Калькуляторы Аккумуляторных Пакетов

Калькуляторы DIY аккумуляторных пакетов, конфигурация BMS и ячеек

BatteryPackCalc — это бесплатный набор инструментов для проектирования и валидации самодельных литиевых батарейных блоков для электровелосипедов, электросамокатов, электромобилей и домашних накопителей энергии. Сборка блока — это цепь связанных решений: количество ячеек последовательно и параллельно определяет напряжение и ёмкость, рейтинг C ячейки ограничивает максимальный ток, который можно безопасно извлекать, никелевая шина и внутреннее сопротивление определяют, сколько этого напряжения действительно доходит до нагрузки, пороги BMS решают, когда блок отключается сам, а время зарядки и выделение тепла показывают, как блок ведёт себя изо дня в день. Ошибка в любом из них влияет на остальные — недоразмеренная шина перегревается, несоответствующий BMS срабатывает без причины или не защищает, последовательная цепь, разряженная слишком низко, преждевременно стареет. Каждый калькулятор на этом сайте решает одно звено в этой цепи, используя стандартные формулы инженерии батарей, открыто показанные в руководстве каждого инструмента, чтобы вы могли следить за математикой и подставлять значения прямо из таблицы данных вашей ячейки. Начните с инструмента конфигурации S/P, чтобы зафиксировать напряжение и ёмкость, затем установите лимиты тока с помощью инструмента рейтинга C, проверьте цифры никелевой шины и внутреннего сопротивления, чтобы просадка напряжения оставалась управляемой, и наконец установите отключения BMS и убедитесь, что время зарядки и выделение тепла находятся в пределах, которые может выдержать ваш корпус. Проверка конструкции здесь занимает минуты; обнаружение дефекта после точечной сварки 200 ячеек стоит всего блока.

Читать далее

Популярные конфигурации аккумуляторных блоков

Батарейный блок — часто задаваемые вопросы

Как выбрать между большим количеством ячеек последовательно (S) и параллельно (P)?

Последовательное соединение устанавливает напряжение, параллельное устанавливает ёмкость — выбирайте количество S из напряжения, которое ожидает ваш двигатель и контроллер, затем выбирайте P из требуемого времени работы. Система электровелосипеда 36 В требует 10S, потому что 10 × 3,6 В ≈ 36 В номинально; система 48 В требует 13S или 14S. Когда S зафиксирован, добавляйте параллельные ячейки, чтобы увеличить ампер-часы: 10S2P удваивает дальность 10S1P при том же напряжении. Более высокое S означает более высокое напряжение и более низкий ток при одинаковой мощности, что снижает потери в проводах и шине, но также требует больше балансировочных проводов и BMS с соответствующим количеством каналов. Больше P распределяет ток по ячейкам, снижая стресс и нагрев отдельных ячеек.

Что означает рейтинг C и как он ограничивает мой блок?

Рейтинг C — это максимальный ток ячейки, выраженный как кратное её ёмкости: ячейка ёмкостью 3,5 Ач с рейтингом 5C может выдавать 5 × 3,5 = 17,5 А непрерывно. На уровне блока токовая способность масштабируется с параллельным количеством, так что группа 4P этих ячеек может обеспечить 4 × 17,5 = 70 А. Рейтинг C, вокруг которого вы должны проектировать, это непрерывное значение из таблицы данных, а не пиковое — пиковые рейтинги применяются только в течение секунд. Работайте со своей постоянной нагрузкой по крайней мере на 20 % ниже непрерывного лимита, потому что ток, близкий к рейтингу, генерирует тепло и ускоряет старение. Если ваша нагрузка требует больше тока, чем может доставить блок, добавьте параллельные ячейки, а не заставляйте существующие превышать их рейтинг.

Почему размер никелевой шины имеет значение и как её рассчитать?

Никелевая шина передаёт полный ток группы между ячейками, поэтому недоразмеренная шина ведёт себя как непреднамеренный предохранитель — она перегревается, повреждает уплотнение ячейки и может вызвать тепловой выход из строя. Расчёт использует консервативную плотность тока около 6 А/мм² для чистого никеля (4 А/мм² для никелированной стали): стандартная шина 8 мм × 0,15 мм имеет 1,2 мм², подходящая для примерно 7 А непрерывно на открытом воздухе. Внутри тёплого, замкнутого блока это снижается до примерно 5 А. Когда одного слоя недостаточно, укладывайте два слоя, используйте более толстый материал или добавьте медно-никелевый сэндвич. Всегда рассчитывайте шину на наихудший случай тока группы — ток блока, разделённый на количество параллельных групп, которые она питает — а не на среднее.

Как выбрать пороговые напряжения BMS для моей химии?

BMS сравнивает каждую ячейку с пороговыми напряжениями для ячейки, которые зависят от типа. NMC (обычные ячейки 18650/21700) защищает примерно при 4,25 В перенапряжения и 3,0 В недонапряжения; LFP (LiFePO4) при 3,65–3,70 В и 2,5 В; LTO при 2,9 В и 1,8 В. Умножьте пороговое напряжение ячейки на количество S, чтобы получить отключение на уровне блока: блок 13S NMC срабатывает при перенапряжении примерно 55 В и недонапряжении примерно 39 В. Установите максимум зарядного устройства на или немного ниже перенапряжения блока, чтобы BMS оставался последней линией защиты, а не плановым отключением. Для защиты от перегрузки по току обеспечивайте запас выше вашего постоянного тока — примерно 1,3× расчётного тока — чтобы короткие всплески ускорения или подъёмы не вызывали ложных отключений блока.

Что такое балансировка ячеек и почему мой блок в этом нуждается?

Ячейки в последовательной цепи никогда не имеют идентичной ёмкости или внутреннего сопротивления, поэтому в течение многих циклов их напряжения расходятся. Без балансировки самая слабая ячейка первой достигает верхнего порога при зарядке и нижнего порога при разрядке, поэтому весь блок останавливается на худшей ячейке — вы теряете полезную ёмкость и аномальная ячейка стареет ещё быстрее. BMS с балансировкой сбрасывает заряд с самых высоких ячеек (пассивная балансировка) или перемещает его между ячейками (активная балансировка), чтобы держать их в выравнивании, обычно в верхней части зарядки. Вот почему количество S, которое вы подключаете, должно точно совпадать с вашим BMS: BMS 13S на блоке 14S оставляет одну группу без мониторинга и без балансировки, что представляет как потерю ёмкости, так и риск возгорания.

Что вызывает просадку напряжения и сколько я должен ожидать?

Просадка напряжения — это падение между напряжением покоя блока и напряжением клемм под нагрузкой, и оно происходит из-за внутреннего сопротивления. Сопротивление блока — это сопротивление последовательной цепи, распределённое по параллельным группам: S × сопротивление ячейки ÷ P. Блок 13S4P ячеек 20 мΩ имеет примерно 13 × 20 ÷ 4 = 65 мΩ, поэтому извлечение 40 А вызывает падение 40 × 0,065 = 2,6 В и превращает номинальный блок 48 В примерно в 45,5 В на клеммах. Большая просадка напряжения также приводит к срабатыванию отключения по низкому напряжению раньше, чем остаток ёмкости предполагал бы, что проявляется как потеря дальности при полном газе. Снизьте это, добавив параллельные ячейки, выбрав ячейки с меньшим сопротивлением и сохраняя сопротивление соединений низким — и помните, что сопротивление ячейки увеличивается с возрастом ячеек и при работе на холоде.

Сколько времени потребуется на зарядку моего блока?

Как первую оценку разделите ёмкость блока на ток зарядного устройства: блок 14 Ач на зарядном устройстве 5 А требует примерно 14 ÷ 5 = 2,8 часа зарядки с постоянным током. Однако реальные литиевые зарядные устройства используют профиль CC-CV — они подают постоянный ток до тех пор, пока блок не достигнет полного напряжения, затем держат это напряжение, пока ток уменьшается к нулю. Это снижение добавляет времени, которое простое деление пропускает, поэтому реалистичный итог составляет примерно 1,2× до 1,5× цифру постоянного тока, или примерно 3,4 до 4,2 часов здесь. Более высокий ток зарядки завершает объёмную фазу быстрее, но тратит пропорционально больше времени на снижение, и BMS может дополнительно замедлить процесс во время балансировки ячеек в верхней части зарядки.

Сколько тепла будут выделять мои ячейки и безопасно ли это?

Выделение тепла ячейкой подчиняется закону Джоуля, q = I²R: ячейка, несущая 10 А через 20 мΩ, рассеивает 10² × 0,02 = 2 Вт. Ток здесь — это ток для ячейки, а не для блока — извлечение блока 40 А, распределённое по четырём параллельным ячейкам, составляет 10 А каждую. Поскольку тепло масштабируется с квадратом тока, удвоение тока для ячейки в четыре раза увеличивает тепло, в то время как удвоение параллельного количества при одном и том же токе блока снижает тепло каждой ячейки до одной четверти. Повышение температуры зависит от того, насколько хорошо блок рассеивает тепло: хорошо вентилируемая конструкция может иметь тепловое сопротивление 3 °C/Вт от ячейки к окружающей среде, закрытая ближе к 8 °C/Вт. Держите ячейки комфортно ниже их номинального максимума (обычно 60 °C) при наихудшем случае постоянной нагрузки и добавляйте поток воздуха или интервалы, если цифры получаются горячими.