Серия батарей против параллельной проводки: напряжение, емкость и руководство по выбору

Четыре аккумулятора 12 В 100 Ач стоят на полу мастерской, и все дальнейшее зависит от одного решения по проводке. Соедините их последовательно и у вас будет блок питания 48 В. Соедините их параллельно, и вы получите блок питания 12 В с четырехкратным временем работы. Батареи, стоимость и запасаемая энергия в любом случае идентичны.

Последовательное подключение увеличивает напряжение и сохраняет неизменной емкость в ампер-часах. Параллельная проводка увеличивает мощность в ампер-часах и сохраняет напряжение неизменным. Ни один из вариантов не создает дополнительных ватт-часов, поэтому полезный вопрос не в том, какой вариант сильнее, а в том, какой из них соответствует диапазону напряжения, который может принять ваш инвертор, зарядное устройство и система управления аккумулятором (BMS).

Последовательное подключение: напряжение добавляется, емкость сохраняется

В последовательной цепочке положительная клемма одной батареи соединяется с отрицательной клеммой следующей. Ток имеет один путь, поэтому он протекает через каждую батарею по очереди, и напряжение каждой батареи добавляется к общему значению.

Четыре батареи 12 В 100 Ач, соединенные последовательно, производят 48 В при 100 Ач или 4,8 кВтч номинальной энергии. Ток идентичен в каждой точке цепочки, что означает, что номиналы сечения кабеля и предохранителей рассчитаны для этого одного значения, а не для суммы батарей.

Где сериалы заслужили свое место

• Высоковольтное оборудование: инверторы на 48 В, 96 В и более высокого напряжения рассчитаны на вход постоянного тока, которого не может достичь одна батарея.
• Меньший ток при той же мощности: нагрузка 5 кВт потребляет примерно 104 А при 48 В и около 417 А при 12 В, поэтому проводники, предохранители и клеммы остаются меньше и холоднее.
• Расстояние: меньший ток означает меньшие резистивные потери, что позволяет использовать более длинные кабели между аккумулятором и инвертором.

Последовательное подключение также происходит внутри каждой покупаемой вами батареи. Литиевый блок на 12 В представляет собой четыре последовательно соединенных элемента по 3,2 В, а блок на 48 В обычно состоит из 15 или 16 из них. Понимание строки означает понимание продукта.

Батарейные элементы Введение продукта: Посмотреть продукт →

Параллельное подключение: увеличение мощности, сохранение напряжения

Параллельная проводка соединяет плюс с плюсом и минус с минусом. Каждая батарея находится под одинаковым напряжением, и ток нагрузки распределяется по ветвям.

Четыре батареи 12 В 100 Ач, включенные параллельно, становятся 12 В при 400 Ач, все равно 4,8 кВтч . Время работы при данной нагрузке увеличивается примерно в четыре раза по сравнению с одной батареей, поэтому параллельная работа является стандартным решением для систем с напряжением 12 В, которым необходимо работать дольше, а не интенсивнее.

Два правила, которые предотвращают большинство параллельных проблем

• Одинаковая длина кабеля. Более короткая или толстая ветвь пропускает больший ток, работает тяжелее и стареет быстрее, поэтому держите общее сопротивление каждой ветви настолько близким, насколько это позволяет аппаратное обеспечение.
• Соответствующий уровень заряда. Разрыв в 0,5 В между двумя литиевыми батареями емкостью 100 Ач может привести к сильному броску напряжения в момент подключения, поэтому перед замыканием цепи доведите их до значения примерно 0,1 В.

Также соедините каждую ветку отдельно. Если одна батарея выйдет из строя внутри, остальные три будут питать ее, и один предохранитель на уровне блока не сможет прервать этот путь.

Серия и параллель: краткий обзор

На рисунках ниже представлены идентичные аккумуляторы LiFePO4 напряжением 12 В, 100 Ач, заряженные до одинакового уровня и подключенные с использованием кабелей одинаковой длины.

Серия-параллель: как реальные пакеты достигают обеих целей

Большинству проектов хранения данных требуется одновременное напряжение и время работы, поэтому оба шаблона отображаются в одном банке. Восемь проводных аккумуляторов 12 В 100 Ач 4S2P дают 48 В, 200 Ач и 9,6 кВтч : две параллельные цепочки, каждая из которых состоит из четырех последовательно соединенных батарей.

Та же арифметика масштабируется до одного корпуса. Литиевая батарея на 48 В обычно состоит из 16 последовательно соединенных элементов LiFePO4, поскольку номинальное напряжение 16 x 3,2 В равно 51,2 В, которое в отрасли округляется до 48 В. Емкость зависит от размера ячейки или от добавления параллельных ячеек, поэтому блок 16S2P сохраняет примерно вдвое больше энергии, чем блок 16S1P при том же напряжении.

Именно поэтому номинальный номер на этикетке не совпадает с номером, который использует ваше зарядное устройство. Литиевый аккумулятор 16S заряжается примерно до 58,4 В при напряжении 3,65 В на элемент, а профиль зарядного устройства должен отражать количество элементов, а не маркетинговое напряжение.

Модули Введение продукта: Lithium battery modules combine dozens to hundreds of battery cells in series or parallel, combined with a specialized battery management system ... Посмотреть продукт →

Что выходит из строя в первую очередь в каждом стиле проводки

Серия: дисбаланс и потолки BMS

Каждая ячейка в последовательной цепочке пропускает одинаковый ток, поэтому самая слабая ячейка устанавливает предел для всей цепочки. Дисбаланс накапливается цикл за циклом, если BMS активно не балансирует клетки. Многие литиевые батареи на 12 В также ограничивают количество блоков, которые можно соединить последовательно, часто четыре, поскольку внутренняя электроника не рассчитана на более высокое напряжение.

Параллельно: неравномерное распределение и подача ошибок

Параллельные банки также не балансируют себя. Различия в длине кабеля, крутящем моменте на клеммах или внутреннем сопротивлении определяют, какая батарея работает сильнее всего, и какая из них выходит из строя первой. Неисправная ячейка в одной ветви также становится нагрузкой, которую питают другие ветви, поэтому объединение на уровне ветвей не является обязательным.

Зарядка: где расходятся два подхода

Последовательный блок должен заряжаться при напряжении батареи, а работа по балансировке происходит внутри BMS на уровне ячеек. Подключение зарядного устройства на 12 В к сети на 48 В не приведет к передаче в него значимой энергии.

Параллельная батарея заряжается при напряжении батареи, но доступный ток заряда умножается на количество ветвей. Четыре параллельно соединенные батареи могут поглощать примерно в четыре раза больше тока, чем одна, что сокращает время зарядки, в то же время делая ограничение тока зарядного устройства и C-рейт каждой батареи тем, что вы проверяете вместе, а не по отдельности.

Проверки, которые определяют проводку перед покупкой

1. Сначала прочтите окно постоянного тока инвертора. Если ему требуется номинальное напряжение 48 В, о параллельном блоке 12 В не может быть и речи, независимо от того, сколько времени работы вы хотите.
2. Подтвердите ограничение серии BMS. Количество блоков, которые можно соединять последовательно, является опубликованной спецификацией, а не рекомендацией.
3. Проверьте непрерывный ток разряда и C-рейт. Батарея емкостью 100 Ач с номиналом 1С выдает 100 А, а четыре параллельно соединенных аккумулятора теоретически выдают 400 А, но только если проводка и предохранители поддерживают это.
4. Выбирайте кабели по току, а не по энергии. Последовательные струны сохраняют ток на низком уровне; параллельные банки суммируют это.
5. Планируйте предохранители для каждой ветви и каждой цепочки и сохраняйте одинаковую длину кабелей в каждой параллельной группе.
6. Сопоставьте сертификацию с приложением. UL 1973 и IEC 62619 являются обычными стандартами для стационарного хранения, а производственный контроль, такой как IATF 16949, обычно проявляется позже в виде согласованности между поставляемыми единицами.

Если окончательная конфигурация предназначена для дома, то комплект заводского изготовления устраняет большую часть риска проводки, поскольку последовательно-параллельная схема фиксирована, сбалансирована и протестирована перед отправкой.

Пакет для хранения энергии в жилых домах Введение продукта: The residential energy storage battery system is a large-capacity energy storage solution designed specifically for residential applications. It ... Посмотреть продукт →

Обогрев, охлаждение и большие банки

Выбор проводки меняет как нагрев, так и напряжение. Последовательная батарея на 48 В передает ту же мощность примерно на четверть тока параллельной батареи на 12 В, поэтому клеммы, шины и предохранители охлаждаются при равной выходной мощности.

Как только мощность банка достигает десятков киловатт-часов, управление температурным режимом начинает иметь большее значение, чем схема подключения. Инженеры сравнивают конструкции с воздушным и жидкостным охлаждением обычно они ставят перед собой один и тот же компромисс: насколько равномерно тепло может быть отведено из батареи по сравнению со стоимостью и сложностью, которую добавляет контур охлаждения.

Последовательный и параллельный варианты — менее конкурирующие ответы, чем два циферблата на одной панели. Используйте последовательное повышение напряжения до тех пор, пока инвертор не будет удовлетворен, затем используйте параллельное повышение мощности, пока нагрузка не будет покрыта. Запишите окончательную компоновку, промаркируйте каждый кабель и запишите уровень заряда при установке, чтобы следующий человек, который откроет корпус, точно знал, на что он смотрит.