เครื่องคำนวณชุดแบตเตอรี่

เครื่องคำนวณชุดแบตเตอรี่ DIY, BMS และเซลล์

BatteryPackCalc เป็นชุดเครื่องมือฟรีสำหรับการออกแบบและตรวจสอบแพ็คแบตเตอรี่ลิเธียม DIY สำหรับจักรยานไฟฟ้า สกูตเตอร์ไฟฟ้า การแปลงพลังงาน EV และระบบพลังงานในบ้าน การสร้างแพ็คคือห่วงโซ่ของการตัดสินใจที่เชื่อมโยง: จำนวนอนุกรมและขนานกำหนดแรงดันไฟฟ้าและความจุของคุณ อัตรา C ของเซลล์จำกัดกระแสไฟฟ้าที่คุณสามารถดึงได้อย่างปลอดภัย แถบนิเกิลและความต้านทานภายในกำหนดว่าแรงดันไฟฟ้าจำนวนเท่าใดที่จะไปถึงภาระจริงๆ เกณฑ์ BMS ตัดสินใจว่าเมื่อใดแพ็คจะปิดตัวเอง และเวลาชาร์จและความร้อนของเซลล์บอกวิธีการทำงานของแพ็คทุกวัน หากคุณทำผิดหนึ่งอย่าง อื่นๆ ก็จะเสบียงหรือล้มเหลว — แถบที่มีขนาดเล็กเกินไปจะร้อนเกินไป BMS ที่ไม่ตรงกันจะปิดอย่างต่อเนื่องหรือล้มเหลวในการปกป้อง สตริงที่ระบายออกต่ำเกินไปจะเก่ากว่าเร็วขึ้น เครื่องคิดเลขแต่ละเครื่องบนเว็บไซต์นี้แก้ไขหนึ่งลิงก์ในห่วงโซ่โดยใช้สูตรวิศวกรรมแบตเตอรี่มาตรฐาน ซึ่งแสดงอย่างชัดเจนในคำแนะนำของเครื่องมือแต่ละเครื่อง เพื่อให้คุณสามารถติดตามการคณิตศาสตร์และเสียบตัวเลขจากแผ่นข้อมูลเซลล์ของคุณเองได้ เริ่มต้นด้วยเครื่องมือกำหนดค่า S/P เพื่อล็อกแรงดันไฟฟ้าและความจุ จากนั้นขนาดขีด จำกัด กระแสไฟฟ้าของคุณด้วยเครื่องมือตามอัตรา C ตรวจสอบแถบนิเกิลและตัวเลขความต้านทานภายในเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าลดลงได้จัดการ และสุดท้ายตั้งค่า cutoff BMS และยืนยันว่าเวลาชาร์จและความร้อนอยู่ในช่วงที่เคสของคุณสามารถจัดการได้ การตรวจสอบการออกแบบที่นี่ใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที การค้นพบข้อบกพร่องหลังจากที่คุณเชื่อมปลายแสง 200 เซลล์ต้องใช้ทั้งแพ็ค

อ่านเพิ่มเติม

การตั้งค่าแบตเตอรี่แพ็กยอดนิยม

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการสร้างแพ็คแบตเตอรี่

ฉันจะเลือกระหว่างเซลล์มากขึ้นในอนุกรม (S) และมากขึ้นในขนาน (P) ได้อย่างไร

อนุกรมกำหนดแรงดันไฟฟ้า ขนานกำหนดความจุ — เลือกจำนวน S ของคุณจากแรงดันไฟฟ้าที่มอเตอร์และตัวควบคุมของคุณคาดหวัง จากนั้นเลือก P จากเวลาทำงานที่คุณต้องการ ระบบจักรยานไฟฟ้า 36 V ต้องการ 10S เพราะ 10 × 3.6 V ≈ 36 V nominal ระบบ 48 V ต้องการ 13S หรือ 14S หลังจากที่ S ได้รับการแก้ไข ให้เพิ่มเซลล์ขนานเพื่อเพิ่มแอมแปร์-ชั่วโมง: 10S2P เพิ่มช่วง 10S1P เป็นสองเท่าที่แรงดันไฟฟ้าเดียวกัน S ที่สูงขึ้นหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและกระแสไฟฟ้าต่ำกว่าสำหรับพลังงานเดียวกัน ซึ่งช่วยลดการสูญเสียสายและแถบ แต่ยังต้องใช้สายสมดุลมากขึ้นและ BMS ที่มีจำนวนช่องสัญญาณตรงกัน P มากขึ้นกระจายกระแสไฟฟ้าระหว่างเซลล์ ลดความเครียดต่อเซลล์และความร้อน

อัตรา C หมายความว่าอย่างไรและมันจำกัดแพ็คของฉันได้อย่างไร

อัตรา C คือกระแสไฟฟ้าสูงสุดของเซลล์ที่แสดงเป็นทวีคูณของความจุ: เซลล์ 3.5 Ah ที่มีอัตรา 5C สามารถจ่าย 5 × 3.5 = 17.5 A อย่างต่อเนื่อง ที่ระดับแพ็ค ความสามารถในการใช้กระแสไฟฟ้าจะปรับตามจำนวนขนาน ดังนั้นกลุ่ม 4P ของเซลล์เหล่านั้นจึงสามารถจ่าย 4 × 17.5 = 70 A ได้ อัตรา C ที่คุณควรออกแบบคือตัวเลขต่อเนื่องในแผ่นข้อมูล ไม่ใช่ยอด — ระดับสูงสุดใช้ได้เพียงไม่กี่วินาที ใช้โหลดคงที่ของคุณอย่างน้อย 20% ต่ำกว่าขีด จำกัด ต่อเนื่อง เพราะกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องใกล้กับอัตราจะสร้างความร้อนและเร่งการแก่งาน หากโหลดของคุณต้องการกระแสไฟฟ้ามากกว่าที่แพ็คสามารถจ่ายได้ ให้เพิ่มเซลล์ขนานแทนการดันสิ่งที่มีอยู่เกินกว่าอัตราของพวกเขา

เหตุใดความหนาของแถบนิเกิลจึงสำคัญ และฉันจะขนาดมันได้อย่างไร

แถบนิเกิลมีกระแสไฟฟ้าของกลุ่มเต็มระหว่างเซลล์ ดังนั้นแถบที่มีขนาดเล็กเกินไปจึงทำหน้าที่เหมือนฟิวส์ที่ไม่ได้ตั้งใจ — มันร้อนเกินไป เสียหายต่อแผ่นของเซลล์ และอาจจุดชนวนให้เกิดการหนีเทพอพลัส ขนาดใช้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าอนุรักษ์นิยมประมาณ 6 A/mm² สำหรับนิเกิลบริสุทธิ์ (4 A/mm² สำหรับเหล็กชุบนิเกิล): แถบมาตรฐาน 8 mm × 0.15 mm คือ 1.2 mm² ดีสำหรับประมาณ 7 A ต่อเนื่องในอากาศเปิด ภายในแพ็คที่อบอุ่นและปิดสนิท ที่ลดลงเป็น 5 A ใกล้เคียง เมื่อชั้นเดี่ยวสั้นตัว ให้เรียงสอง ชั้น ใช้สต็อกที่หนากว่า หรือเพิ่มแซนวิชทองแดง-นิเกิล ขนาดแถบเสมอสำหรับกระแสไฟฟ้ากลุ่มที่เลวร้ายที่สุด — กระแสไฟฟ้าแพ็คหารด้วยจำนวนกลุ่มขนานที่มันป้อน — ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย

ฉันจะเลือกแรงดันไฟฟ้า cutoff BMS สำหรับเคมีของฉันได้อย่างไร

BMS เปรียบเทียบเซลล์แต่ละเซลล์กับเกณฑ์ต่อเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับเคมี NMC (เซลล์ 18650/21700 ทั่วไป) ปกป้องที่แรงดันไฟฟ้าเกินประมาณ 4.25 V และแรงดันไฟฟ้าต่ำเกิน 3.0 V LFP (LiFePO4) ที่ 3.65–3.70 V และ 2.5 V LTO ที่ 2.9 V และ 1.8 V คูณขีด จำกัด ต่อเซลล์ด้วยจำนวน S ของคุณสำหรับ cutoff ระดับแพ็ค: แพ็ค 13S NMC ตัดสินใจแรงดันไฟฟ้าเกินใกล้ 55 V และแรงดันไฟฟ้าต่ำเกินใกล้ 39 V ตั้งค่าสูงสุดของ charger ที่หรือต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าเกิน แพ็คเล็กน้อย ดังนั้น BMS จึงยังคงเป็นเส้นหลังสุดของการป้องกันแทนการตัดสินใจประจำวัน สำหรับการป้องกันกระแสไฟฟ้าเกิน ให้เหลือพื้นที่ว่างเหนือการดึงที่เสถียรของคุณ — ประมาณ 1.3× กระแสไฟฟ้าการออกแบบ — ดังนั้นความเร็วเร่งสั้นหรือการกระโดดการปีนเขา การจิ้มจะไม่ตัดสินใจแพ็คไม่จำเป็น

การสมดุลเซลล์คืออะไรและเหตุใดแพ็คของฉันจึงต้องการ

เซลล์ในสตริงอนุกรมไม่มีความจุหรือความต้านทานภายในที่เหมือนกัน ดังนั้นในหลายรอบแรงดันไฟฟ้าจึงเบี่ยงเบนจากกัน โดยไม่มีการสมดุล เซลล์ที่อ่อนแอที่สุดจะถึง cutoff บนสุดเป็นครั้งแรกเมื่อชาร์จและ cutoff ล่างสุดเป็นครั้งแรกเมื่อระบาย ดังนั้นแพ็คทั้งหมดจึงหยุดที่เซลล์ที่แย่ที่สุด — คุณจะสูญเสียความจุที่ใช้งานได้และสิ่งที่อยู่นอกเหนือจะแก่กว่าเร็วขึ้น BMS สมดุลจะดำเนินการ charge จากเซลล์สูงสุด (การสมดุลแบบพาสซีฟ) หรือส่งมันระหว่างเซลล์ (การสมดุลแบบใช้งาน) เพื่อให้พวกเขาตัดกัน โดยปกติใกล้ด้านบนของการชาร์จ นี่คือเหตุผลว่าทำไมจำนวน S ที่คุณต่อสาย ต้องตรงกับ BMS ของคุณอย่างแน่นอน: BMS 13S บนแพ็ค 14S ปล่อยให้กลุ่มหนึ่งไม่ได้รับการเฝ้าดูและไม่สมดุล ซึ่งเป็นทั้งการสูญเสียความจุและความเสี่ยงจากไฟไหม้

สิ่งที่ก่อให้เกิดการลดแรงดันไฟฟ้าและฉันควรคาดหวังเท่าใด

Sag แรงดันไฟฟ้าคือการลดระหว่างแรงดันไฟฟ้าพักผ่อนของแพ็คและแรงดันไฟฟ้าขั้วภายใต้โหลด และมันมาจากความต้านทานภายใน ความต้านทานแพ็คคือความต้านทานสตริงอนุกรมที่ใช้ร่วมกันในกลุ่มขนาน: S × ความต้านทานเซลล์ ÷ P แพ็ค 13S4P ของเซลล์ 20 mΩ มีประมาณ 13 × 20 ÷ 4 = 65 mΩ ดังนั้นการดึง 40 A ลด 40 × 0.065 = 2.6 V และเปลี่ยนแพ็ค nominal 48 V เป็นประมาณ 45.5 V ที่ขั้ว Sag หนักยังทำให้ cutoff แรงดันไฟฟ้าต่ำทำให้เกิด trip ก่อนเร็วกว่าความจุที่เหลือจะแนะนำ ซึ่งแสดงว่าเป็นช่วงสูญเสียภายใต้ก๊าซหนัก ลดลงโดยการเพิ่มเซลล์ขนาน เลือกเซลล์ความต้านทานต่ำกว่า และเก็บความต้านทานการเชื่อมต่อต่ำ — และจำไว้ว่าความต้านทานเซลล์ปีนขึ้นไปขณะที่เซลล์แก่และเมื่อพวกเขาวิ่งเย็น

จะใช้เวลานานเท่าไรในการชาร์จแพ็คของฉัน

เป็นการประมาณครั้งแรก ให้แบ่งความจุแพ็คด้วยกระแสไฟฟ้า charger: แพ็ค 14 Ah บน charger 5 A ต้องการประมาณ 14 ÷ 5 = 2.8 ชั่วโมงของการชาร์จกระแสไฟฟ้าคงที่ แม้ว่า Charger lithium จริงใช้โปรไฟล์ CC-CV — พวกเขา ผลักดันกระแสไฟฟ้าคงที่จนกว่าแพ็คถึงแรงดันไฟฟ้าเต็ม จากนั้นจึงเก็บแรงดันไฟฟ้านั้นไว้ในขณะที่กระแสไฟฟ้าลดลงเป็นศูนย์ ความเอียงนั้นเพิ่มเวลาที่การแบ่งง่ายๆ พลาด ดังนั้นทั้งหมดที่สมจริงคือประมาณ 1.2× ถึง 1.5× ตัวเลขกระแสไฟฟ้าคงที่ หรือประมาณ 3.4 ถึง 4.2 ชั่วโมงที่นี่ กระแสไฟฟ้า charger ที่สูงขึ้นจะเสร็จสิ้นระยะเกร็ดเร็วขึ้น แต่ใช้เวลาสัดส่วนนานขึ้นในเอียง และ BMS อาจทำให้สิ่งต่างๆ เตือนหลังจากนั้นขณะที่สมดุลเซลล์ใกล้ด้านบนของการชาร์จ

เซลล์ของฉันจะสร้างความร้อนเท่าใด และมันปลอดภัยหรือไม่

ความร้อนเซลล์อนุสรณ์กฎของจูล q = I²R: เซลล์ที่เกี่ยวข้อง 10 A ถึง 20 mΩ กระจาย 10² × 0.02 = 2 W กระแสไฟฟ้าที่นี่คือต่อเซลล์ ไม่ใช่ต่อแพ็ค — การดึง 40 A แพ็คแบ่งในเซลล์ขนาน 4 คือ 10 A แต่ละด้าน เนื่องจากความร้อนขยาย กับสัตว์ของกระแสไฟฟ้า การเพิ่มกระแสไฟฟ้าต่อเซลล์เป็นสองเท่าจะเพิ่มความร้อน 4 เท่า ในขณะที่การเพิ่มจำนวนขนานเป็นสองเท่าที่กระแสไฟฟ้าแพ็คเดียวกันจะตัดความร้อนเซลล์แต่ละด้านเป็นหนึ่งไตรมาส การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิขึ้นอยู่กับวิธีการระบายความร้อนของแพ็ค: การสร้างที่ระบายอากาศดีอาจเห็น 3 °C/W ความต้านทานความร้อนเซลล์ต่อสิ่งแวดล้อม เป็นปิด เพื่อใกล้เคียง 8 °C/W ให้เก็บเซลล์อย่างสะดวก ต่ำกว่าสูงสุดที่มีอัตรา (โดยทั่วไป 60 °C) ภายใต้โหลดต่อเนื่องกรณีที่เลวร้ายที่สุดของคุณ และเพิ่มการไหลของอากาศหรือเว้นวรรคหากตัวเลขวิ่งร้อน