Sarja Versus Parallel Battery Connection: Tekninen ja ostoopas 2026

Se mikä itse asiassa menee pieleen, ei ole koskaan johdotus

Johdotus on helppo osa. Positiivisesta negatiiviseen nostaa jännitettä, positiivisesta positiiviseen lisää kapasiteettia, ja kuka tahansa lattiallasi oleva sähköasentaja voi suorittaa kumman tahansa järjestelyn oikein ensimmäisellä yrityksellä. Se, mikä tekee sarja- ja rinnakkaiskytkentäpäätöksestä käyttövoiman kannalta merkityksellisen, on se, että molemmat polut voivat tuottaa paperilla samat kilowatti{2}}tunnit, eikä niiden välinen ero tule esiin käyttöönoton aikana. Se tulee esiin jossain vuonna kaksi tai kolmantena, selittämättömänä käyttöajan menettämisenä, sisaruksiaan nopeammin ikääntyvänä pakettina tai BMS:nä, joka alkaa kompastua käyttöjakson alaisena, jonka se hoiti hyvin, kun laivasto oli uusi.

Tuo viive on koko ongelma. Kun oireet ilmaantuvat, topologia hitsataan laitteistoon, kaapelit katkaistaan, laturit ostetaan ja päätöksen peruuttamisesta aiheutuu kaluston{1}}laajuinen jälkiasennus. Joten hyödyllinen kysymys ei ole, mikä kokoonpano lisää jännitettä ja mikä lisää kapasiteettia. Se on se, millä kokoonpanolla laitteistosi, vuorokuviosi ja huoltokykysi voivat kestää kolmen tuhannen syklin jälkeen.

Viisi muuttuvaa ulottuvuutta ja vain viisi

Ennen kuin menet mihinkään hyödylliseen, kannattaa pakata vakioselitys sellaiseksi, jonka voit skannata kerran ja lopettaa uudelleenlukemisen. Kaikki sarja- ja rinnakkaisliitäntöjen muutokset jakautuvat viiteen ulottuvuuteen.

Käytettävissä oleva kokonaisenergia on kummassakin tapauksessa identtinen samalle pakkausmäärälle, minkä vuoksi pelkkä aritmetiikka ei koskaan kerro, mitä tehdä. Kahdella viimeisellä rivillä päätös todella elää, ja ne ovat ne kaksi riviä, joiden ohi-kuluttajat näkevät akkusarjojen ja rinnakkaisjohdotuksen vertailut. Solumäärä ja kemia ratkaisevat loput: 48 V:n LiFePO4-alusta laskeutuu 15–16 soluun sarjassa, mikä on syytä tietää ennen kuin alat pohtia, kuinka monta pakkausta tämän merkkijonon ympärillä on. Jos olet edelleen korjaamassa itse jännitealustaa, mukautetun paketin takana olevat jännite- ja kapasiteettitavoitteet ovat alkupään päätös.

Miksi korkeampi jännite yleensä voittaa käyttövoiman

Materiaalinkäsittelyssä ja teollisuusajoneuvoissa sarjan{0}}painotettu vastaus on useimmiten oikea, ja syynä on ennemminkin johtavuushäviö kuin akussa.

Alla oleva aritmetiikka on johdettu kahdesta suhteesta sen sijaan, että se olisi mitattu testipenkillä, joten oletuksilla on merkitystä: se pitää virran ja toimitetun tehon kiinteinä suureina, käsittelee johdin- ja päätevastusta vakiona ja jättää huomioimatta lämpötilan toisen kertaluvun resistanssiin. Tältä pohjalta teho on jännitteen ja virran tulo tarkoittaa, että 9,6 kW:n kulutus 48 V:lla vetää noin 200 A, kun taas sama 9,6 kW 24 V:lla vetää noin 400 A. Johtohäviö skaalautuu virran neliön mukaan, joten virran kaksinkertaistaminen samalla toimitetulla teholla noin nelinkertaistaa häviön jokaisessa johtimessa, korvakkeessa, kontaktorissa ja sulakkeenpitimessä pakkauksen ja moottorin välillä. Siirrä sama kuorma 48 V:sta 80 V:n alustalle, jolloin virta putoaa noin 40 prosenttia, mikä vähentää johtimien häviötä noin kahdella -kolmasosalla. Se energia ei katoa. Siitä tulee lämpöä päätepisteissä, missä liitosresistanssi elää ja kasvaa ajan myötä.

Käytännön seuraukset ovat epähohtoisia ja kalliita. Raskaammat johtimet maksavat enemmän, painavat enemmän ja niitä on vaikeampi reitittää lyijy-happotiilen ympärille mitoitetun paristotilan läpi. Kontaktorit vaihtavat suurempaa virtaa kuluvat nopeammin. Ja huippukuormituksen alainen jännitteen lasku vaikuttaa suoraan suorituskykyyn: vastapainotrukissa merkittävä jännitehäviö raskaan noston aikana muuttuu hitaammaksi nostoksi, jonka kuljettaja kokee kuorma-auton väsyneen kauan ennen kuin mikään rekisteröidään viaksi. Tämä on keskeinen syy, miksi trukkien ja AGV-järjestelmien sarja- ja rinnakkaisliitännät pyrkivät erottumaan sarjan puolelle samalla energialla. Tästä syystä myös48V ja 80V alustat sähkötrukkien akkujen takanaon rakennettu pitkien sarjajonojen ympärille eikä leveiden rinnakkaisten pankkien ympärille.

Tietysti on raja. Sarjajonoja rajoittaa laitteen ohjaimen, kontaktorien ja eristysjärjestelmän mitoitus, tiettyjen tasajännitteiden yläpuolella sovellettava turvallisuusjärjestelmä ja se, että yksi merkkijono tarkoittaa yhtä vikakohtaa. Mikä johtaa kysymykseen, johon kukaan tässä tilassa ei vastaa suoraan.

Kysymys, johon kukaan ei vastaa: Kuinka monta pakkausta voit rinnakkain?

Kysy toimittajalta, niin saat yleensä numeron, neljä, joskus kahdeksan, ilman selitystä. Tämä määrä tekee kahta työtä kerralla: se on osittain suunnitteluraja ja osittain takuuraja. Kun sitä käsitellään fysiikkana, kun se on politiikkaa, tai politiikkana, kun se on fysiikkaa, laivastot päätyvät pankkeihin, jotka eivät koskaan toimineet.

Aloita selvittämällä sekaannusta, joka esiintyy melkein jokaisessa tätä aihetta käsittelevässä artikkelissa. Kennotoimittajien pariliitoskriteerinä laajasti mainitsemat luvut, jännite-ero 10 mV:n sisällä, sisäinen vastusero 5 mΩ:n sisällä, kapasiteettiero 20 mAh:n sisällä, kuvaavatsolujen lajittelu tuotantolinjallakun valitaan, mitkä solut menevät yhteen pakkaukseen. Ne eivät ole kenttäkynnys kahden valmiin paketin yhdistämiselle, ja valmis paketti ei koskaan ole 10 mV:n sisällä toisesta viikon käytön jälkeen. Tuotantotoleranssin soveltaminen käyttöönottotehtävään aiheuttaa sen, että jotkut laivastot päättelevät virheellisesti, että rinnakkaisuus on mahdotonta.

Kenttäraja ei ole ollenkaan vakio. Se lasketaan, ja laskenta on riittävän lyhyt leikepöydälle suoritettavaksi.

Syöttövirta kytkentähetkellä on yhtä suuri kuin tulevan merkkijonon ja väylän välinen jännite-ero jaettuna silmukan kokonaisresistanssilla. Koska kokonaisvastus laskee, kun lisää merkkijonoja, pahin tapaus pahenee jokaisen lisäämäsi paketin myötä, minkä vuoksi arvosanat on tarkastettava pahimman tapauksen perusteella kahden{1}}pakkauksen sijaan (Orion BMS).

Selvitetty numeroilla kahdelle 48 V 300 Ah:lle: oletetaan, että sisäinen resistanssi on noin 15 mΩ pakettia kohden ja 5 mΩ kaapeloinnin ja päätteiden yli, jolloin silmukan ympärille jää noin 35 mΩ. Jos sitova rajoitus olisi kontaktori, esimerkiksi 300 A:n syöttöjännite, sallittu jännite-ero olisi noin 10 V, mikä on turhaan salliva vastaus. Sitova rajoite on melkein aina akku sen sijaan: suojus keskinäinen lataus 0,2C:ssa tai 60A 300Ah:n paketissa, ja sallittu ero putoaa noin 2V:iin. Huomaa, että 0,2 C on konservatiivinen aloituspiste vakion sijaan, samoin 15 mΩ on huoneen lämpötilan arvio. Luku, jota sinun pitäisi itse asiassa käyttää, tulee kennovalmistajan enimmäislatausnopeudesta pakkauksen käyttölämpötilassa, ja se liikkuu, kun pakkauskoko, kaapeli kulkee tai kontaktori muuttuu.

Mikä antaa sinulle jotain hyödyllisempää kuin kynnys. Seuraavan kerran, kun toimittaja ilmoittaa sinulle rinnakkaisrajan, voit kysyä, kumpi näistä kahdesta rajoituksesta aiheutti sen ja minkä sisäisen resistanssin, kontaktorin nimellisarvon ja latauksen{1}}katon se oletti. Yllä olevasta laskelmasta johdettu luku voidaan puolustaa. Luku, jota ei voida jäljittää kumpaankaan rajoitukseen, on takuuraja insinööriasussa.

Kaksi muuta rajaa on aritmeettisen takana. Kiertovirta eli virta, joka virtaa pakettien välillä eikä kuormaan ja jota ohjaavat erot lataustilassa, lämpötilassa, sisäisessä resistanssissa ja iässä, voi vaikeissa tapauksissa ylittää vain kuormitusvirtaa varten mitoitettujen suojalaitteiden arvot, ja DC--oikosulku laajassa paneelissa syötetään joka merkkijonolla kerralla. Ja laaja rinnakkaisjärjestelmä tarvitsee kerrostetun hallinnan: solu-tason BMS jokaisen paketin sisällä, koordinoivan kerroksen sen yläpuolella ja valvontatoiminnon, joka päättää, mitkä merkkijonot osallistuvat. Kumpikaan ei ole jälkiasennettavissa, kun pankki toimii jo väärin.

Yksi korjaus standardikehykseen, koska se muuttaa mitoitusmatematiikkaa: rinnakkaistaminen ei lisää kapasiteettia luotettavasti aritmeettisessa mielessä. Käytettävissä olevaa kapasiteettia rajoittaa se, kumpi merkkijono saavuttaa ensin lataus- tai purkausrajansa, joten jokainen epäjohdonmukaisuusyksikkö tulee suoraan pois tehokkaasta järjestelmäkapasiteetista. Neljä pakkausta rinnakkain antaa sinulle jotain vähemmän kuin neljä pakkausta käyttökelpoista energiaa, ja ero kasvaa iän myötä.

Kaiken tämän alla oleva käyttäytyminen on pikemminkin mitattavissa kuin mystinen. Kuuma-kiertovirta rinnakkaisessa litiumjärjestelmässä on mallinnettu hermo-verkkomenetelmillä ja validoitu kokeellisesti noin kuuden prosentin sisällä mitatuista arvoista (MDPIElektroniikka), ja nykyinen-jakamisdynamiikka rinnakkaisissa-yhdistetyissä paketeissa on kuvattu yksityiskohtaisesti kontrollikirjallisuudessa (arXiv preprint 2211.04961). Huomaa myös, että vain järjestelmän sarjaan liitetty osa{1}}vaatii aktiivisen tasapainotuksen. Suoraan rinnakkaiset solut tasaavat oman yhteyden kauttaan, minkä vuoksisolujen tasapainotuskäyttäytyminenja merkkijonojen välinen kiertovirta{0}} ovat kaksi erillistä ongelmaa, joista keskustellaan yhtenä.

Mitä yllä oleva laskelma ei voi antaa sinulle, on siihen lisättävät vastusarvot. Sisäinen vastus vaihtelee solun muodon, iän ja lämpötilan mukaan, ja tietolomakkeen luku on tuore-soluluku 25 asteessa. Pidämme mitattuja vastuskäyriä muodoille, joilla rakennamme, ja niiden sovittaminen tiettyyn käyttöjaksoon on osa tätä keskustelussa eikä leikepöydällä.

Kun yksittäinen kieli voittaa minkä tahansa rinnakkaisen mallin

Väittelemme laajempaa pankkia vastaan ​​useammin kuin asiakkaat odottavat, joten kannanotto kannattaa kirjata.

Akkujärjestelmien suunnittelun oletusasetus on yksi sarja merkkijono aina, kun sovellus sen sallii. Se on alhaisin-kustannus, yksinkertaisin hallita, ja se eliminoi kaikki yllä kuvatut merkkijonojen väliset ongelmat. Useat rinnakkaiset merkkijonot ovat perusteltuja rajoitetuissa olosuhteissa: kun redundanssi on kova vaatimus, koska laitteistoa ei voida antaa pysähtyä; kun Hot-swap-toimintoa tarvitaan, kuten keskeytymättömässä tai jatkuvassa{5}}miehitetyssä toiminnassa; ja kun ainoat saatavilla olevat solut vaaditussa muodossa tulevat valmiiksi-koottuna merkkijonoiksi, joita ei voida rinnastaa solutasolla.

Useimmiten väärin arvioitu poikkeus on ensimmäinen. Redundanssi oletetaan usein pikemminkin kuin määritelty. Kaluston päällikkö perustelee, että kuorma-auton pysähtyminen kesken -vuoron ei ole hyväksyttävää, ja päättelee, että redundanssia tarvitaan. Mutta rinnakkaispankki tuottaa redundanssia vain, jos järjestelmä pystyy havaitsemaan epäonnistuneen merkkijonon, eristämään sen ja jatkamaan toimintaansa alennetulla kapasiteetilla, mikä on ohjausvaatimus eikä johdotus. Johdotuspaketit rinnakkain ilman tätä kykyä ostavat rinnakkaisen-raskaan teollisuussarjan monimutkaisuuden verrattuna rinnakkaiseen akkuliitäntään, eikä saatavuudesta ole mitään. Näiden tapausten ulkopuolella laaja pankki on yleensä ratkaisu pakkausrajoitukseen eikä suunnittelun valintaan, ja se on tunnustettava sellaisena.

On myös hiljainen hinta, jota harvoin lasketaan. Jokainen ylimääräinen pääte lisää vastusta, ja useista paketeista rakennettu pankki moninkertaistaa päätteet nopeasti: pelkkä neljän-solun järjestely sisältää kahdeksan kosketinrajapintaa, joista jokainen edistää vastustusta ja jokainen on ehdokkaana huonontumiseen (Battery University BU-302). Skaalaa tämä logiikka kuudentoista{1}}pakettipankkiin, niin yhteysbudjetti lakkaa olemasta pyöristysvirhe. Oma sisäinen tavoitteemme valmiille motiivi-tehopakkaukselle on alle 50 mΩ:n kokonaisresistanssi ja yksittäiset liitännät ovat 0,5–2 mΩ alueella, ja leveät rinnakkaisryhmät tekevät kohteen pitämisestä jatkuvasti vaikeampaa.

Vuoden{0}}kaksi ongelmaa

Kaikessa yllä olevassa oletetaan, että pakkaukset ovat yhdenmukaisia. Ne ovat toimituksessa. Se osa, jota melkein kukaan ei kirjoita ylös, on se, mitä sen jälkeen tapahtuu.

Pakkaukset, jotka jättävät hyvin-hallitun tuotantolinjan tiukoilla toleransseilla, ajautuvat erilleen käytössä, ja noin vuosi todellista käyttöä riittää, jotta levityksestä tulee toiminnallisesti merkityksellinen. Ympäristön lämpötila vaihtelee kuorma-auton pysäköinnin mukaan. Käyttömäärät vaihtelevat sen mukaan, mikä kuljettaja piirtää minkä ajoneuvon. Maksumahdollisuus vaihtelee vuorittain. Tuloksena on pankki, jonka merkkijonot eivät enää ole samassa varaustilassa tai samassa sisäisessä resistanssissa, ja niitä yhdistää erittäin alhainen-vastuspolku, mikä on täsmällinen tila, joka tuottaa jatkuvan keskinäisen latauksen pakettien välillä.

Tämän tuottama vikatila on riittävän ristiriitainen todetakseen suoraan: yhteensopimattomassa rinnakkaispankissa vahvat paketit hajoavat nopeimmin. Ne kuljettavat enemmän kuormavirtaa, koska niiden vastus on pienempi, ne absorboivat kiertovirtaa, kun muut putoavat, ja ne kerääntyvät nopeudella, jota heikot pakkaukset eivät koskaan saavuta. Paketti, josta olisit panostanut, epäonnistuu ensin, ja koska pankki toimittaa käyttökelpoista tehoa koko ajan, mikään ei kerro ongelmasta ennen kuin kapasiteetti on jo loppunut.

Tästä syystä "lisää vain uusi paketti pankkiin" on yleisin yksittäinen näkemämme virhe. Kahdeksantoista kuukautta ajautunut pankkiin tuotu uusi pakkaus ei ole kapasiteetin lisäys. Se on suuri potentiaaliero erittäin alhaisella-resistanssipolulla, ja se kuuluu yllä olevaan käynnistyslaskelmaan, ennen kuin kukaan koskettaa kontaktoria. Jos paketti on otettava uudelleen käyttöön, aseta se ensin sovitettuun avoimen-piirin jännitteeseen ja noudata samaa ohjetta, olipa kyseessä sitten uusi yksikkö tai aiemmin eristetty merkkijono, joka palaa verkkoon. Katsomassaelämän-loppu-signaaleja ikääntyvässä paketissaRinnakkaispankissa on enemmän merkitystä kuin yhdessä merkkijonossa, juuri siksi, että pankki piilottaa ne.

Asettelu ja lämpö: kaavion takana oleva rajoitus

Paperille valitusta topologiasta tulee fyysinen kohde, ja fyysisillä kohteilla on lämpötilagradientteja.

Ilma-jäähdytteisissä pakkauksissa käytetään joko sarja- tai rinnakkaisia ​​tuuletusreittejä, ja terminologia törmää hämmentävästi sähkösanaston kanssa kuvaillessaan jotain täysin erillistä. Sarjassa ilmavirtausreitillä ilma tulee sisään toiselta puolelta ja poistuu toiselta kuljettaen varhaisista moduuleista poimittua lämpöä myöhemmille ja tuottaen lämpötilan, joka jakautuu pakkaukseen. Yhdensuuntainen ilmavirtausreitti ohjaa ilman moduulien välillä, jolloin se nousee tasaisemmin ja pitää leviämisen tiukemmin. Kotelon keskellä olevat moduulit keräävät lämpöä; moduulit reunoilla irrottavat sen. Koska sekä sisäinen vastus että kapasiteetti vaihtelevat lämpötilan mukaan, epätasainen lämpöasettelu aiheuttaa juuri sen epäjohdonmukaisuuden, jota sähkösuunnittelusi yriti välttää. Tämä on syylämmönhallinta-arkkitehtuurikuuluu topologiakeskusteluun eikä sen jälkeen.

Seuraa kaksi asettelusääntöä. Jokaisessa rinnakkaishaarassa tulee olla poikkeuksetta identtinen sarjakokoonpano, koska epäsymmetriset haarat takaavat kiertovirran ennen kuin paketti on edes otettu käyttöön. Ja rinnakkaisten pakettien ja yhteisen virtakiskon välisten kaapelien pituuksien tulee olla yhtä suuret, joten kulkuresistanssi ei hiljaa nimeä yhtä pakettia työhevoseksi. Molemmat ovat halpoja saada oikein suunnittelun aikana ja käytännössä mahdotonta korjata jälkikäteen.

Lämpötila muuttaa myös lukuja, joita luulit omistavasi. Elintarvikkeiden-jakeluasiakas Meksikossa käyttää LiFePO4-kuormalavatukipakkauksiamme kylmässä noin -18 asteen lämpötilaan asti, ja pakkaukset pitävät tehon ilman huomattavaa pudotusta. Mutta virran jakaminen rinnakkaisten merkkijonojen välillä siinä lämpötilassa ei toimi kuten 25 asteessa, koska sisäinen vastus kasvaa ja vastuksen leviäminen pakettien välillä levenee sen mukana. Aiemmassa laskelmassa käytetty 15 mΩ:n luku on huoneen{11}}lämpötilaluku. Pakastinkäytävässä se on optimistinen ja sallittu jännite-ero liitännässä kiristyy vastaavasti. Pankki, joka jakaa virtaa hyväksyttävästi sekalämpöisessä varastossa, voi jakaa sen huonosti kylmävarastossa.

Kolme konfiguraatiota, tehty läpi

Seuraavassa on kolme yleisimmin näkemäämme mallia ja kuinka sarja ja rinnakkainen akkuliitäntä ratkaistaan ​​kussakin.

Kaava kaikissa kolmessa on sama: saavuta energiatavoite ensin kennomuodon ja sarjajännitteen avulla ja käsittele rinnakkaisia ​​merkkijonoja tietyn toiminnallisen syyn vuoksi sen sijaan, että se olisi oletusreitti lisää amp{0}}tunteja. Jos lokeron geometria tekee sen mahdottomaksi, rajoite tulisi nimetä rajoitukseksi spesifikaatiossa sen sijaan, että se imeytyisi hiljaa suunnitteluun. Tämä on myös nopein tapa selvittää, onko akäyttövoiman akkualuevoi saavuttaa tavoitteen ilman mukautettua rakennetta.

Sen määrittäminen toimittajalle

Kun topologian suunta on selvä, lähettämäsi spesifikaatio määrittää, saatko käyttömäärääsi varten suunnitellun pakkauksen vai luettelotuotteen, jonka jännite on merkitty etikettiin. Kuusi tuloa tekevät eron:

• Laitteen nimellisjännite ja säätimen hyväksyttävä jänniteikkuna, ei vain nimellisluku
• Huippuvirranotto syklin raskaimman toiminnan aikana ja sen kesto
• Akkutilan mitat ja suurin sallittu pakkauspaino
• Vaihtokuvio ja käytettävissä olevat maksuikkunat, mukaan lukien se, onko mahdollisuutta veloittaa
• Käyttölämpötila-alue, kylmäsäilytys-tai altistuminen ulkokäyttöön
• Kestääkö laite pisteen, joka määrittää, onko redundanssi todellinen vaatimus vai olettamus

Takaisin esittämäsi kysymykset ovat arvokkaampia kuin lähettämäsi spesifikaatiot, koska jokainen niistä suodattaa erilaisen toimittajan. Kysymys, mihin lainattu rinnakkaisraja perustuu, erottaa sen laskeneet toimittajat niistä, jotka ovat perineet sen tietolomakkeesta. Kysymällä, mikä sisäinen vastus ja kontaktorin arvo laskettiin, kertoo, onko joku katsonut laitettasi yleisen kotelon sijaan. Nopein tapa selvittää, onko toimittaja rakentanut monimerkkijonojärjestelmiä vai vain myynyt niitä, kysymällä, miten merkkijonot kommunikoivat, onko pakettitason BMS:n yläpuolella koordinoiva kerros vai vain useita paketteja, jotka jakavat virtakiskon ja toivovat. Ja jos pyydät dokumentoitua menettelyä yksittäisen pakkauksen uudelleen käyttöön ottamiseksi, voit kertoa, onko heidän koskaan tarvinnut tukea sellaista kentällä, koska menettely kirjoitetaan vasta ensimmäisen kerran, kun se menee pieleen.

Suoritamme samat neljä kysymystä itseämme vastaan ​​ennen kuin lainaamme mitä tahansa moni-pakettijärjestelmää, ja aiemmin viitatut vastuskäyrät ja uudelleen käyttöönottomenettely ovat prosessin tuottamia. Sarja- ja rinnakkaisliitäntöjen saaminen oikeaan tiettyyn käyttöjaksoon on silloin, kun tämä työ tapahtuu, mikä on mitämukautettu pakkauskokoonpanoon varten.

FAQ

Jos olet mitoittamassa monipakkausjärjestelmää tietylle kalustolle ja haluat, että kokoonpano tarkistetaan ennen sen vahvistamista,keskustele suunnittelutiimimme kanssa.