배터리 팩 계산기

DIY 배터리 팩, BMS 설정, 셀 계산기

BatteryPackCalc는 전동 자전거, 전동 스쿠터, EV 개조 및 가정용 파워 월을 위한 DIY 리튬 배터리 팩을 설계하고 검증하기 위한 무료 도구 모음입니다. 팩을 조립하는 것은 일련의 연결된 결정들입니다. 직렬 및 병렬 수는 전압과 용량을 결정하고, 셀의 C 등급은 안전하게 끌어낼 수 있는 최대 전류를 제한하며, 니켈 스트립과 내부 저항은 실제로 부하에 도달하는 전압의 크기를 결정하고, BMS 임계값은 팩이 자동으로 차단되는 시기를 결정하며, 충전 시간과 셀 발열은 팩의 일일 동작 방식을 나타냅니다. 이 중 하나가 잘못되면 나머지가 모두 영향을 받습니다——너무 작은 스트립은 과열되어 셀의 밀폐를 손상시키고 열폭주를 유발할 수 있고, 일치하지 않는 BMS는 오동작하거나 보호를 실패하며, 과도하게 방전된 셀은 조기 노화됩니다. 이 사이트의 각 계산기는 표준 배터리 공학 공식을 사용하여 그 체인의 한 링크를 해결하며, 공식은 모든 도구의 가이드에 공개되어 있어서 수학을 따라가고 자신의 셀 데이터시트에서 직접 수치를 입력할 수 있습니다. S/P 구성 도구로 전압과 용량을 잠그는 것에서 시작하여, C 등급 도구로 전류 제한을 정하고, 니켈 스트립과 내부 저항 수치를 확인하여 전압 강하를 관리 가능한 상태로 유지하며, 마지막으로 BMS 차단값을 설정하고 충전 시간과 발열이 인클로저가 처리할 수 있는 범위 내에 있는지 확인합니다. 여기서 설계를 교차 확인하는 데 몇 분이 걸리고, 200개의 셀을 스팟 용접한 후 결함을 발견하면 전체 팩이 손실됩니다.

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인기 배터리 팩 구성

배터리 팩 조립 자주 묻는 질문

더 많은 셀을 직렬(S)로 배치할지 병렬(P)로 배치할지 어떻게 선택하나요?

직렬은 전압을 설정하고 병렬은 용량을 설정합니다——모터와 컨트롤러가 기대하는 전압에서 S 값을 선택한 다음 필요한 런타임에서 P를 선택하십시오. 36 V 전동 자전거 시스템은 10S가 필요합니다. 10 × 3.6 V ≈ 36 V 공칭이기 때문입니다; 48 V 시스템은 13S 또는 14S가 필요합니다. S가 고정되면 병렬 셀을 추가하여 암페어시를 높입니다: 10S2P는 동일한 전압에서 10S1P의 범위를 두 배로 합니다. 더 높은 S는 더 높은 전압과 동일한 전력에 대해 더 낮은 전류를 의미하며, 이는 배선 및 스트립 손실을 유지하지만 더 많은 밸런싱 리드와 일치하는 채널 수의 BMS도 필요합니다. 더 많은 P는 셀 간에 전류를 분산시켜 셀당 스트레스와 발열을 낮춥니다.

C 등급이 무엇이고 팩을 어떻게 제한하나요?

C 등급은 셀의 최대 전류로 용량의 배수로 표현됩니다: 5C 정격의 3.5 Ah 셀은 5 × 3.5 = 17.5 A를 계속 공급할 수 있습니다. 팩 수준에서 전류 용량은 병렬 수에 따라 확장되므로 그러한 4P 그룹은 4 × 17.5 = 70 A를 공급할 수 있습니다. 설계할 때 고려해야 할 C 등급은 데이터시트의 연속 수치이지 피크가 아닙니다——피크 등급은 몇 초 동안만 적용됩니다. 안정적인 부하를 연속 제한의 최소 20% 이상으로 유지하십시오. 정격 근처의 지속 전류는 열을 생성하고 노화를 가속화하기 때문입니다. 부하가 팩이 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전류가 필요하면 기존 셀을 정격을 초과하도록 밀어붙이기보다 병렬 셀을 추가하십시오.

니켈 스트립 게이지가 중요한 이유와 크기를 어떻게 정하나요?

니켈 스트립은 전체 그룹 전류를 전달하므로 크기가 작은 스트립은 의도하지 않은 퓨즈처럼 작동합니다——과열되고 셀의 밀폐를 손상시키며 열폭주를 유발할 수 있습니다. 크기 조정은 순 니켈의 경우 약 6 A/mm²(니켈 도금 강철의 경우 4 A/mm²)의 보수적인 전류 밀도를 사용합니다: 표준 8 mm × 0.15 mm 스트립은 1.2 mm²이며 자유 공기에서 대략 7 A 연속에 적합합니다. 따뜻하고 밀폐된 팩 내부에서는 더 가까운 5 A로 정격이 낮아집니다. 단일 층이 부족할 때 두 층을 쌓거나 더 두꺼운 재료를 사용하거나 구리-니켈 샌드위치를 추가하십시오. 항상 최악의 경우 그룹 전류——팩 전류를 공급하는 병렬 그룹 수로 나눈 값——에 대해 스트립의 크기를 정하십시오. 평균이 아닌.

자신의 화학 체계에 맞게 BMS 차단 전압을 어떻게 선택하나요?

BMS는 각 셀을 화학에 따라 달라지는 셀당 임계값과 비교합니다. NMC(일반적인 18650/21700 셀)는 약 4.25 V 과전압 및 3.0 V 저전압에서 보호; LFP(LiFePO4)는 3.65–3.70 V 및 2.5 V에서; LTO는 2.9 V 및 1.8 V에서 보호합니다. 셀당 제한에 S 값을 곱하여 팩 수준의 차단값을 얻으십시오: 13S NMC 팩은 약 55 V 근처에서 과전압 트립하고 약 39 V 근처에서 저전압 트립합니다. 충전기의 최대값을 팩 과전압값 이하로 설정하여 BMS가 일상적인 트립이 아닌 마지막 방어선으로 남아있도록 하십시오. 과전류 보호의 경우 안정적인 전류 위에 여유를 허용하십시오——대략 설계 전류의 1.3배——짧은 가속이나 언덕 오르막 스파이크가 팩을 오동작 트립하지 않도록 하기 위해.

셀 밸런싱이 무엇이고 팩이 왜 필요한가요?

직렬 문자열의 셀은 동일한 용량이나 내부 저항을 가질 수 없으므로 많은 사이클에 걸쳐 전압이 분산됩니다. 밸런싱이 없으면 가장 약한 셀이 충전 시 상한 차단에 먼저 도달하고 방전 시 하한 차단에 먼저 도달하므로 전체 팩이 최악의 셀에서 정지합니다——사용 가능한 용량을 잃고 이상치가 더 빨리 노화합니다. 밸런싱 BMS는 최고 셀에서 전하를 빼내거나(수동 밸런싱) 셀 간에 순환시켜(능동 밸런싱) 보통 충전 상단 근처에서 정렬된 상태로 유지합니다. 이것이 배선한 S 값이 BMS와 정확히 일치해야 하는 이유입니다: 13S BMS에 14S 팩을 연결하면 한 그룹이 모니터링되지 않고 밸런싱되지 않아 용량 손실과 화재 위험이 됩니다.

전압 강하란 무엇이고 얼마나 예상해야 하나요?

전압 강하는 팩의 정지 전압과 부하 하의 단자 전압 사이의 강하이며 내부 저항에서 비롯됩니다. 팩 저항은 병렬 그룹 전체에 공유되는 직렬 문자열 저항입니다: S × 셀 저항 ÷ P. 13S4P, 20 mΩ 셀의 팩은 약 13 × 20 ÷ 4 = 65 mΩ이므로 40 A를 끌어내면 40 × 0.065 = 2.6 V가 강하되어 48 V 공칭 팩을 단자에서 대략 45.5 V로 만듭니다. 심각한 전압 강하는 또한 저전압 차단이 남은 용량이 제시하는 것보다 더 일찍 트립하도록 하며, 이는 강한 스로틀 아래에서 잃어버린 범위로 나타납니다. 병렬 셀을 추가하고 낮은 저항 셀을 선택하고 상호 연결 저항을 유지하여 이를 낮추십시오——셀 저항은 셀이 노화되고 저온에서 실행될 때 증가함을 기억하십시오.

팩을 충전하는 데 얼마나 오래 걸리나요?

첫 번째 추정으로 팩 용량을 충전기 전류로 나누십시오: 5 A 충전기의 14 Ah 팩은 약 14 ÷ 5 = 2.8시간의 정전류 충전이 필요합니다. 실제 리튬 충전기는 CC-CV 프로필을 사용합니다——팩이 완전 전압에 도달할 때까지 정전류를 밀어넣은 다음 그 전압을 유지하면서 전류가 0으로 감소합니다. 그 감소는 단순 나눗셈이 놓치는 시간을 더합니다. 현실적인 합계는 대략 정전류 수치의 1.2배에서 1.5배이며, 여기서는 약 3.4에서 4.2시간입니다. 더 높은 충전 전류는 정전류 단계를 더 빨리 완료하지만 감소 단계에서 비례적으로 더 오래 소비하며, BMS는 충전 상단 근처에서 셀을 밸런싱하는 동안 추가로 처리를 지연할 수 있습니다.

셀이 얼마나 많은 열을 생성하고 안전한가요?

셀 가열은 줄의 법칙을 따릅니다. q = I²R: 20 mΩ을 통해 10 A를 운반하는 셀은 10² × 0.02 = 2 W를 발산합니다. 여기서 전류는 팩 전류가 아닌 셀 전류입니다——40 A 팩 전류가 4개의 병렬 셀에 분산되면 각각 10 A입니다. 열은 전류의 제곱으로 확장되므로 셀당 전류를 2배로 하면 열이 4배가 되고 동일한 팩 전류에서 병렬 수를 2배로 하면 각 셀의 열이 4분의 1로 줄어듭니다. 온도 상승은 팩이 열을 얼마나 잘 방출하는지에 달려 있습니다: 통풍이 잘되는 구조는 3 °C/W의 셀-주변 열 저항을 볼 수 있고 밀폐된 것은 8 °C/W에 가깝습니다. 최악의 경우 연속 부하 하에서 셀을 정격 최대값(일반적으로 60 °C)보다 낮고 편안하게 유지하고 수치가 뜨거우면 기류 또는 간격을 추가하십시오.