Kalkulatory Pakietów Baterii

Kalkulatory DIY pakietów baterii, konfiguracja BMS i ogniw

BatteryPackCalc to darmowy zestaw narzędzi do projektowania i walidacji DIY akumulatorów litowych dla rowerów elektrycznych, hulajnóg elektrycznych, konwersji EV i domowych magazynów energii. Budowanie pakietu to łańcuch połączonych decyzji: liczba ogniw szeregowo i równolegle ustala napięcie i pojemność, C-rating ogniwa ogranicza maksymalny prąd, jaki można bezpiecznie pobierać, pasek niklowy i opór wewnętrzny określają, ile z tego napięcia rzeczywiście dotrze do obciążenia, progi BMS decydują, kiedy pakiet się wyłącza, a czas ładowania i ciepło ogniwa pokazują, jak pakiet zachowuje się na co dzień. Błędne określenie któregokolwiek z tych elementów wpływa na inne — niedostatecznie wymiarowany pasek się przegrzewa, niedopasowany BMS niepotrzebnie się wyłącza lub nie chroni, seria rozładowana zbyt nisko starzeje się przedwcześnie. Każdy kalkulator na tej stronie rozwiązuje jedno ogniwo w tym łańcuchu, używając standardowych wzorów inżynierii akumulatorów, wyraźnie pokazanych w przewodniku każdego narzędzia, dzięki czemu możesz śledzić matematykę i wprowadzać wartości bezpośrednio z karty katalogowej swojego ogniwa. Zacznij od narzędzia konfiguracji S/P, aby ustalić napięcie i pojemność, następnie dostosuj limity prądu za pomocą narzędzia C-rating, sprawdź liczby paska niklowego i oporu wewnętrznego, aby procesy napięciowe pozostały kontrolowane, i wreszcie ustaw odcięcia BMS oraz potwierdź, że czas ładowania i ciepło mieszczą się w zakresie, jaki Twoja obudowa może wytrzymać. Sprawdzenie projektu tutaj zajmuje minuty; odkrycie wady po punktowym spawaniu 200 ogniw kosztuje cały pakiet.

Czytaj więcej

Popularne konfiguracje pakietów akumulatorów

Pakiet Akumulatora — Często Zadawane Pytania

Jak wybrać między większą liczbą ogniw szeregowo (S) i równolegle (P)?

Połączenie szeregowe ustala napięcie, równoległe ustala pojemność — wybierz liczbę S z napięcia, jakiego oczekuje twój silnik i kontroler, następnie wybierz P z czasu pracy, jakiego potrzebujesz. System roweru elektrycznego 36 V potrzebuje 10S, ponieważ 10 × 3,6 V ≈ 36 V nominalnie; system 48 V potrzebuje 13S lub 14S. Gdy S jest ustalone, dodaj ogniwa równolegle, aby zwiększyć amperoodziny: 10S2P podwaja zasięg 10S1P przy tym samym napięciu. Wyższe S oznacza wyższe napięcie i niższy prąd przy tej samej mocy, co zmniejsza straty przewodów i paska, ale wymaga również więcej przewodów balansujących i BMS z odpowiednią liczbą kanałów. Więcej P rozkłada prąd na ogniwa, zmniejszając obciążenie poszczególnych ogniw i ciepło.

Co oznacza C-rating i jak ogranicza mój pakiet?

C-rating to maksymalny prąd ogniwa wyrażony jako wielokrotność jego pojemności: ogniwo o pojemności 3,5 Ah z oceną 5C może dostarczać 5 × 3,5 = 17,5 A w sposób ciągły. Na poziomie pakietu zdolność prądowa skaluje się wraz z liczbą ogniw równolegle, więc grupa 4P tych ogniw może dostarczać 4 × 17,5 = 70 A. C-rating, do którego powinieneś projektować, to figura ciągła z karty katalogowej, a nie szczytowa — oceny szczytowe dotyczą tylko sekund. Uruchamiaj stałe obciążenie co najmniej o 20 % poniżej limitu ciągłego, ponieważ prąd zbliżony do oceny generuje ciepło i przyspiesza starzenie. Jeśli Twoje obciążenie wymaga więcej prądu, niż pakiet może dostarczyć, dodaj ogniwa równolegle zamiast zmuszać istniejące do przekroczenia ich oceny.

Dlaczego grubość paska niklowego ma znaczenie i jak go wymiarować?

Pasek niklowy przenosi pełny prąd grupy między ogniwami, więc niedowymiarowany pasek zachowuje się jak niezamierzona bezpiecznika — przegrzewa się, uszkadza uszczelnienie ogniwa i może spowodować wzniecenie termiczne. Wymiarowanie wykorzystuje konserwatywną gęstość prądu około 6 A/mm² dla czystego niklu (4 A/mm² dla stali pokrytej niklem): standardowy pasek 8 mm × 0,15 mm ma 1,2 mm², wystarczający dla około 7 A w sposób ciągły na otwartym powietrzu. Wewnątrz ciepłej, zamkniętej obudowy pakietu spada do około 5 A. Gdy warstwy pojedynczej brakuje, ułóż dwie warstwy, użyj grubszych materiałów lub dodaj warstwę miedziano-niklową. Zawsze wymiaruj pasek dla najgorszego przypadku prądu grupy — prądu pakietu podzielonego przez liczbę grup równoległych, które zasilają — a nie średniej.

Jak wybrać napięcia odcięcia BMS dla mojej chemii?

BMS porównuje każde ogniwo względem progów dla ogniwa, które zależą od chemii. NMC (popularne ogniwa 18650/21700) chroni około 4,25 V przenapiętowania i 3,0 V podnapiętowania; LFP (LiFePO4) 3,65–3,70 V i 2,5 V; LTO 2,9 V i 1,8 V. Pomnóż limit dla ogniwa przez liczbę S, aby uzyskać odcięcie na poziomie pakietu: pakiet 13S NMC wyłącza się przy przenapiętowaniu około 55 V i podnapiętowaniu około 39 V. Ustaw maksimum ładowarki na lub tuż poniżej przenapiętowania pakietu, aby BMS pozostał ostatnią linią obrony zamiast rutynowego wyłączenia. W przypadku ochrony przed przepływem prądu dopuszczaj zapas ponad stałą moc — około 1,3× prądu projektowego — aby krótkie przyspieszenia lub jazdy pod górę nie powodowały niepotrzebnych wyłączeń pakietu.

Co to jest balansowanie ogniw i dlaczego mój pakiet go potrzebuje?

Ogniwa w szeregu nigdy nie mają identycznej pojemności ani oporu wewnętrznego, więc przez wiele cykli ich napięcia się rozchodzą. Bez balansowania słabsze ogniwo najpierw osiąga górny próg podczas ładowania i dolny próg podczas rozładowania, więc cały pakiet zatrzymuje się na najgorszym ogniwie — tracisz użyteczną pojemność i odstające ogniwo starzeje się jeszcze szybciej. BMS z balansowaniem usuwa ładunek z najwyższych ogniw (balansowanie pasywne) lub przenosi go między ogniwami (balansowanie aktywne), aby je wyrównać, zazwyczaj w górnej części ładowania. Dlatego liczba S, którą podłączasz, musi dokładnie odpowiadać twojemu BMS: BMS 13S na pakiecie 14S pozostawia jedną grupę bez monitorowania i bez balansowania, co stanowi zarówno stratę pojemności, jak i ryzyko pożaru.

Co powoduje procesy napięciowe i ile powinienem się spodziewać?

Proces napięciowy to spadek między napięciem spoczynkowym pakietu a napięciem zacisków pod obciążeniem, i pochodzi z oporu wewnętrznego. Opór pakietu to opór szeregu dzielony między grupy równoległe: S × opór ogniwa ÷ P. Pakiet 13S4P ogniw 20 mΩ ma około 13 × 20 ÷ 4 = 65 mΩ, więc pobieranie 40 A powoduje spadek 40 × 0,065 = 2,6 V i zmienia nominalny pakiet 48 V na około 45,5 V na zaciskach. Duży proces napięciowy powoduje również wcześniejsze zadziałanie odcięcia niskiego napięcia niż pozostała pojemność by sugerowała, co objawia się jako strata zasięgu przy pełnym gazie. Obniż to, dodając ogniwa równolegle, wybierając ogniwa o niższym oporze i utrzymując opór połączeń — pamiętaj, że opór ogniwa wzrasta wraz z wiekiem ogniw i gdy pracują na zimnie.

Ile czasu zajmie ładowanie mojego pakietu?

Jako pierwszą ocenę podziel pojemność pakietu przez prąd ładowarki: pakiet 14 Ah na ładowarce 5 A potrzebuje około 14 ÷ 5 = 2,8 godziny ładowania ze stałym prądem. Jednak prawdziwe ładowarki litowe używają profilu CC-CV — dostarczają stały prąd, aż pakiet osiągnie pełne napięcie, następnie utrzymują to napięcie, podczas gdy prąd zmniejsza się do zera. To zmniejszanie dodaje czasu, którego prosta dzielenie nie uwzględnia, więc realistyczna suma to około 1,2× do 1,5× figura stałego prądu, czyli około 3,4 do 4,2 godzin tutaj. Wyższy prąd ładowania kończy fazę masową szybciej, ale spędza proporcjonalnie więcej czasu w zmniejszaniu, a BMS może dodatkowo spowolnić rzeczy podczas balansowania ogniw w górnej części ładowania.

Ile ciepła będą generować moje ogniwa i czy to bezpieczne?

Nagrzewanie ogniwa podlega prawu Joule'a, q = I²R: ogniwo przenoszące 10 A przez 20 mΩ rozprasza 10² × 0,02 = 2 W. Prąd tutaj to prąd dla ogniwa, a nie pakietu — pobór pakietu 40 A rozdzielony na cztery ogniwa równolegle to 10 A każde. Ponieważ ciepło skaluje się ze względu na kwadrat prądu, podwojenie prądu dla ogniwa czterokrotnie zwiększa ciepło, podczas gdy podwojenie liczby równoległej przy tym samym prądzie pakietu zmniejsza ciepło każdego ogniwa do jednej czwartej. Wzrost temperatury zależy od tego, jak dobrze pakiet rozpraszać ciepło: dobrze wentylowana konstrukcja może mieć 3 °C/W oporu cieplnego od ogniwa do otoczenia, zamknięta bliżej 8 °C/W. Utrzymuj ogniwa wygodnie poniżej ich ocenianego maksimum (zazwyczaj 60 °C) pod najgorszym przypadkiem stałego obciążenia i dodaj przepływ powietrza lub odstępy, jeśli liczby są gorące.