直列電池と並列電池: パック内の変更点と、その後のコスト

同じ蓄積エネルギーを 2 つの異なる方法で分割

2 つの同一の 12V 100Ah パックを組み合わせると、常に同じ 2,400 ワット-時間のエネルギーが得られます。実際にどのような直列配線と並列配線が決定されるかは、どうやってこれらのワット-時間は、より多くの電圧またはより多くのアンペア-時間として供給されます。2 つのパックを直列に配線すると、100Ah で 24V が得られます。並列に配線すると、200Ahで12Vが得られます。エネルギーの合計は決して変化しませんでした。電圧-と-の分割のみが行われました。

この 1 つのアイデアが、電話や懐中電灯の直列と並列のバッテリー構成の違いに関する最も混乱の始まりと終わりの場所です。分ではなくシフトで測定されるデューティ サイクルを実行するものについては、興味深い部分は算術ではありません。これは、3 パック目、40 サイクル目に起こることであり、ある朝、細胞のバランスが崩れます。このガイドはその部分を中心に構築されています。最初に生エネルギーの計算が必要な場合は、動力電力サイジングにおける mAh{0}} から -Wh への変換の内訳-きれいにカバーします。

直列スタッキング: 電圧は上昇しますが、電流は維持されます

直列ストリングとは、機器のコントローラが予期する電圧に達するまで、あるパックのプラス端子と次のパックのマイナス端子を接続する端から端までの接続です。電圧は加算されます。アンペア時間定格はそうではありません。 4 つの 12V ユニットを直列に接続すると、単一ユニットの定格と同じ 48V バンクが得られます。

シリーズは、プラットフォームの電圧に到達する方法です。 48V ゴルフ-車のドライブトレイン、36V トローリング コントローラー、24V インバーター、これらはどれも容量いっぱいで動作しません。これらは電圧で動作し、バッテリーの直列接続は、低電圧ブロックからその電圧を構築する唯一の方法です。-目標を達成すること以外の利点は、電圧が高くなると、同じ電力で消費する電流が比例して少なくなるため、ケーブル損失が低下し、導体がより低温で動作することです。重負荷を押し込む直列構成のバッテリーバンクでは、4分の1の電圧で同じ仕事をする並列同等のバッテリーバンクよりもI²R発熱が大幅に低くなります。

早めに名前を付ける価値のある厳しい上限があります。直列ストリングが約 50V を超えると、アークと衝撃のリスクが発生するため、本格的な予防策と絶縁された工具が必要となる領域に入ります。 12V ユニット 4 台以下では、安全マージンが十分に確保されます。それ以上では、48V-plus システムにふさわしい敬意を持って文字列を扱います。その 50V ラインは社内ルールではありません。これは、産業用低電圧安全慣行が日常的な DC 作業と手順が必要な作業を区別するために使用するしきい値です。-

並列スタッキング: 容量は増加、電圧は維持

並列配線では、すべてのプラスとすべてのマイナスが一緒に接続され、通常はデイジー チェーンではなく共有バスバーに接続されます。電圧は一定のままです。アンペア-時間のスタック。 3 つの 12V 100Ah パックを並列に接続すると、300Ah で 12V が得られ、その電圧での実行時間は約 3 倍になります。

 

動き続ける必要がある機器にとってバッテリーの並列接続が魅力的な理由は 2 つあります。 1 つ目は実行時です。コントローラーが調整されている電圧に触れることなくスタミナを追加できます。 2つ目は冗長性です。 1 つのパックがオフラインになった場合、生き残ったパックは回路全体を開くのではなく、負荷に電力を供給し続けます。このフォールト トレランスが、計画外の停止に費用がかかる場合に並列構成のバッテリー バンクが使用される静かな理由です。-

 

そのスタミナのコストは現在のものです。容量が 2 倍になると、バス上の潜在的な電流も 2 倍になります。電圧やラベルのアンペア時間数ではなく、この余分な電流が並列バンクの実際の危険箇所であり、それが 2 つ下のセクションで取り上げられるスレッドです。

-並べて-: 電圧、容量、実行時間、実際に何が故障するのか

ほとんどの並列テーブルは「直列=ボルト、並列=アンペア- 時間」で停止します。そのため、バッテリーの直列と並列のどちらがより適切であるかについて、浅い答えが得られ続けています。フリートの購入者にとって、これは必要ですが十分ではありません。以下は、稼働中の動機-パワーパックの動作に対応するバージョンです。

必ず出てくる質問、つまりバッテリーは直列または並列で長持ちするかという質問ですが、インターネットで提案されているよりも明確な答えがあります。同じバッテリーの場合、総エネルギーは同じであり、直列はより低い電流で動作するため、配線損失はわずかに小さくなります。しかし、実際の耐用年数は、接続トポロジー自体よりも、セルのバランシングと BMS の動作によって決まります。配線の選択だけで「長持ち」を追求することは、間違った変数を最適化することになります。だからこそ、ボルト-対-アンペア-時間の問題ではなく、直列対並列バッテリー バンク BMS の問題が次に重要なのです。

接続できるパックの数の本当の制限は電圧の計算ではなく、BMS です。

ほとんどのサプライヤーの仕様書には記載されていない変数があります。リチウム パックの直列および並列の上限は、ボルトとアンペア時間を加算する算術ではなく、バッテリー管理システムによって設定されます。-}私たちのBMS が実際にパックをどのように管理するかについての入門書この背後にある保護ロジックについて説明します。

その意見は真実であり、理論と展開が異なる点でもあります。シリーズ側では、すべてのパックの BMS を切り替えて耐える必要があります。全弦電圧したがって、ターゲットバンク電圧ではなく、FET 電圧定格が、直列に接続できる LiFePO4 バッテリーの数の実際の制限となります。多くの 12V 動力ユニットの定格は最大 4S で、公称バンクは約 51.2V になります。これはまさにスイッチング ハードウェアがその要件に適しているためです。メーカーの BMS 統合ガイドは、公称電圧ではなく FET 定格を拘束制約として扱う点で一貫しています。並列側では、制約は連続電流であり、きれいにスタックされません。実際の内部抵抗の広がりにより、実際のパック間で電流が完全に共有されることはないため、サウンド設計では並列バンクの合計連続電流を BMS 定格の合計の約 90% に軽減します。- 80V/500Ah のリーチ-トラックの組み立てでは、意図的にテーブル上に残した 10% は、互いに数度以内で走行するすべてのストリングと、そのシェア以上の量を静かに運ぶ 1 つのストリングとの差です。

もう 1 つ、優れた設計のパックと安価なパックを分けることができます。優れた LiFePO4 BMS は、充電の上限ではなく、セルあたり 3.35 ～ 3.40 V 程度の早い段階でセルのバランスを取り始めます。{0}セルが天井に近づくまでバランスをとるのを待つ設計は、その設計者が化学をどれほど理解していないかを物語っています。このしきい値は、どのマーケティング仕様書よりも優れた購入判断材料となります。ただし、しきい値だけでは、サードパーティのパックが残高を維持できるかどうかはわかりません。-あなたのデューティサイクル。入ってくるセルバッチを認定するときに実行する完全なチェックリストは、分解の中にあります。フォークリフトのリチウムパックと他のフォークリフトのリチウムパックを実際に区別しているものは何ですか.

充電の動作も異なり、最も弱い部分を罰します

直列バッテリーと並列バッテリーの充電の違いにより、多くの静かな損傷が発生します。直列ストリングでは、充電器はスタック全体に対して 1 つの電圧を認識するため、最も強いセルが最初にフル充電に達し、最も弱いセルがまだ追いついている間にストリングのバランスによって電圧を下げる必要があります。適切なバランス調整を省略すると、サイクルごとに弦の一方の端を体系的に酷使することになります。並列バンクではリスクが逆転します。同じ静止電圧にないパックを接続すると、充電器が関与する前に、リンクを閉じた瞬間に高いほうのパックが低いほうのパックに電流をダンプします。両側の修正は地味です。配線する前にすべてのパックを同じ充電状態にし、実際のシステム電圧に一致した充電器を使用します。これは、私たちが依頼された現場での失敗のほとんどがスキップされていることが判明したステップです。

フリート規模で何が問題になるのか、そしてそれがセルに起こることはめったにない理由

単一パックレベルでは、これはどれも効果がありません。-重要な故障モードは、フリート全体でパックを増やすときに現れますが、セルの化学的故障はほとんどありません。構成に関する決定があなたに追いついてくるのです。

パラレルバスに乗ります。最大のリスクは、ワイヤが通常の負荷に対して細すぎることではなく、1 つのパックの BMS が完全なショートとして故障したときに起こることです。その瞬間、そのパックに給電する一本のケーブルに、組み合わせたバス上の 1 つおきのパックの電流。 6 個のパックはそれぞれ 100A 定格で、1 個は完全にショートしており、その 1 個の導体は、これまでのサイズでは最大 500A に達します。さらに悪いことに、その抵抗が各生き残ったパックのトリップしきい値のすぐ下の電流を保持している場合、他の BMS ユニットは介入せず、ワイヤーは単に調理されます。

これが、個別の文字列ごとのヒューズが存在する理由全体であり、「ただ太いケーブルを通すだけ」という間違いです。-並列バンクを委託すると、初日であっても文字列間の電流共有がデッドリードになることはほとんどありません。-弦間の広がりの数パーセントは正常であり、BMS が解放された場合にどの導体が最も露出されるかを決定するのはまさにその広がりです。文字列ごとの保護に実際に必要なサイズは、パック数、BMS トリップ特性、バス レイアウトによって異なります。この数値は、記事内で推測するよりも、実際の単線図に基づいて決定することをおすすめします。-

シリーズ側には、最弱セルの問題という独自の罠があります。-一連の文字列はチェーンのように動作し、パフォーマンスの低い単一のセルが最初に限界に達します。-セルを一度でも約 2.8V 未満に引き下げると、永久的な損傷を与えてしまいます。公開されているリチウム電池の用途制限に従って、過放電イベントは 1 回発生すれば十分です。これはまさに当社のエンジニアがパック レベルで設計したメカニズムです。セルバランスにより、最も弱いリンクが 80V ストリング全体の上限を設定するのを防ぎます。。これに関連し、同様にコストがかかります。古い並列バンクに新しいパックを混合することです。古い、より高い抵抗パックは、新しいものにほとんどの作業を負担させ、継続的にストレスを与えます。 2 つの平均は得られず、新しいパックが古いパックに比べて劣化していることがわかります。

直列-並列: 48V および 80V プラットフォームが実際にどのように構築されるか

48 V または 80 V 機器の直列-バッテリ構成では、1 つのトポロジが選択されることはほとんどありません。それらを組み合わせたもので、設計通りにバッテリーを直列と並列に同時に接続することができます。直列ストリングはプラットフォームの電圧に達するように配線され、次にそれらのストリングは容量に達するように並列接続されます。 16 台の 12V ユニットが 4 つの 48V 直列ストリングとなり、並列して 1 つの大容量 48V バンクとなり、大型インバーターまたはドライブトレインに電力を供給します。-ここで、データシートの「4S4P 最大」定格が重要になります。これは、認定エンベロープが 4 つの直列と 4 つの並列ストリング、電圧上限と容量上限を 1 つの数字で示していることを示します。たとえば、12V 200Ah ブロックで構築された 4S4P エンベロープは、メーカー認定ゾーンを離れることなく 48V プラットフォームを最大約 800Ah まで充電できます。-これは、フリート事業者が 2 つのシフトにわたってランタイムを延長するために使用する実際の拡張パスです。

4S4P の上限については、当然の疑問が生じます。物理学ではさらに多くのことが許容されるのに、なぜそこで止まるのでしょうか?答えの一部は技術的なものです。カウントが増加するにつれて、多数の並列ストリングで電流を均等に共有し続けることは非常に困難になり、大規模な銀行は上記のデッドショート シナリオへの賭け金を高めます。-残りは責任です。メーカーは、自社が耐えられる封筒を認定します。そして、その枠を超えて、正直なアドバイスは単刀直入です。現場で組み立てないでください。- 4S4P を超えて、一般のメンテナンス チームが検証する能力を備えていない並列電流分配と障害動作を検証する必要があります。また、それは現場で即興で行うのではなく、認定されたカスタム構成として実行する必要があります。フリートをその限界を超える場合、単一のパックを出荷する前にベンチで最初に実行するのが電流配分検証です。特に 48V 機器の場合、その選択の背後にある電圧、充電器、取り付けのトレードオフについては、コミットする前に一読する価値があります。- 48V プラットフォーム購入ガイドにそれらがまとめられています。

産業用動力の構成の選択

配線図を剥がすと、機器が何を要求するかが次の順序で決定されます。

• まずは電圧プラットフォーム。コントローラーがそれを指示します。 48V トラックには 48V バンクが必要です。一連の文字列、ピリオドを使用して構築します。
   
• 次に、シフト長の容量です。電圧が固定されると、並列ストリングがランタイムを購入して、完全なシフトをクリアするか、機会充電を使用して 2 シフトをクリアします。
   
• 次に障害耐性。ユニットが停止して回線が停止した場合、並列構成の冗長性を意図的に設計する価値があります。
   
• 次に、保護スキーム。これは経験則には当てはまらないものです。マッチしたパックと早期バランス調整が重要です。実際の障害状況下で 80V フリート バンクを維持するストリングごとのヒューズ、電流ディレーティング、BMS 調整は、特定の単線設計に基づいて決定されます。これは、パックをトラックに積み込んだ後ではなく、事前に検討する必要があります。-

産業用車両の直列バッテリ構成と並列バッテリ構成の比較は、実際のデューティ サイクルに当てはめた瞬間から抽象的ではなくなります。 3 交代の-リーチ-トラック運行と週末-を使用した GSE タグボートでは、同じ物理学から異なる答えが得られます。パックおよび BMS レベルでマッピングを適切に行うことが、静かに機能するフリートの変換と午前 2 時に電話が発生するフリートの変換を分ける最大の要因です。これは私たちがビルドとして行う部分であり、推測ではありません。Polinovel は、80+ か国の 100+ OEM 向けに CE、IEC、UL、UN38.3、MSDS 規格に合わせて動力-パワーパックを構成し、すべてのユニットでセル-対-の品質管理を行っています。特定の電圧プラットフォームとデューティ サイクル向けに直列-バッテリー バンクを指定している場合は、弊社のエンジニアリング チームと協力して、機器の実際の要件から始めます。{0}一般的なデータシートからではなく、

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