Máy Tính Gói Pin

Máy tính gói pin DIY, cấu hình BMS và tế bào

BatteryPackCalc là bộ công cụ miễn phí để thiết kế và xác thực các gói pin lithium DIY cho xe đạp điện, xe scooter điện, chuyển đổi EV và hệ thống nguồn điện nhà. Xây dựng một gói là một chuỗi các quyết định liên kết: số lượng nối tiếp và nối song song xác định điện áp và dung lượng của bạn, tỷ lệ C của pin giới hạn bao nhiêu dòng điện bạn có thể rút an toàn, dải nikel và điện trở nội bộ xác định bao nhiêu điện áp thực sự đến tải, ngưỡng BMS quyết định khi nào gói tự tắt, và thời gian sạc và nhiệt pin cho bạn biết gói hoạt động như thế nào hàng ngày. Nếu bạn làm sai một cái, những cái khác sẽ bị ảnh hưởng — dải quá nhỏ quá nóng, BMS không phù hợp ngắt mạch liên tục hoặc không bảo vệ, chuỗi xả quá thấp lão hóa sớm. Mỗi máy tính trên trang web này giải quyết một liên kết trong chuỗi bằng cách sử dụng các công thức kỹ thuật pin tiêu chuẩn, được hiển thị công khai trong hướng dẫn của mỗi công cụ để bạn có thể theo dõi toán học và nhập các số liệu trực tiếp từ bảng dữ liệu pin của riêng bạn. Bắt đầu với công cụ cấu hình S/P để khóa điện áp và dung lượng, sau đó kích thước giới hạn dòng điện của bạn bằng công cụ tỷ lệ C, kiểm tra các số dải nikel và điện trở nội bộ để độ sụt áp điện áp vẫn có thể quản lý được, và cuối cùng đặt các cutoff BMS và xác nhận thời gian sạc và nhiệt nằm trong phạm vi mà vỏ bạn có thể xử lý. Kiểm tra chéo một thiết kế ở đây mất vài phút; phát hiện sự cố sau khi bạn đã hàn chấm 200 pin sẽ tốn toàn bộ gói.

Đọc thêm

Cấu hình gói pin phổ biến

Câu hỏi thường gặp về Xây dựng Gói Pin

Làm cách nào để chọn giữa nhiều pin nối tiếp (S) và nhiều pin nối song song (P)?

Nối tiếp đặt điện áp, nối song song đặt dung lượng — chọn số lượng S của bạn từ điện áp mà động cơ và bộ điều khiển của bạn mong đợi, sau đó chọn P từ thời gian chạy bạn cần. Hệ thống xe đạp điện 36 V muốn 10S vì 10 × 3,6 V ≈ 36 V nominal; hệ thống 48 V muốn 13S hoặc 14S. Sau khi S được cố định, thêm các pin nối song song để tăng amper-giờ: 10S2P tăng gấp đôi tầm của 10S1P ở cùng điện áp. S cao hơn có nghĩa là điện áp cao hơn và dòng điện thấp hơn cho cùng một công suất, giữ cho tổn thất dây và dải thấp, nhưng nó cũng cần nhiều dây cân bằng hơn và BMS có số kênh phù hợp. Nhiều P phân tán dòng điện trên các pin, giảm stress trên mỗi pin và nhiệt.

Tỷ lệ C có ý nghĩa gì và nó giới hạn gói của tôi như thế nào?

Tỷ lệ C là dòng điện tối đa của pin được biểu thị dưới dạng bội số của dung lượng của nó: pin 3,5 Ah được xếp hạng 5C có thể cung cấp 5 × 3,5 = 17,5 A liên tục. Ở mức gói, khả năng dòng điện tỷ lệ với số lượng nối song song, vì vậy một nhóm 4P các pin đó có thể cung cấp 4 × 17,5 = 70 A. Tỷ lệ C bạn nên thiết kế là con số liên tục trên bảng dữ liệu, không phải con số cao nhất — tỷ lệ cao nhất chỉ áp dụng trong vài giây. Chạy tải ổn định của bạn ít nhất 20% dưới giới hạn liên tục, vì dòng điện liên tục gần tỷ lệ tạo ra nhiệt và gia tốc lão hóa. Nếu tải của bạn cần nhiều dòng điện hơn gói có thể cung cấp, hãy thêm pin nối song song thay vì đẩy những pin hiện có vượt quá tỷ lệ của chúng.

Tại sao độ dày dải nikel quan trọng và làm cách nào để kích thước nó?

Dải nikel mang dòng điện nhóm đầy đủ giữa các pin, vì vậy dải quá nhỏ hoạt động như một cầu chì không có ý định — quá nóng, làm hỏng dấu pin, và có thể kích hoạt loạng quạng nhiệt. Kích thước sử dụng mật độ dòng điện bảo thủ khoảng 6 A/mm² cho nikel nguyên chất (4 A/mm² cho thép mạ nikel): dải tiêu chuẩn 8 mm × 0,15 mm là 1,2 mm², tốt cho khoảng 7 A liên tục ở không khí tự do. Bên trong một gói ấm, kín mít thất kém đến gần 5 A. Khi một lớp đơn không đủ, xếp chồng hai lớp, sử dụng chất liệu dày hơn, hoặc thêm bánh mì kẹp đồng-nikel. Luôn kích thước dải cho dòng điện nhóm trường hợp xấu nhất — dòng điện gói chia cho số nhóm nối song song nó cung cấp — không phải trung bình.

Làm cách nào để chọn điện áp cutoff BMS cho hóa học của tôi?

BMS so sánh mỗi pin với các ngưỡng trên mỗi pin phụ thuộc vào hóa học. NMC (pin chung 18650/21700) bảo vệ ở khoảng 4,25 V quá áp và 3,0 V dưới áp; LFP (LiFePO4) ở 3,65–3,70 V và 2,5 V; LTO ở 2,9 V và 1,8 V. Nhân giới hạn trên mỗi pin với số lượng S của bạn cho cutoff mức gói: gói 13S NMC trip quá áp gần 55 V và dưới áp gần 39 V. Đặt giá trị tối đa bộ sạc của bạn ở hoặc chỉ dưới quá áp gói để BMS vẫn là dòng phòng chống cuối cùng chứ không phải trip định kỳ. Để bảo vệ quá dòng điện, để lại khoảng trống phía trên rút ổn định của bạn — khoảng 1,3× dòng điện thiết kế — để tăng tốc ngắn hoặc những bước nhảy trèo đồi không trip gói không cần thiết.

Cân bằng pin là gì và tại sao gói của tôi cần nó?

Các pin trong chuỗi nối tiếp không bao giờ có dung lượng hoặc điện trở nội bộ giống hệt nhau, vì vậy trong nhiều chu kỳ điện áp của chúng lệch nhau. Không cân bằng, pin yếu nhất đạt cutoff trên cùng trước tiên khi sạc và cutoff dưới cùng trước tiên khi xả, vì vậy toàn bộ gói dừng ở pin tệ nhất — bạn mất dung lượng sử ddụng được và pin ngoài lề lão hóa thậm chí còn nhanh hơn. BMS cân bằng chảy thải charge từ các pin cao nhất (cân bằng thụ động) hoặc vận chuyển nó giữa các pin (cân bằng chủ động) để giữ cho chúng căn chỉnh, thường gần đỉnh sạc. Đây là lý do tại sao số lượng S bạn nối phải khớp chính xác với BMS của bạn: BMS 13S trên gói 14S để lại một nhóm không được giám sát và không cân bằng, điều này vừa là mất dung lượng vừa là rủi ro cháy.

Điều gì gây ra sụt áp điện áp và tôi nên mong đợi bao nhiêu?

Sụt áp điện áp là sự giảm giữa điện áp nghỉ ngơi của gói và điện áp đầu cuối dưới tải, và nó xuất phát từ điện trở nội bộ. Điện trở gói là điện trở chuỗi nối tiếp được chia sẻ trên các nhóm nối song song: S × điện trở pin ÷ P. Gói 13S4P của các pin 20 mΩ có khoảng 13 × 20 ÷ 4 = 65 mΩ, vì vậy kéo 40 A rơi 40 × 0,065 = 2,6 V và biến gói nominal 48 V thành khoảng 45,5 V ở các đầu cuối. Sụt nặng cũng làm cho cutoff điện áp thấp trip sớm hơn so với dung lượng còn lại sẽ gợi ý, điều này xuất hiện dưới dạng phạm vi mất dưới ga khó. Giảm nó bằng cách thêm pin nối song song, chọn pin điện trở thấp hơn, và giữ cho điện trở kết nối thấp — và nhớ rằng điện trở pin leo lên khi pin già và khi chúng chạy lạnh.

Sẽ mất bao lâu để sạc gói của tôi?

Là ước tính đầu tiên, chia dung lượng gói cho dòng điện bộ sạc: gói 14 Ah trên bộ sạc 5 A cần khoảng 14 ÷ 5 = 2,8 giờ sạc dòng điện không đổi. Các bộ sạc lithium thực sử dụng hồ sơ CC-CV mặc dù — chúng đẩy dòng điện không đổi cho đến khi gói đạt điện áp đầy đủ, sau đó giữ điện áp đó trong khi dòng điện suy giảm về 0. Sự suy giảm đó thêm thời gian mà phép chia đơn giản bỏ lỡ, vì vậy tổng thực tế là khoảng 1,2× đến 1,5× con số dòng điện không đổi, hoặc khoảng 3,4 đến 4,2 giờ ở đây. Dòng điện sạc cao hơn hoàn thành giai đoạn khối nhanh hơn nhưng dành thời gian tương xứng lâu hơn trong suy giảm, và BMS có thể làm chậm mọi thứ hơn nữa trong khi cân bằng các pin gần đỉnh sạc.

Pin của tôi sẽ tạo ra bao nhiêu nhiệt và liệu nó có an toàn không?

Nhiệt pin tuân theo định luật Joule, q = I²R: pin mang 10 A thông qua 20 mΩ tỏa 10² × 0,02 = 2 W. Dòng điện ở đây là trên mỗi pin, không phải trên mỗi gói — rút gói 40 A chia cho bốn pin nối song song là 10 A mỗi cái. Bởi vì nhiệt tỷ lệ với bình phương dòng điện, nhân đôi dòng điện trên mỗi pin sẽ làm tăng gấp bốn lần nhiệt, trong khi nhân đôi số lượng song song ở cùng dòng điện gói sẽ giảm nhiệt của mỗi pin xuống còn một phần tư. Tăng nhiệt độ phụ thuộc vào cách gói tỏa nhiệt tốt: một bản dựng thông gió tốt có thể thấy 3 °C/W điện trở nhiệt pin-to-ambient, một cái kín khí gần 8 °C/W. Giữ các pin thoải mái dưới giá trị tối đa được xếp hạng của chúng (thường là 60 °C) dưới tải liên tục trường hợp xấu nhất của bạn, và thêm luồng không khí hoặc khoảng cách nếu các con số chạy nóng.