バッテリーパック計算ツール

DIYバッテリーパック、BMS設定、セル計算ツール

BatteryPackCalcは、電動バイク、電動スクーター、EV改造、住宅用パワーウォール向けのDIYリチウムバッテリーパック設計・検証用の無料ツールキットです。パックを組み立てることは、相互に関連した決定の連鎖です。直列・並列数は電圧と容量を決定し、セルのC率は安全に引き出せる最大電流を制限し、ニッケル帯と内部抵抗は負荷に実際に到達する電圧の大きさを決定し、BMSしきい値はパックがいつ自動遮断するかを決定し、充電時間とセル発熱はパックの日々の動作を告げます。これらのうち1つが間違うと、他の全てが悪影響を受けます——小さすぎる帯は過熱し、不適切なBMSは誤動作または保護の失敗、過度に放電したセルは早期老化。このサイトの各計算ツールは、標準的なバッテリー工学公式を使用してその鎖の1つのリンクを解決し、公式は全てのツールガイドに明示されているため、数学を追従でき、自分のセルデータシートから直接数値を入力できます。S/P構成ツールで電圧と容量を確定するところから始め、C率ツールで電流制限をサイズ決定し、ニッケル帯と内部抵抗の数字をチェックして電圧低下が管理可能な状態に保ち、最後にBMS遮断値を設定し、充電時間と発熱がエンクロージャが対応できる範囲内であることを確認します。設計をここで相互検証するのに数分かかります；200個のセルをスポット溶接した後に欠陥を発見すると、パック全体が失われます。

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バッテリーパック組立よくある質問

より多くのセルを直列(S)にするか並列(P)にするかは、どのように選択しますか？

直列は電圧を設定し、並列は容量を設定します。モーターとコントローラが期待する電圧からS値を選択し、その後必要なランタイムからPを選択します。36 Vの電動バイクシステムは10Sが必要です。10 × 3.6 V ≈ 36 V公称電圧だからです；48 Vシステムは13Sまたは14Sが必要です。Sが確定したら、並列セルを追加してアンペア時間を引き上げます：10S2Pは同じ電圧で10S1Pの航続距離を2倍にします。Sが高いほど電圧が高く、同じ電力でも電流が低くなり、配線および帯の損失が減りますが、より多くのバランス線と一致するチャネル数のBMSも必要です。並列が多いほど電流がセル間に分散し、個々のセルのストレスと発熱が低下します。

C率とは何であり、パックをどのように制限しますか？

C率はセルの最大電流で、容量の倍数で表されます：3.5 Ahのセルが5C定格なら、5 × 3.5 = 17.5 Aを継続的に供給できます。パックレベルでは、電流能力は並列数でスケーリングされるため、そのような4P群は4 × 17.5 = 70 Aを供給できます。設計時に考慮すべきC率はデータシートの継続電流値で、ピークではありません——ピーク定格は数秒間のみ適用されます。稳定負荷は継続制限の少なくとも20%以下で実行してください。定格近くの持続電流は熱を生成し、老化を加速させるからです。負荷がパックが供給できるより多くの電流を必要とする場合、既存のセルをそれらの定格を超えて押すのではなく、並列セルを追加してください。

ニッケル帯のゲージが重要なのはなぜか、またどのようにサイズを決定しますか？

ニッケル帯は全並列グループ電流を担い、サイズが不足した帯は意図しないヒューズのように動作します——過熱し、セルのシールを損傷し、熱暴走を引き起こす可能性があります。サイジングは純ニッケルでは約6 A/mm²（ニッケルメッキ鋼では4 A/mm²）の保守的な電流密度を使用します。標準的な8 mm × 0.15 mm帯は1.2 mm²で、自由空気中で約7 A継続に対応できます。温かく密閉されたパック内では、より近い5 Aまで定格低下します。単一層が不足する場合、2層を積み重ねる、より厚い材料を使用する、または銅ニッケルサンドイッチを追加します。常に最悪の場合のグループ電流——パック電流をそれが供給する並列グループ数で割ったもの——に対して帯をサイズ決定してください。平均値ではなく。

自分の化学用にBMS遮断電圧をどのように選択しますか？

BMSは各セルを、化学によって異なる単セル当たりのしきい値と比較します。NMC（一般的な18650/21700セル）は約4.25 V過電圧および3.0 V低電圧で保護；LFP（LiFePO4）は3.65–3.70 Vおよび2.5 V；LTOは2.9 Vおよび1.8 Vで保護します。単セル制限にS値を乗じてパックレベルの遮断値を得ます：13S NMCパックは約55 V近くで過電圧トリップし、約39 V近くで低電圧トリップします。充電器の最大値をパック過電圧値以下に設定して、BMSが通常のトリップではなく最後の防衛線として機能するようにしてください。過電流保護については、稳定負荷の上に余裕を許容します——ほぼ設計電流の1.3倍——簡潔な加速またはヒルクライムスパイクがパックを誤動作させないようにするために。

セルバランシングとは何であり、なぜパックはそれを必要としますか？

直列文字列内のセルは同じ容量または内部抵抗を持つことは決してないため、多くのサイクルの間、それらの電圧は次第にずれます。バランシングなしで、最も弱いセルは充電で最初に上限に到達し、放電で最初に下限に到達するため、パック全体が最悪のセルで停止します——使用可能容量を失い、外れたセルはさらに速く老化します。バランシングBMSは最高セルから充電をブリード（パッシブバランシング）するか、セル間に転送（アクティブバランシング）して、通常充電の上部付近で配列を保ちます。これは、配線したS値がBMSと正確に一致する必要がある理由です：13S BMS上の14Sパックはグループをモニターなしで離れ、不均衡で、これは容量損失とも火災リスクでもあります。

電圧低下とは何であり、どの程度予想すべきですか？

電圧低下は、パックの静止電圧と負荷下のターミナル電圧との間の低下であり、内部抵抗から来ます。パック抵抗は、並列グループ全体で共有される直列文字列抵抗です：S × セル抵抗 ÷ P。13S4P、20 mΩセルのパックは約13 × 20 ÷ 4 = 65 mΩであり、40 Aの引き出しは40 × 0.065 = 2.6 Vを低下させ、48 V公称パックをターミナルで大体45.5 Vに変えます。重い低下はまた低電圧遮断がターミナル容量が示唆するより早くトリップするようにしており、激しいスロットル下で失われた範囲として現れます。並列セルを追加し、より低抵抗のセルを選択し、相互接続抵抗を保つことで低下させます——セル抵抗はセルが老化し、冷たい環境で実行される時に上昇することを覚えておいてください。

パックの充電にはどのくらい時間がかかりますか？

最初の見積もりとして、パック容量を充電器電流で除きます：5 A充電器上の14 Ahパックは、大体14 ÷ 5 = 2.8時間の定流充電が必要です。実際のリチウム充電器はCC-CVプロフィールを使用しますが——パックが完全電圧に達するまで定流をプッシュし、その後その電圧を保持しながら電流がゼロに向かってテーパーします。そのテーパーは単純除算が見逃す時間を追加するため、現実的な合計はほぼ定流数値の1.2倍から1.5倍、またはここで約3.4から4.2時間です。より高い充電電流は定流フェーズをより早く終了しますが、テーパーフェーズに比例的により長く費やし、BMSは充電の上部付近でセルを均衡させている間、さらに進行を遅くします。

セルはどの程度の熱を生成し、それは安全ですか？

セル加熱はジュールの法則に従う、q = I²R：10 Aを20 mΩを通して供給するセルは10² × 0.02 = 2 Wを散散します。ここでの電流はパック電流ではなく、単セル電流です——40 Aパック取り出しを4つの並列セルに分割すると、各々10 Aです。熱は電流の二乗でスケーリングされるため、単セル電流を2倍にすると熱が4倍になり、同じパック電流で並列数を2倍にすると各セルの熱が4分の1に減ります。温度上昇は、パックが熱をどの程度よく放散するかに依存します：通風性の良い構造は3 °C/W のセル-周囲熱抵抗を見ることがあり、密閉されたものは8 °C/Wに近いです。最悪の場合の継続的な負荷下でセルをそれらの定格最大値（通常60 °C）より低く快適に保ち、数値が熱い場合は気流または間隔を追加します。