Giải thích về điện áp pin LiFePO4: Hệ thống 12V, 24V, 36V và 48V

Sơ lược về điện áp pin LiFePO4

Một tế bào LiFePO4 thường được đánh giá ở mức xấp xỉdanh nghĩa 3,2V. Để tạo ra một bộ pin có điện áp-cao hơn, nhiều ô được mắc nối tiếp để điện áp của chúng cộng lại với nhau.

Ví dụ: bốn ô 3,2V được mắc nối tiếp sẽ tạo ra điện áp gói danh định là:

3.2V × 4 = 12.8V

Đây là lý do tại sao pin được bán dưới dạng "pin LiFePO4 12V" thường có điện áp danh định là 12,8V thay vì chính xác là 12,0V.

Biểu đồ điện áp pin LiFePO4

Tính nhất quán về điện áp trên mỗi tế bào trong một gói là rất quan trọng để đảm bảo tuổi thọ và độ an toàn lâu dài. Ngay cả những khác biệt nhỏ về điện áp di động cũng sẽ khuếch đại chu kỳ sạc-xả, tạo ra sự mất cân bằng làm giảm dung lượng sử dụng được và rút ngắn tuổi thọ của gói. Tại Greatech, phòng thí nghiệm thử nghiệm tế bào nội bộ- của chúng tôi sắp xếp và so khớp các tế bào Hạng A trong phạm vi ±15mV trước khi lắp ráp để tối đa hóa tuổi thọ của gói.

Để biết thông tin chi tiết kỹ thuật sâu hơn về điện hóa LiFePO4, hãy tham khảo hướng dẫn độc lập này để biết thêmĐặc tính điện áp pin LiFePO4từ Đại học Pin.

Điện áp pin LiFePO4 có nghĩa là gì?

Cốt lõi của mọi hệ thống LiFePO4 là pin danh định 3,2V riêng lẻ. Điện áp này xuất phát trực tiếp từ thế năng điện hóa của cực âm lithium iron phosphate và nó xác định đặc tính hoạt động của toàn bộ pin.

Một tế bào LiFePO4 có trạng thái ổn định phóng điện phẳng đặc trưng, ​​nghĩa là nó giữ-điện áp không đổi trong hầu hết công suất của nó. Điều này rất khác với pin lithium niken mangan coban (NMC), có điện áp danh định cao hơn 3,7V nhưng điện áp giảm mạnh hơn khi chúng phóng điện.

Điều khoản điện áp chính

Một thông số kỹ thuật tốt nên phân biệt giữa các giá trị này thay vì chỉ đơn giản đề cập đến "điện áp pin".

Cách các tế bào dòng xác định điện áp gói LiFePO4

Hệ thống pin tăng tổng điện áp bằng cách kết nối các ô riêng lẻ thành chuỗi. Trong cấu hình nối tiếp, cực dương của một ô kết nối với cực âm của ô tiếp theo. Điều này làm tăng điện áp của từng ô trong khi vẫn giữ tổng công suất (Ah) giống như một ô.

Công thức cơ bản là:

Điện áp gói=Điện áp di động × Số lượng tế bào nối tiếp

3,2V × 4 ô=12.8V danh nghĩa

Ở mức tham chiếu mức sạc trên 3,65V-mỗi-ô:

3,65V × 4 ô=14.6V

Cấu hình dòng phổ biến

Kết nối nối tiếp làm tăng điện áp.

Kết nối song song làm tăng công suất và khả năng dòng điện, trong khi điện áp danh định vẫn gần như giữ nguyên.

Ví dụ:

4 ô nối tiếp → khoảng 12,8V

8 ô nối tiếp → khoảng 25,6V

16 ô nối tiếp → khoảng 51,2V

Ví dụ: nếu sử dụng các ô giống hệt nhau:

4S1P=bốn ô nối tiếp, một chuỗi song song

4S2P=bốn nhóm chuỗi với hai ô trong mỗi nhóm song song

Nhóm chuỗi 16S4P=16, bốn ô trên mỗi nhóm song song

Nếu một ô riêng lẻ có công suất 100Ah thì pin 16S1P có thể xấp xỉ 51,2V 100Ah. Một hệ thống 16S2P sử dụng cùng các ô có thể có điện áp xấp xỉ 51,2V 200Ah.

Greatech mô tả các cơ sở sản xuất của mình bao gồm phân loại tế bào tự động, hàn, lắp ráp GÓI, kiểm tra BMS, kiểm tra-nạp điện và thiết bị lão hóa, tất cả đều liên quan đến việc sản xuất bộ pin-được kiểm soát. Bạn có thể xem lại thiết bị sản xuất pin và khả năng sản xuất GÓI của công ty.

So sánh các hệ thống LiFePO4 12V, 24V, 36V và 48V

Hệ thống pin tăng tổng điện áp bằng cách kết nối các ô riêng lẻ thành chuỗi. Trong cấu hình nối tiếp, cực dương của một ô kết nối với cực âm của ô tiếp theo. Điều này làm tăng điện áp của từng ô trong khi vẫn giữ tổng công suất (Ah) giống như một ô.

Nguyên tắc tế bào nối tiếp này là cách tạo ra tất cả các điện áp hệ thống LiFePO4 tiêu chuẩn. Vì mỗi ô có điện áp danh định là 3,2V nên tổng điện áp hệ thống chỉ đơn giản là 3,2V nhân với số ô trong chuỗi.

Hệ thống LiFePO4 12V

Gói LFP loại 12V{1}}thông thường sử dụng bốn ô nối tiếp.

Cái chungĐiện áp LFP 12Vgiá trị là:

Cấu hình: 4S

Điện áp danh định: khoảng 12,8V

4 ô nối tiếp (4S)=12.8V danh nghĩa

Loại pin 12V{1}}thường được sử dụng trong:

Hệ thống điện RV,

điện phụ trợ hàng hải,

hệ thống điện di động,

thiết bị dự phòng,

hệ thống năng lượng mặt trời nhỏ,

dự án thay thế axit chì-.

Hệ thống LiFePO4 24V

Một điểm chungGói LiFePO4 24Vsử dụng cấu hình 8S.

Các giá trị tham chiếu điển hình là:

Cấu hình: 8S

Điện áp danh định: khoảng 25,6V

8 ô nối tiếp (8S)=25.6V danh nghĩa

Tham chiếu sạc tối đa điển hình: khoảng 29,2V

Hệ thống LiFePO4 36V

Kiến trúc LiFePO4 loại 36V{1}}phổ biến là 12S.

Các giá trị điển hình là:

Cấu hình: 12S

Điện áp danh định: khoảng 38,4V

12 ô nối tiếp (12S)=38.4V danh nghĩa

Tham chiếu phí trên điển hình: khoảng 43,8V

Hệ thống LiFePO4 48V

Nhiều loại pin LiFePO4 48V{1}} sử dụng 16 ô nối tiếp.

Đặc trưngĐiện áp LFP 48Vgiá trị là:

Cấu hình: 16S

Điện áp danh định: khoảng 51,2V

16 ô nối tiếp (16S)=51.2V danh nghĩa

Tham chiếu phí trên điển hình: khoảng 58,4V

Greatech đã xuất bảnkho lưu trữ năng lượng-thông tin sản phẩm bao gồm các hệ thống dựa trên LiFePO4-có điện áp nối tiếp cao hơn dành cho các ứng dụng quy mô-thương mại, thể hiện cách tiếp tục nguyên tắc tế bào nối tiếp tương tự ngoài các gói 12V–48V.

So sánh hệ thống điện áp

Điện áp sạc LiFePO4, Điện áp nghỉ và Giới hạn điện áp-thấp

Vì lý do này, bất kỳ điều gì hữu íchBiểu đồ điện áp pin LiFePO4nên xác định tình trạng hoạt động thay vì cung cấp một con số không giải thích được.

Điện áp sạc

Trong quá trình sạc, điện áp gói tăng lên khi bộ sạc cung cấp dòng điện.

BMS có thể giám sát điện áp của từng ô và làm gián đoạn quá trình sạc nếu ô đạt đến ngưỡng điện áp cao{0}}đã được lập trình. Tùy thuộc vào thiết kế BMS, việc cân bằng tế bào cũng có thể xảy ra ở gần phần trên của chu kỳ sạc.

Ví dụ: gói 4S không nên sạc bằng cách sử dụng cài đặt dành cho gói 8S hoặc 16S.

Điện áp nghỉ

Sau khi dừng sạc hoặc xả, điện áp pin có thể thay đổi khi các tế bào thư giãn về trạng thái nghỉ.

Điện áp dưới tải

Pin có thể hiển thị điện áp nghỉ ổn định nhưng giảm đáng kể khi cung cấp dòng điện lớn.

BMS có thể tắt pin nếu điện áp của một hoặc nhiều ô giảm xuống dưới ngưỡng bảo vệ được định cấu hình.

Đừng sử dụng các số cắt chung-một cách mù quáng

Các ô và bộ pin khác nhau có thể sử dụng các giới hạn khác nhau.

Điện áp pin LiFePO4 so với điện áp pin chì-Điện áp pin axit

Một tế bào LiFePO4 điển hình có điện áp danh định khoảng 3,2V.

Bốn ô nối tiếp tạo ra:

4 × 3.2V = 12.8V

Pin axit chì-12V truyền thống được chế tạo từ sáu tế bào điện hóa khoảng 2V.

Do đó, cả hai đều có thể được mô tả là hệ thống "loại 12V{1}}" trong khi có đường cong điện áp và yêu cầu sạc khác nhau.

Hành vi xả thải là khác nhau

Hóa học LiFePO4 thường duy trì cấu hình điện áp tương đối phẳng trong phần lớn công suất sử dụng của nó.

Điều này có nghĩa là thiết bị ước tính công suất chỉ từ điện áp có thể hoạt động khác sau khi chuyển đổi chất hóa học của pin.

Cách chọn giữa các hệ thống LiFePO4 12V, 24V, 36V và 48V

Không có một điện áp nào tự động là tốt nhất.

Điện áp hệ thống chính xác phụ thuộc vào tải điện, kiến ​​trúc thiết bị, yêu cầu hiện tại và hạn chế lắp đặt.

1. Bắt đầu với điện áp của thiết bị

Pin phải tương thích với dải điện áp được thiết bị chấp nhận.

Kiểm tra:

giới hạn điều khiển động cơ,

phạm vi đầu vào biến tần,

Đầu vào bộ chuyển đổi DC/DC,

thông số kỹ thuật của bộ sạc,

kiến trúc BMS,

điện tử phụ trợ.

Không bao giờ chọn điện áp pin độc lập với thiết bị mà nó sẽ cấp nguồn.

2. Tính công suất và dòng điện

Mối quan hệ điện cơ bản là:

Nguồn=Điện áp × Dòng điện

Sắp xếp lại:

Nguồn điện=hiện tại -> Điện áp

Hãy xem xét tải 2.400W đơn giản hóa.

Ở điện áp 12V:

2,400W ÷ 12V ≈ 200A

Ở 48V:

2,400W ÷ 48V ≈ 50A

3. Kiểm tra dòng điện đỉnh

Pin phải hỗ trợ:

dòng xả liên tục,

dòng xả cực đại,

thời gian cao điểm,

điều kiện nhiệt độ,

giới hạn độ võng điện áp.

4. Xem xét thời gian chạy

Năng lượng pin có thể được ước tính bằng cách sử dụng:

Năng lượng (Wh)=Điện áp danh định × Công suất (Ah)

Ví dụ:

25,6V × 100Ah=2,560Wh

Hai hệ thống pin có thể có điện áp và xếp hạng Ah khác nhau trong khi lưu trữ lượng năng lượng tương tự nhau.

5. Phù hợp với BMS

BMS phải hỗ trợ đúng số ô chuỗi.

BMS 8S không thể thay thế được với BMS 16S đơn giản vì cả hai đều được sử dụng với hóa học LiFePO4.

Cách đo và khắc phục sự cố điện áp pin LiFePO4

Đo điện áp có thể giúp chẩn đoán hệ thống pin, nhưng phép đo phải được thực hiện một cách an toàn và được diễn giải theo ngữ cảnh.

Bước 1: Sử dụng đồng hồ vạn năng phù hợp

Sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số được đánh giá phù hợp và chọn dải điện áp DC chính xác.

Xác nhận rằng thiết bị, đầu dò và phương pháp kiểm tra phù hợp với điện áp pin liên quan.

Bước 2: Đo điện áp gói

Đo qua các đầu ra dương và âm được chỉ định của gói.

So sánh kết quả với:

điện áp hệ thống dự kiến,

tình trạng tính phí,

trạng thái BMS,

tình trạng sạc.

Bước 3: So sánh điện áp nghỉ và điện áp có tải

Một quá trình chẩn đoán hữu ích là so sánh:

điện áp không có tải đáng kể,

điện áp khi thiết bị đang hoạt động.

Mức giảm tải lớn có thể cho thấy nhu cầu dòng điện quá cao, kết nối kém, SOC thấp hoặc điện trở trong tăng.

Bước 4: Xem lại mức điện áp di động-khi thích hợp

Trong các hệ thống có thể sử dụng được được thiết kế cho các kỹ thuật viên có trình độ, cá nhânloạt tế bàohoặc các nhóm chuỗi có thể được so sánh.

Sự khác biệt đáng kể giữa một nhóm chuỗi này và các nhóm khác có thể cho thấy sự mất cân bằng hoặc một tình trạng khác cần được điều tra thêm.

Không mở hoặc thăm dò các bộ pin-năng lượng cao, kín trừ khi bạn được đào tạo và sản phẩm được thiết kế để tiếp cận dịch vụ.

Triệu chứng thường gặp

Nếu vẫn còn sự khác biệt bất thường về tế bào sau khi sạc và cân bằng đúng cách, thì phải đánh giá hoạt động tiếp tục theo hướng dẫn dịch vụ của nhà sản xuất.

Nếu có thắc mắc về kỹ thuật, hãy sử dụng trang liên hệ và hỗ trợ kỹ thuật về pin của Greatech.

Câu hỏi thường gặp về điện áp pin LiFePO4

Điện áp danh định của một tế bào LiFePO4 là bao nhiêu?

Một tế bào LiFePO4 thường được đánh giá ở mức xấp xỉdanh nghĩa 3,2V. Điện áp thực tế thay đổi trong quá trình sạc, nghỉ và xả.

Điện áp của pin LiFePO4 12V đã sạc đầy là bao nhiêu?

Đối với gói 4S thông thường sử dụng 3,65V làm giới hạn sạc cấp ô-, điện áp sạc phía trên xấp xỉ14.6V.

Thông số sạc chính xác phải luôn đến từ nhà sản xuất pin.

Tại sao pin LiFePO4 12V được đánh giá ở mức 12,8V?

Pin LiFePO4 loại 12V-thông thường sử dụng bốn ô 3,2V nối tiếp:

4 × 3.2V = 12.8V

Do đó, "12V" là mô tả loại-hệ thống chứ không phải là điện áp danh định chính xác.

Cần bao nhiêu tế bào LiFePO4 cho pin 24V?

Sử dụng pin LFP loại 24V-thông dụng8 ô nối tiếp, dẫn đến khoảng:

8 × 3,2V=25.6V danh nghĩa

Có bao nhiêu cell thường được sử dụng trong pin LiFePO4 48V?

Một cấu hình phổ biến là16S, hoặc 16 ô nối tiếp.

Sử dụng các ô danh định 3,2V:

16 × 3,2V=51.2V danh nghĩa

Tại sao pin 48V thường được đánh giá ở mức 51,2V?

Bởi vì "48V" thường dùng để chỉ loại hệ thống.

Cấu hình LiFePO4 16S tạo ra điện áp danh nghĩa xấp xỉ 51,2V, trong khi thiết bị được thiết kế xung quanh phạm vi hoạt động thực tế của pin.

Tôi có thể sử dụng bộ sạc axit chì-cho pin LiFePO4 không?

Chỉ khi cấu hình bộ sạc tương thích rõ ràng với yêu cầu của nhà sản xuất pin LiFePO4.

Đừng cho rằng khả năng tương thích chỉ từ điện áp danh định.

Điện áp có thể hiển thị chính xác trạng thái sạc không?

Chỉ có khoảng.

Pin LiFePO4 có cấu hình điện áp-phóng điện tương đối bằng phẳng trong hầu hết phạm vi công suất của chúng, do đó, hệ thống đếm BMS hoặc coulomb{2}}được cấu hình thích hợp có thể cung cấp ước tính SOC hữu ích hơn so với chỉ sử dụng điện áp.

Điều gì xảy ra nếu một nhóm tế bào có điện áp khác nhau?

Sự khác biệt có ý nghĩa có thể cho thấy sự mất cân bằng, dung lượng không nhất quán, sự cố kết nối hoặc tình trạng pin khác.

BMS có thể hạn chế sạc hoặc xả khi một ô đạt đến ngưỡng bảo vệ trước các ô khác.

Nên chọn 12V, 24V hay 48V?

Chọn dựa trên phạm vi hoạt động của thiết bị, nguồn điện, dòng điện, thiết kế cáp, bộ sạc, BMS và các yêu cầu lắp đặt.

Điện áp cao hơn có thể giảm dòng điện đối với nhu cầu điện năng nhất định, nhưng nó không hẳn là lựa chọn phù hợp cho mọi dự án.

Cần một bộ pin LiFePO4 tùy chỉnh? Nói chuyện với Greatech

Việc chọn đúng loại pin đòi hỏi nhiều thứ hơn là chỉ chọn nhãn điện áp.

Đối với một OEM hoặc dự án công nghiệp, thông số kỹ thuật đầy đủ thường bao gồm:

Yêu cầu báo giá pin tùy chỉnh từ Greatech

Bài học cuối cùng

Khái niệm quan trọng nhất rất đơn giản: Điện áp hệ thống LiFePO4 được xác định chủ yếu bởi số lượng tế bào được kết nối nối tiếp.

Một ô danh nghĩa 3,2V thông thường tạo ra khoảng:

4S = 12.8V

8S = 25.6V

12S = 38.4V

16S = 51.2V

Tuy nhiên, điện áp danh định chỉ là một phần trong việc lựa chọn pin. Điện áp sạc, giới hạn phóng điện, cài đặt BMS, khả năng hiện tại, khả năng tương thích của thiết bị, nhiệt độ và yêu cầu ứng dụng đều phải được xem xét cùng nhau.

Đối với người mua, kỹ sư và nhà tích hợp hệ thống, cách tiếp cận an toàn nhất là sử dụng biểu đồ điện áp làm công cụ định hướng và sử dụng thông số kỹ thuật thực tế của pin, gói, bộ sạc và thiết bị để đưa ra quyết định kỹ thuật cuối cùng.

Tài liệu tham khảo và an toàn

Đối với-các yêu cầu tuân thủ cụ thể của dự án, các tiêu chuẩn hiện hành sẽ tùy thuộc vào thị trường và ứng dụng dự định. Giải pháp UL xác định các tiêu chuẩn nhưUL 1973, IEC 62619và các tiêu chuẩn cụ thể khác về pin-trong các trường hợp sử dụng văn phòng phẩm, công nghiệp và vận tải.

Pin lithium dùng để vận chuyển cũng được giải quyết bằngHướng dẫn kiểm tra và tiêu chí của Liên hợp quốc, Tiểu mục 38.3.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm kỹ thuật:Bài viết này cung cấp thông tin giáo dục chung và không thay thế cho bảng dữ liệu của nhà sản xuất pin, thông số kỹ thuật BMS, hướng dẫn sử dụng bộ sạc, đánh giá kỹ thuật điện hoặc các yêu cầu chứng nhận và an toàn hiện hành.