Baterie szeregowe a baterie równoległe: co zmienia się w pakiecie i ile to później kosztuje

Ta sama zmagazynowana energia, podzielona na dwa różne sposoby

Połącz dwa identyczne pakiety 12 V 100 Ah, a zawsze otrzymasz te same 2400 watogodzin-godzin. O tym, o czym faktycznie decyduje okablowanie szeregowe i równoległe, decydujeJakte watogodziny zostaną dostarczone jako większe napięcie lub więcej amperogodzin-. Podłącz dwa pakiety szeregowo, a otrzymasz 24 V przy 100 Ah. Podłącz je równolegle, a otrzymasz 12 V przy 200 Ah. Całkowita energia nigdy się nie poruszyła; zadziałał tylko podział napięcia-i-prądu.

Od tego jednego pomysłu zaczyna się i kończy najwięcej zamieszania wokół różnic między konfiguracjami akumulatorów szeregowych i równoległych, w przypadku telefonu lub latarki. W przypadku wszystkiego, co ma cykl pracy mierzony w zmianach, a nie w minutach, interesującą częścią nie jest arytmetyka. Tak się dzieje przy trzecim opakowaniu, czterdziestym cyklu i pewnego ranka komórka traci równowagę. Właśnie wokół tej części zbudowano ten przewodnik. Jeśli chcesz najpierw zapoznać się z matematyką dotyczącą surowej energii, skorzystaj z naszegoPodział konwersji mAh-na-Wh dla-doboru mocy motywacyjnejpokrywa go czysto.

Układanie szeregowe: napięcie rośnie, prąd pozostaje na stałym poziomie

Łańcuch szeregowy to połączenie od końca--końca, biegun dodatni jednego pakietu z ujemnym biegunem następnego, aż do osiągnięcia napięcia oczekiwanego przez sterownik Twojego sprzętu. Napięcia sumują się; wartość amperogodzin-nie dotyczy. Cztery jednostki 12 V połączone szeregowo dają bank 48 V, który nadal ma moc znamionową, jaką przenosi pojedyncza jednostka.

Seria to sposób na osiągnięcie napięcia platformy. Układ napędowy-samochodu golfowego 48 V, kontroler do trollingu 36 V, falownik 24 V – żadne z nich nie pracuje przy pełnym obciążeniu; działają na napięciu, a szeregowe połączenie akumulatora to jedyny sposób na zbudowanie takiego napięcia z bloków-o niższym napięciu. Plus poza trafieniem w cel: przy wyższym napięciu ta sama moc pobiera proporcjonalnie mniej prądu, więc straty w kablach spadają, a przewody są chłodniejsze. Zestaw akumulatorów-skonfigurowany szeregowo, obciążający duże obciążenie, będzie charakteryzował się znacznie niższym nagrzewaniem I²R w porównaniu z odpowiednikiem równoległym, wykonującym tę samą pracę przy jednej czwartej napięcia.

Istnieje twardy sufit, o którym warto wspomnieć wcześniej. Gdy napięcie szeregowe przekroczy około 50 V, wkroczyłeś na terytorium, gdzie ryzyko łuku i porażenia wymaga rzeczywistych środków ostrożności i izolowanego oprzyrządowania; przestaje to być zwykła praca na stanowisku pracy. Poniżej czterech jednostek 12 V margines bezpieczeństwa jest znaczny; nad nim traktuj ciąg z szacunkiem, na jaki zasługuje system 48 V-plus. Ta linia 50 V nie jest regułą domową. Jest to próg stosowany w praktyce przemysłowej w zakresie bezpieczeństwa niskich-napięć, aby oddzielić rutynową pracę prądu stałego od czynności wymagających procedury.

Układanie równoległe: wzrost pojemności, utrzymanie napięcia

Okablowanie równoległe łączy ze sobą wszystkie plusy i wszystkie minusy, zwykle lądując na wspólnej szynie zbiorczej, a nie w łańcuchu. Napięcie pozostaje płaskie; stos-amperogodzin. Trzy pakiety 12 V 100 Ah połączone równolegle dają 12 V przy 300 Ah i mniej więcej trzykrotnie dłuższy czas pracy przy tym napięciu.

 

Dwie rzeczy sprawiają, że równoległe połączenie akumulatora jest atrakcyjne w przypadku sprzętu, który musi być w ciągłym ruchu. Pierwszym z nich jest czas działania: zwiększasz wytrzymałość bez dotykania napięcia, na które dostrojony jest kontroler. Drugie to redundancja. Jeśli jeden pakiet zostanie odłączony, ocaleni nadal zasilają ładunek, zamiast otwierać cały obwód. Ta odporność na awarie jest cichym powodem, dla którego-skonfigurowane równolegle banki akumulatorów pojawiają się wszędzie tam, gdzie nieplanowane zatrzymanie jest kosztowne.

 

Koszt tej wytrzymałości jest aktualny. Podwój pojemność, a podwoisz potencjał prądu w magistrali. To właśnie ten dodatkowy prąd, a nie napięcie i nie amperogodzina na etykiecie, powodują, że banki równoległe faktycznie stają się niebezpieczne, i jest to wątek, który omówimy dwie sekcje dalej.

Obok siebie-{1}}obok siebie: napięcie, pojemność, czas pracy i to, co faktycznie zawodzi

Większość-{1}}stolików bocznych ogranicza się do „szeregowych=woltów, równoległych=amper- godzin”, dlatego też akumulatory szeregowe czy równoległe – co jest lepszym pytaniem – wciąż otrzymują płytkie odpowiedzi. W przypadku nabywcy floty jest to konieczne, ale niewystarczające. Oto wersja, która odwzorowuje zachowanie-zasilacza Motive w trakcie pracy:

Pytanie, które często się pojawia, czy akumulatory wytrzymują dłużej w połączeniu szeregowym czy równoległym, ma czystszą odpowiedź, niż sugeruje Internet. Całkowita energia tych samych akumulatorów jest identyczna, a szeregowo zasilany jest niższym prądem, więc straty w okablowaniu są minimalnie mniejsze. Jednak o prawdziwym okresie użytkowania decyduje w znacznie większym stopniu równoważenie ogniw i zachowanie BMS niż sama topologia połączenia. Dążenie do „dłuższego-trwałości” poprzez sam wybór okablowania optymalizuje niewłaściwą zmienną i właśnie dlatego pytanie BMS o akumulator szeregowy i równoległy, a nie pytanie o wolty-w porównaniu{5}}amp-godzin, jest tym, które jest teraz najważniejsze.

Prawdziwym ograniczeniem liczby pakietów, które można podłączyć, nie jest matematyka dotycząca napięcia, ale BMS

Oto zmienna, której większość arkuszy specyfikacji dostawców nie przedstawia: seria i równoległe pułapy pakietu litowego są ustalane na podstawie systemu zarządzania akumulatorami, a nie na podstawie arytmetyki dodawania woltów i amperogodzin. Naszelementarz tego, jak BMS faktycznie zarządza stademprzechodzi przez logikę ochrony, która za tym stoi.

To stwierdzenie jest prawdziwe i tutaj także teoria i wdrażanie różnią się. Po stronie serii BMS każdego pakietu musi się przełączać i wytrzymaćpełne napięcie łańcuchapomiędzy wewnętrznymi tranzystorami FET podczas awarii, zatem napięcie znamionowe FET, a nie docelowe napięcie banku, stanowi rzeczywisty limit liczby akumulatorów LiFePO4, które można połączyć szeregowo. Wiele napędowych-zasilaczy napędowych ma parametry znamionowe maksymalnie 4S, osiągając nominalne napięcie około 51,2 V, właśnie dlatego, że do tego przeznaczony jest sprzęt przełączający; Wytyczne producenta dotyczące integracji BMS konsekwentnie traktują wartość znamionową tranzystora FET, a nie napięcie nominalne, jako ograniczenie wiążące. Po stronie równoległej ograniczeniem jest prąd ciągły, który nie układa się prawidłowo. Konstrukcja dźwiękowa obniża łączny prąd ciągły banku równoległego do około 90% zsumowanych wartości znamionowych BMS, ponieważ prąd nigdy nie rozdziela się idealnie pomiędzy rzeczywistymi pakietami z rzeczywistym-rozrzutem rezystancji wewnętrznej. W przypadku ciężarówki o zasięgu-80 V/500 Ah te 10%, które celowo zostawiamy na stole, to różnica między wszystkimi strunami poruszającymi się w promieniu kilku stopni od siebie a jedną struną, która spokojnie przetrzymuje więcej, niż wynosi jej udział.

Dobrze{0}}zaprojektowany pakiet od taniego różni się jeszcze jedną cechą: dobry LiFePO4 BMS zaczyna równoważyć ogniwa wcześnie, około 3,35–3,40 V na ogniwo, a nie u szczytu naładowania. Projekt, który czeka, aż ogniwa znajdą się blisko sufitu, aby się zrównoważyć, pokazuje, jak słabo jego twórca rozumie chemię. Ten próg lepiej świadczy o zakupie niż jakakolwiek specyfikacja marketingowa. Jednak sam próg nie powie Ci, czy pakiet-innej firmy utrzyma równowagętwójcykl pracy; pełna lista kontrolna, którą uruchamiamy, gdy kwalifikujemy przychodzącą partię komórek, pozostaje w naszym podzialeco właściwie oddziela jeden pakiet litu do wózków widłowych od drugiego.

Ładowanie również zachowuje się inaczej i karze najsłabsze ogniwo

Różnica w ładowaniu akumulatora szeregowego i równoległego powoduje wiele cichych uszkodzeń. W przypadku połączenia szeregowego ładowarka widzi jedno napięcie dla całego stosu, więc najsilniejsze ogniwo osiąga pełne ładowanie jako pierwsze, a balans sznurka musi go rozładować, podczas gdy najsłabsze ogniwo wciąż nadrabia zaległości; pomiń odpowiednie wyważanie, a w każdym cyklu będziesz systematycznie przepracowywać jeden koniec struny. W banku równoległym ryzyko się odwraca. Podłącz pakiety, które nie mają tego samego napięcia spoczynkowego, a wyższy zrzuca prąd do niższego w chwili zamknięcia łącza, zanim w ogóle zaangażuje się ładowarka. Rozwiązanie po obu stronach jest mało efektowne: przed podłączeniem okablowania należy doprowadzić każdy pakiet do tego samego stanu naładowania i użyć ładowarki dopasowanej do rzeczywistego napięcia systemu. To krok, w przypadku którego większość awarii w terenie, do których nas wezwano, została pominięta.

Co idzie nie tak w skali floty i dlaczego rzadko dotyczy to komórki

Na poziomie pojedynczego-zestawu nic z tego nie gryzie. Tryby awarii, które mają znaczenie, pojawiają się, gdy mnożysz paczki w całej flocie i prawie nigdy nie są to awarie chemii ogniwa; są to decyzje konfiguracyjne, które Cię doganiają.

Jedź autobusem równoległym. Głównym ryzykiem nie jest to, że przewód jest zbyt cienki dla normalnego obciążenia, ale to, co się dzieje, gdy BMS jednego pakietu ulegnie awarii z powodu zwarcia. W tej chwili pojedynczy kabel zasilający ten pakiet może zostać poproszony o przenoszeniełącznyprąd co drugiej paczki w autobusie. Każdy z sześciu pakietów ma znamionową wartość znamionową 100 A, jeden jest całkowicie za krótki, a jeden przewodnik wytrzymuje do 500 A, dla którego nigdy nie był wymiarowany. Co gorsza, jeśli jego rezystancja utrzymuje prąd tuż poniżej progu zadziałania każdego pakietu, który przetrwał, żadna z pozostałych jednostek BMS nie interweniuje, a drut po prostu się gotuje.

To jest cały powód, dla którego istnieje indywidualne-łączenie poszczególnych strun, a to właśnie „po prostu prowadź cięższy kabel” jest błędne. Kiedy zlecamy bankowi równoległemu, podział prądu w ciągach prawie nigdy nie powoduje stanu martwego-nawet pierwszego dnia; kilkuprocentowy rozrzut między strunami jest normalny i to właśnie ten rozrzut decyduje o tym, który przewodnik będzie najbardziej narażony, jeśli BMS odpuści. Jaki faktycznie rozmiar zabezpieczenia na-ciąg znaków zależy od liczby pakietów, charakterystyki przejazdu BMS i układu autobusu, i jest to jedyna liczba, którą wolimy oceniać na podstawie rzeczywistego-schematu jednoliniowego, niż zgadywać w artykule.

Strona szeregowa ma swoją własną pułapkę: problem-najsłabszego ogniwa. Ciąg szeregowy zachowuje się jak łańcuch, a pojedyncza-komórka o słabszych wynikach najpierw zostaje doprowadzona do granic swoich możliwości. Nawet raz obniż napięcie ogniwa poniżej około 2,8 V, a spowodujesz trwałe uszkodzenie; wystarczy jedno-zdarzenie nadmiernego rozładowania zgodnie z opublikowanymi limitami zastosowań ogniw litowych. Jest to dokładnie mechanizm, który nasi inżynierowie opracowują na poziomie pakietu, gdzieRównoważenie ogniw uniemożliwia najsłabszemu ogniwu ustawienie pułapu dla całego ciągu 80 V. Powiązane i równie kosztowne: mieszanie nowego pakietu w starym banku równoległym. Starszy pakiet o większym-oporze zmusza nowszy do wzięcia na siebie większości pracy i ciągłego obciążania go; nie otrzymasz średniej z tych dwóch, otrzymasz nowszy pakiet degradujący w kierunku starszego.

Seria-równoległa: jak faktycznie buduje się platformy 48 V i 80 V

Konfiguracja akumulatorów szeregowych-równoległych dla sprzętu 48 V lub 80 V rzadko wybiera jedną topologię; łączy je w sobie i tak, można łączyć akumulatory szeregowo i równolegle w tym samym czasie, jeśli robisz to zgodnie z projektem. Ciągi szeregowe są okablowane tak, aby osiągnąć napięcie platformy, a następnie te ciągi są połączone równolegle, aby osiągnąć pojemność. Szesnaście jednostek 12 V tworzy cztery ciągi szeregowe 48 V, które następnie łączą się równolegle w jeden-zespół 48 V o dużej pojemności, zasilający duży falownik lub układ napędowy. W tym miejscu ocena „4S4P maksimum” w arkuszu danych zasługuje na swoje uznanie: informuje, że kwalifikowana obwiednia składa się z czterech ciągów szeregowo i czterech z tych ciągów równolegle, co oznacza pułap napięcia i pułap pojemności w jednej liczbie. Na przykład koperta 4S4P zbudowana z bloków 12 V 200 Ah pozwala platformie 48 V zwiększyć pojemność do około 800 Ah bez opuszczania{{19}strefy kwalifikowanej przez producenta, co stanowi prawdziwą ścieżkę rozwoju, stosowaną przez operatorów flot w celu wydłużenia czasu pracy na dwie zmiany.

To ograniczenie 4S4P rodzi uczciwe pytanie: po co się na tym zatrzymywać, skoro fizyka pozwala na więcej? Część odpowiedzi ma charakter techniczny. W miarę wzrostu liczby ciągów równoległych staje się naprawdę coraz trudniej utrzymać równomierny przepływ prądu przez wiele równoległych ciągów, a większe banki podnoszą stawkę w powyższym scenariuszu martwego-krótkiego ciągu. Reszta to odpowiedzialność; twórca kwalifikuje kopertę, za którą może stanąć. A poza tą kopertą szczera rada jest bez ogródek: nie-buduj tego w terenie. Poza 4S4P zajmujesz się weryfikacją równoległego rozkładu prądu i zachowania przy awariach, do sprawdzenia których ogólny zespół konserwacyjny nie jest w stanie zweryfikować, i powinno to być wykonane w ramach kwalifikowanej konfiguracji niestandardowej, a nie improwizowanej na miejscu. Kiedy flota przekracza tę granicę, weryfikacja-rozpływu prądu jest pierwszą rzeczą, którą przeprowadzamy na stanowisku badawczym przed wysyłką pojedynczego pakietu. W szczególności w przypadku sprzętu 48 V warto przeczytać informacje o napięciu, ładowarce i kosztach-umożliwiających dokonanie tego wyboru, zanim podejmiesz decyzję; Przedstawiamy je w naszym przewodniku po zakupach platform 48 V.

Wybór konfiguracji dla przemysłowej siły napędowej

Usuń schematy okablowania, a decyzja będzie sprowadzać się do wymagań Twojego sprzętu, w następującej kolejności:

• Najpierw platforma napięciowa.Kontroler to dyktuje. Ciężarówka 48 V potrzebuje banku 48 V; budujesz go za pomocą ciągu szeregowego, kropka.
   
• Następnie pojemność, długość zmiany.Po ustaleniu napięcia równoległe łańcuchy wykupują czas pracy na całą zmianę lub dwie z możliwością ładowania okazjonalnego.
   
• Następnie tolerancja niepowodzeń.Jeżeli zablokowana jednostka zatrzymuje linię, warto świadomie zaprojektować redundancję konfiguracji równoległej.
   
• Następnie schemat ochrony.To jest ten, który nie sprowadza się do ogólnej zasady. Dopasowane pakiety i wczesne balansowanie to stawka przy stole; łączenie-ciągów, obniżanie wartości znamionowych prądu i koordynacja BMS, które utrzymują przy życiu zespół floty 80 V w warunkach rzeczywistych usterek, są dobierane w oparciu o konkretny projekt pojedynczej-linii, czyli rozmowę, którą należy przeprowadzić przed umieszczeniem pakietów w ciężarówce, a nie po.

Porównanie konfiguracji akumulatorów szeregowych i równoległych dla floty przemysłowej przestaje być abstrakcyjne w momencie dołączenia go do rzeczywistego cyklu pracy. Praca na trzech-zmianach-samochodem ciężarowym i korzystanie z holownika GSE w weekendy- dają różne odpowiedzi w oparciu o tę samą fizykę. Uzyskanie tego mapowania bezpośrednio na poziomie pakietu i BMS to w większości to, co odróżnia konwersję floty, która działa cicho, od takiej, która generuje połączenia telefoniczne o 2 w nocy. To część, którą wykonujemy w ramach kompilacji, a nie domysłów: Polinovel skonfigurował-zasilacze Motive zgodnie ze standardami CE, IEC, UL, UN38.3 i MSDS dla 100+ producentów OEM w 80+ krajach, z kontrolą jakości-komórek-pakietu w każdym urządzeniu. Jeśli wybierasz zestaw akumulatorów szeregowych-równoległych dla określonej platformy napięciowej i cyklu pracy,zacznij od rzeczywistych-wymagań Twojego sprzętu, współpracując z naszym zespołem inżynierówa nie z ogólnego arkusza danych.

Często zadawane pytania