Руководство по конфигурации блока аккумуляторов: как выбрать правильную конфигурацию S и P для литиевых аккумуляторов

Выбор правильной конфигурации аккумуляторного блока является важным при разработке индивидуального решения для литиевого аккумулятора. Способ подключения аккумуляторных элементов напрямую влияет на напряжение блока, емкость, выходную мощность и совместимость с конечным приложением.

 

Для владельцев брендов и производителей оборудования понимание конфигурации литиевых аккумуляторных батарей помогает убедиться, что система аккумуляторов соответствует требованиям продукта, будь то промышленное оборудование, морские применения, решения для мобильности или системы хранения энергии.

 

Конфигурация блока аккумуляторов в основном состоит из двух методов подключения: последовательное подключение (S), которое определяет напряжение, и параллельное подключение (P), которое определяет ёмкость и время работы.

 

Это руководство объясняет, как работают конфигурации S и P, распространенные настройки, такие как 12S и 16S, аккумуляторные блоки LiFePO4, и как выбрать правильную конфигурацию для вашего индивидуального проекта аккумулятора.

 

Что такое конфигурация аккумуляторной батареи?

 

Конфигурация блока аккумуляторов относится к тому, как отдельные элементы аккумулятора соединяются для достижения необходимого напряжения, емкости и производительности для конкретного применения.

 

В дизайне литиевых аккумуляторов, два основных метода соединения определяют характеристики аккумулятора:

• Последовательное соединение (S) увеличивает напряжение батареи 
• Параллельное подключение (P) увеличивает ёмкость батареи и время работы 

 

Объединяя различные конфигурации S и P, производители аккумуляторов могут разрабатывать персонализированные блоки аккумуляторов для различных применений, от портативных устройств до промышленного оборудования и систем хранения энергии.

 

Для брендов понимание конфигурации аккумуляторной батареи помогает убедиться, что выбранное решение для аккумулятора соответствует требованиям продукта по производительности, надежности и совместимости.

 

Понимание конфигурации серии (S)

Что означает "S" в аккумуляторных блоках?

В литиевом аккумуляторе, "S" обозначает конфигурацию серии, определяет количество аккумуляторных элементов, соединённых последовательно. При последовательном соединении элементов их напряжения складываются, а ёмкость батареи (А·ч) остаётся неизменной.

Для аккумуляторов LiFePO4 с номинальным напряжением элемента 3,2 В различные конфигурации последовательного подключения создают различные уровни напряжения:

Конфигурация серии	Номинальное напряжение
4S	12,8 В
8S	25,6 В
12S	38.4V
16S	51,2 В

 

Конфигурация серии определяет напряжение аккумулятора и должна выбираться на основе требований конечной системы продукта.

 

Например, многие приложения класса 48 В используют конфигурации батареек 16S LiFePO4, потому что они обеспечивают номинальную платформу напряжения 51,2 В, соответствующую общим требованиям системы.

 

Понимание параллельной конфигурации (P)

Что означает "P" в аккумуляторных блоках?

 

В литиевом аккумуляторном блоке "P" обозначает параллельную конфигурацию, которая определяет, сколько одинаковых цепочек элементов соединяются вместе для увеличения ёмкости и доступной энергии аккумулятора.

 

Когда аккумуляторные элементы соединены параллельно:

• Емкость аккумулятора (А·ч) увеличивается 
• Доступная энергия увеличивается 
• Напряжение батареи остаётся неизменным 

 

В отличие от конфигурации серии (S), которая определяет уровень напряжения аккумулятора, параллельная конфигурация в основном влияет на то, сколько энергии может хранить аккумулятор и как долго может работать продукт.

 

Соотношение может быть выражено как:

Емкость батареи = Емкость элемента × Количество параллельных строк

 

Для индивидуальных решений с литиевыми аккумуляторами производители могут изменить параллельную конфигурацию в соответствии с необходимым временем работы, энергетической ёмкостью и требованиями к продукту, сохраняя при этом ту же платформу напряжения.

Как настройка параллельного подключения влияет на ёмкость аккумулятора

Например, используя аккумуляторы LiFePO4 на 100Ач:

 

Конфигурация	Напряжение	Вместимость	Энергия
16S1P	51,2 В	100 Ач	5,12 кВт·ч
16S2P	51,2 В	200Ач	10.24 кВт·ч

 

Обе конфигурации используют одинаковое соединение серии 16S, поэтому напряжение аккумулятора остаётся на уровне 51,2 В.

 

Разница в параллельной конфигурации:

 

• 16S1P использует одну параллельную строку и обеспечивает меньшую вместимость
• 16S2P использует два параллельных стека и предоставляет вдвое большую емкость

 

Это означает, что батарейный блок 16S2P может хранить больше энергии и обеспечивать более длительное время работы без изменения платформы напряжения, необходимой для оборудования.

 

Для брендов, разрабатывающих продукты, работающие от батареек, увеличение параллельной конфигурации обычно рассматривается в том случае, если продукт требует более длительного времени работы, большей ёмкости накопления энергии или меньшей частоты зарядки.

 

Однако добавление большего количества параллельных строк также увеличивает размер батареи, вес и стоимость. Следовательно, окончательная конфигурация должна быть выбрана на основе фактических требований к продукту, условий установки и позиционирования целевого рынка.

 

Общие конфигурации литиевых аккумуляторных батарей

 

Разные приложения требуют разных конфигураций литиевых аккумуляторных блоков в зависимости от их напряжения, ёмкости и требований к производительности.

 

Для аккумуляторов LiFePO4 общие последовательные конфигурации включают 4S, 8S, 12S и 16S аккумуляторные блоки. Изменяя количество ячеек, соединённых последовательно и параллельно, производители могут создать аккумуляторные решения с разными уровнями напряжения и ёмкостью энергии.

 

Таблица ниже показывает несколько широко используемых конфигураций литиевых аккумуляторов:

 

Конфигурация	Номинальное напряжение	Типичные применения
4S	12,8 В	Кемпинг, морские системы, переносное оборудование
8S	25,6 В	Промышленное оборудование, малые электрические системы
12S	38.4V	AGV, робототехника, оборудование для мобильности
16S	51,2 В	Системы хранения энергии, ИБП, промышленные приложения

 

Аккумуляторная батарея 12С использует 12 Ячейки LiFePO4 подключены последовательно для обеспечения номинальной напряжения 38,4 В, что делает их подходящими для применений, требующих баланса между мощностью и размером системы.

 

Аккумулятор 16S LiFePO4 использует 16 элементов, соединенных последовательно, чтобы обеспечить номинальную напряжение платформы 51,2 В, которая широко используется в системах литиевых аккумуляторов класса 48 В, включая накопитель энергии и промышленных приложениях.

 

Помимо настройки серии, производители аккумуляторов также могут изменить параллельную конфигурацию, чтобы увеличить емкость и время работы, сохраняя при этом необходимую платформу напряжения.

 

Например, аккумуляторная батарея 16С может быть настроена с различными параллельными конфигурациями для удовлетворения различных требований к энергии без изменения системного напряжения.

 

Как выбрать правильную конфигурацию аккумуляторного блока?

 

Для брендов продуктов, работающих от батареек, выбор правильной конфигурации батарейного комплекта — важное решение, которое напрямую влияет на производительность продукта, опыт пользователя и позиционирование на рынке.

 

Лучшее решение для аккумулятора не всегда является тем, у которого самая высокая емкость или самый большой размер батареи. Вместо этого брендам нужно выбрать конфигурацию, соответствующую их требованиям к продукту, включая ожидаемое время использования, потребность в мощности, размер продукта, целевую стоимость и потребности в будущем расширении.

 

Типичный процесс выбора начинается с определения необходимого напряжения, расчёта необходимой ёмкости энергии, оценки требований к мощности и подтверждения совместимости с полной системой.

Определите необходимое напряжение (серийная конфигурация – S)

 

Первым шагом при выборе конфигурации аккумулятора является определение необходимой электрической платформы для продукта.

Конфигурация серии определяет напряжение аккумулятора и должна соответствовать требованиям конечного приложения. Выбор правильной платформы напряжения помогает обеспечить совместимость продукта и избежать возможной переработки во время разработки.

Например, многие приложения класса 48 В используют конфигурации батареек 16S LiFePO4, которые обеспечивают платформу с номинальным напряжением 51,2 В, подходящую для широкого спектра применений в области хранения энергии и промышленности.

При работе с поставщиком аккумуляторов бренды должны подтвердить необходимую платформу напряжения на ранней стадии разработки, чтобы убедиться, что решение с аккумулятором соответствует требованиям продукта.

Определите необходимую ёмкость аккумулятора (параллельная конфигурация – П)

 

После подтверждения платформы напряжения, следующий шаг — определение количества энергии, которое аккумулятор должен хранить.

 

Емкость аккумулятора в основном определяет, как долго продукт может работать или какое количество энергии он может предоставить.

 

Базовый расчет:

 

Необходимая энергия (кВт·ч) = Потребление мощности (кВт) × Время работы (ч)

 

Например, если продукт для хранения энергии в жилом доме должен обеспечивать 5 кВт·ч полезной энергии, система аккумуляторов 51,2 В потребует примерно:

 

5000Вт·ч ÷ 51,2В ≈ 100А·ч

 

Если требуется большее количество энергии, дополнительные модули аккумуляторов можно подключить параллельно для увеличения общей емкости.

 

Однако увеличение ёмкости аккумулятора также влияет на стоимость продукта, его размер, вес и требования к установке. Для брендов цель заключается не в том, чтобы максимизировать ёмкость батареи, а в том, чтобы найти конфигурацию, которая лучше всего соответствует потребностям клиентов и позиционированию продукта.

Оцените требования к питанию и работу аккумулятора

Емкость определяет, как долго продукт может работать, но она не полностью определяет, может ли батарея обеспечить необходимую производительность.

 

Некоторые приложения требуют более высокой мощности, особенно продукты, использующие двигатели, инверторы, или другие компоненты с резким спросом на энергию.

 

Например, система хранения энергии для дома может иметь достаточную вместимость для ежедневного потребления энергии, но аккумулятор всё ещё должен обладать достаточной способностью к разряду, чтобы поддерживать высокомощную бытовую технику во время аварийного питания.

 

Следовательно, бренды должны подтвердить как ожидаемое энергетическое потребление, так и пиковую мощность при выборе решения аккумулятора. Решение аккумулятора должно обеспечивать достаточную выходную мощность для поддержки эксплуатационных требований продукта.

Подтвердите совместимость BMS и зарядки

Для индивидуальных решений с аккумуляторами, батарейный блок, БМС, и система зарядки должны работать вместе как полностью решение.

 

Вместо того, чтобы выбирать эти компоненты отдельно, бренды должны сотрудничать с опытным поставщиком аккумуляторов, чтобы убедиться в совместимости аккумуляторной системы с требованиями конечного продукта.

 

Надежный партнёр по аккумуляторам может помочь оценить необходимую конфигурацию, решение для зарядки и совместимость системы в ходе процесса разработки, сокращая проблемы интеграции и повышая надёжность продукта.

Рассмотрите позиционирование продукта и среду применения

 

Конфигурация аккумулятора также должна соответствовать стратегии окончательного продукта.

 

Портативный продукт хранения энергии может приоритизировать компактный размер и удобство транспортировки, тогда как промышленная система хранения энергии может больше внимания уделять большей вместимости и долгосрочной надежности.

 

Размер продукта, условия установки, требования целевого рынка и потребности в сертификации должны быть рассмотрены до окончательного выбора решения для аккумулятора.

 

Оценивая эти факторы на ранних этапах разработки продукта, бренды могут снизить риски переработки и создать аккумуляторный продукт, лучше соответствующий ожиданиям клиентов.

Настройте решение для правильного комплекта аккумуляторов с ACE Battery

Выбор правильной конфигурации батареи требует больше, чем выбор напряжения и емкости. Аккумулятор ACE помогает брендам разрабатывать индивидуальные решения для литиевых аккумуляторов на основе требований к продукту, включая потребности в энергии, условия применения и совместимость системы.

 

От проектирования конфигурации и интеграции BMS до тестирования и поддержки в производстве, ACE Battery помогает превратить идеи продуктов в надежные аккумуляторные решения.

 

Свяжитесь с ACE Battery, чтобы обсудить ваши индивидуальные требования к аккумуляторной батарее.