảnh hưởng cài đặt sạc
• Bỏ qua khớp trở kháng cell trong nhóm song song — chia dòng không đều gây điểm nóng và suy giảm sớm
• Bỏ qua dải điện áp — 15S LFP dao động 37.5V (hết) đến 54.75V (đầy), tải phải chịu toàn bộ dải

Cách diễn giải kết quả

• Các pin nối tiếp (series) thiết lập điện áp và các pin song song (parallel) thiết lập dung lượng — điện áp và dung lượng thực tế đạt hoặc hơi vượt mục tiêu của bạn vì số pin được làm tròn lên thành pin nguyên, nên hãy chờ một mức vượt nhỏ
• Tổng năng lượng (điện áp thực tế × dung lượng thực tế) là ngân sách năng lượng khả dụng của khối pin — xác nhận nó so với yêu cầu thời gian chạy và so với giới hạn vỏ bọc và khối lượng trước khi cam kết bố cục series/parallel
• Số pin nối tiếp và song song chỉ mô tả một cấu trúc điện; một khối pin thực còn cần phối hợp pin, một BMS được định cỡ theo số series, cầu chì và cân bằng — hãy coi đây là điểm khởi đầu, không phải thiết kế hoàn chỉnh

Tiêu chuẩn & tài liệu tham khảo

• IEC 62619 — yêu cầu an toàn cho pin và bộ pin lithium thứ cấp dùng trong ứng dụng công nghiệp, bao gồm lắp ráp khối pin
• UL 2580 — Pin dùng cho xe điện: yêu cầu kết cấu, cơ học và điện cho các khối pin và mô-đun
• UN 38.3 — yêu cầu thử nghiệm vận chuyển hàng nguy hiểm áp dụng cho các khối pin lithium đã lắp ráp
• IEC 62133-2 — yêu cầu an toàn cho pin và bộ pin lithium thứ cấp kín, di động, liên quan đến lắp ráp khối pin tiêu dùng

Câu hỏi thường gặp

Điều gì xảy ra nếu các cell trong bộ pin không khớp nhau?

Các cell không khớp khiến cell yếu nhất bị quá tải trong cả quá trình sạc và xả. Trong kết nối nối tiếp, cell có dung lượng thấp nhất hết điện trước (gây xả quá mức) và đầy trước (gây sạc quá mức). Mạch cân bằng cell trong BMS giảm thiểu điều này nhưng không thể bù hoàn toàn cho sự chênh lệch lớn.

Làm thế nào để chọn giữa nối tiếp nhiều hơn hoặc song song nhiều hơn?

Số lượng nối tiếp cao hơn (điện áp) giảm dòng điện cho cùng công suất, giảm tổn hao I²R và cho phép dùng dây dẫn mỏng hơn. Số lượng song song cao hơn cải thiện tính dự phòng và phân bổ nhiệt. Đối với ứng dụng công suất cao, ưu tiên điện áp cao hơn; đối với ứng dụng năng lượng cao, tối ưu hóa số lượng song song cho dung lượng.

nSnP và nPnS khác nhau thế nào?

Trong nSnP, mỗi chuỗi là mạch nối tiếp độc lập, dễ lắp cầu chì. Trong nPnS, nhóm song song hình thành trước, cho phép tự cân bằng nhưng khó phát hiện lỗi. Hầu hết EV dùng nSnP hoặc lai.