Tensiunea bateriei LiFePO4 explicată: sisteme 12V, 24V, 36V și 48V

Tensiunea bateriei LiFePO4 pe scurt

O singură celulă LiFePO4 este de obicei evaluată la aproximativ3,2 V nominal. Pentru a crea un pachet de baterii cu tensiune mai mare-, mai multe celule sunt conectate în serie, astfel încât tensiunile lor să se adună.

De exemplu, patru celule de 3,2 V conectate în serie creează o tensiune nominală a pachetului de:

3.2V × 4 = 12.8V

Acesta este motivul pentru care o baterie vândută ca „baterie LiFePO4 de 12 V” are de obicei 12,8 V nominal, mai degrabă decât exact 12,0 V.

Tabelul tensiunii bateriei LiFePO4

Consistența tensiunii în fiecare celulă dintr-un pachet este esențială pentru o viață lungă și siguranță. Chiar și micile diferențe de tensiune ale celulei se vor amplifica peste ciclurile de încărcare-descărcare, creând un dezechilibru care reduce capacitatea utilizabilă și scurtează durata de viață a pachetului. La Greatech, laboratorul nostru intern de testare a celulelor-sortează și potrivește celulele de grad A la ±15mV înainte de asamblare, pentru a maximiza longevitatea pachetului.

Pentru o defalcare tehnică mai profundă a electrochimiei LiFePO4, consultați acest ghid independent pentruCaracteristicile tensiunii bateriei LiFePO4de la Universitatea Battery.

Ce înseamnă tensiunea bateriei LiFePO4?

La baza fiecărui sistem LiFePO4 se află celula nominală individuală de 3,2 V. Această tensiune provine direct din potențialul electrochimic al catodului de fosfat de litiu și fier și definește caracteristicile de funcționare ale întregii baterii.

O singură celulă LiFePO4 are un platou de descărcare în mod caracteristic plat, ceea ce înseamnă că menține o tensiune aproape constantă-pentru cea mai mare parte a capacității sale. Aceasta este foarte diferită de celulele cu litiu nichel mangan cobalt (NMC), care au o tensiune nominală mai mare de 3,7 V, dar o cădere de tensiune mai abruptă pe măsură ce se descarcă.

Termeni cheie de tensiune

O specificație de inginerie bună ar trebui să facă distincția între aceste valori, mai degrabă decât să se refere doar la „tensiunea bateriei”.

Cum celulele din serie determină tensiunea pachetului LiFePO4

Sistemele de baterii cresc tensiunea totală prin conectarea celulelor individuale în serie. Într-o configurație în serie, borna pozitivă a unei celule se conectează la borna negativă a următoarei. Aceasta adună tensiunea fiecărei celule, păstrând în același timp capacitatea totală (Ah) la fel ca o singură celulă.

Formula de bază este:

Tensiune pachet=Tensiune celule × Număr de celule din serie

3,2 V × 4 celule=12.8V nominal

La o referință de încărcare superioară de 3,65 V-per-celulă:

3,65 V × 4 celule=14.6V

Configurații comune ale seriei

Conexiunile în serie cresc tensiunea.

Conexiunile paralele cresc capacitatea și capacitatea de curent, în timp ce tensiunea nominală rămâne aproximativ aceeași.

De exemplu:

4 celule în serie → aproximativ 12,8V

8 celule în serie → aproximativ 25,6V

16 celule în serie → aproximativ 51,2V

De exemplu, dacă sunt utilizate celule identice:

4S1P=patru celule în serie, un șir paralel

4S2P=patru grupuri de serie cu două celule în fiecare grup paralel

16S4P=16 grupuri de serie, patru celule per grup paralel

Dacă o celulă individuală are o capacitate de 100 Ah, o baterie 16S1P poate fi de aproximativ 51,2 V 100 Ah. Un sistem 16S2P care utilizează aceleași celule poate avea aproximativ 51,2 V 200 Ah.

Greatech își descrie instalațiile de producție ca incluzând sortarea automată a celulelor, sudarea, asamblarea PACK, testarea BMS, testarea încărcării-descărcării și echipamentele de îmbătrânire, toate relevante pentru producția controlată de pachete de baterii-. Puteți examina echipamentele de producție a bateriilor ale companiei și capacitățile de producție PACK.

Comparația sistemelor LiFePO4 12V, 24V, 36V și 48V

Sistemele de baterii cresc tensiunea totală prin conectarea celulelor individuale în serie. Într-o configurație în serie, borna pozitivă a unei celule se conectează la borna negativă a următoarei. Aceasta adună tensiunea fiecărei celule, păstrând în același timp capacitatea totală (Ah) la fel ca o singură celulă.

Acest principiu al celulei în serie este modul în care sunt construite toate tensiunile standard ale sistemului LiFePO4. Deoarece fiecare celulă este nominală de 3,2 V, tensiunea totală a sistemului este pur și simplu de 3,2 V înmulțită cu numărul de celule în serie.

Sistem LiFePO4 12V

Un pachet LFP obișnuit de clasă-12 V utilizează patru celule în serie.

ComunulTensiune LFP 12Vvalorile sunt:

Configurație: 4S

Tensiune nominală: aproximativ 12,8V

4 celule în serie (4S)=12.8V nominal

Bateriile de clasa-12V sunt utilizate frecvent în:

sisteme electrice RV,

putere auxiliară marină,

sisteme de alimentare portabile,

echipament de rezervă,

sisteme solare mici,

proiecte de înlocuire{0}}plumbului.

Sistem 24V LiFePO4

Un comunPachet LiFePO4 24Vfolosește o configurație 8S.

Valorile de referință tipice sunt:

Configurație: 8S

Tensiune nominală: aproximativ 25,6 V

8 celule în serie (8S)=25.6V nominal

Referință de încărcare maximă tipică: aproximativ 29,2 V

Sistem LiFePO4 36V

O arhitectură comună de clasă LiFePO4 de 36 V- este 12S.

Valorile tipice sunt:

Configurație: 12S

Tensiune nominală: aproximativ 38,4V

12 celule în serie (12S)=38.4V nominal

Referință de încărcare superioară tipică: aproximativ 43,8 V

Sistem LiFePO4 48V

Multe baterii de clasa LiFePO4 de 48 V- folosesc 16 celule în serie.

TipicTensiune LFP de 48 Vvalorile sunt:

Configurație: 16S

Tensiune nominală: aproximativ 51,2 V

16 celule în serie (16S)=51.2V nominal

Referință de încărcare superioară tipică: aproximativ 58,4 V

Greatech a publicatstocare{0}}de energieinformațiile despre produs includ sisteme bazate pe LiFePO4-cu tensiuni în serie mai mari pentru aplicații la scară-comercială, demonstrând modul în care același principiu al celulei în serie continuă dincolo de pachetele de 12V–48V.

Comparația sistemului de tensiune

Limite de tensiune de încărcare LiFePO4, tensiune de repaus și -scăderea tensiunii

Din acest motiv, orice utilDiagrama de tensiune a bateriei LiFePO4ar trebui să identifice starea de funcționare, mai degrabă decât să furnizeze un număr inexplicabil.

Tensiune de încărcare

În timpul încărcării, tensiunea pachetului crește pe măsură ce încărcătorul furnizează curent.

BMS poate monitoriza tensiunea individuală a celulei și poate întrerupe încărcarea dacă o celulă atinge un prag programat de-tensiune înaltă. În funcție de designul BMS, echilibrarea celulelor poate apărea și în apropierea porțiunii superioare a ciclului de încărcare.

Un pachet 4S, de exemplu, nu ar trebui să fie încărcat folosind setările destinate unui pachet 8S sau 16S.

Tensiune de repaus

După ce încărcarea sau descărcarea se oprește, tensiunea bateriei se poate schimba pe măsură ce celulele se relaxează spre o stare de repaus.

Tensiune sub sarcină

O baterie poate prezenta o tensiune de repaus sănătoasă, dar poate scădea semnificativ atunci când furnizează un curent mare.

BMS poate opri bateria dacă tensiunea uneia sau mai multor celule scade sub pragul de protecție configurat.

Nu folosiți în mod orbește numerele de tăiere{0}}generale

Diferitele celule și baterii pot folosi limite diferite.

Tensiunea bateriei LiFePO4 versus tensiunea bateriei cu plumb-acid

O celulă tipică LiFePO4 este de aproximativ 3,2 V nominal.

Patru celule în serie produc:

4 × 3.2V = 12.8V

O baterie tradițională cu plumb-acid este construită din șase celule electrochimice de aproximativ 2V.

Prin urmare, ambele pot fi descrise ca sisteme de „clasa de 12 V-”, având curbe de tensiune și cerințe de încărcare diferite.

Comportamentul de descărcare este diferit

Chimia LiFePO4 menține în general un profil de tensiune relativ plat printr-o mare parte a capacității sale utilizabile.

Aceasta înseamnă că echipamentele care estimează capacitatea numai din tensiune se pot comporta diferit după schimbarea chimiei bateriei.

Cum să alegeți între sistemele LiFePO4 de 12V, 24V, 36V și 48V

Nu există o singură tensiune care să fie automat cea mai bună.

Tensiunea corectă a sistemului depinde de sarcina electrică, arhitectura echipamentului, cerințele curente și constrângerile de instalare.

1. Începeți cu tensiunea echipamentului

Bateria trebuie să fie compatibilă cu domeniul de tensiune acceptat de echipament.

Verifica:

limitele controlerului motorului,

domeniul de intrare al invertorului,

intrare convertor DC/DC,

specificatiile incarcatorului,

Arhitectura BMS,

electronica auxiliara.

Nu alegeți niciodată tensiunea bateriei independent de echipamentul pe care îl va alimenta.

2. Calculați puterea și curentul

Relația electrică de bază este:

Putere=Tensiune × Curent

Rearanjat:

Curent=Putere ÷ Tensiune

Luați în considerare o sarcină simplificată de 2.400 W.

La 12V:

2,400W ÷ 12V ≈ 200A

La 48V:

2,400W ÷ 48V ≈ 50A

3. Verificați Peak Current

Bateria trebuie să suporte:

curent de descărcare continuă,

curent de descărcare de vârf,

durata de vârf,

conditii de temperatura,

limitele de sag de tensiune.

4. Luați în considerare Runtime

Energia bateriei poate fi estimată folosind:

Energie (Wh)=Tensiune nominală × Capacitate (Ah)

De exemplu:

25,6 V × 100 Ah=2, 560 Wh

Două sisteme de baterii pot avea diferite tensiuni și valori nominale Ah în timp ce stochează cantități similare de energie.

5. Potriviți BMS

BMS trebuie să accepte numărul corect de celule de serie.

Un BMS 8S nu este interschimbabil cu un BMS 16S pur și simplu pentru că ambele sunt utilizate cu chimia LiFePO4.

Cum se măsoară și se depanează tensiunea bateriei LiFePO4

Măsurarea tensiunii poate ajuta la diagnosticarea unui sistem de baterii, dar măsurarea trebuie făcută în siguranță și interpretată în context.

Pasul 1: Folosiți un multimetru adecvat

Utilizați un multimetru digital evaluat corespunzător și selectați intervalul corect de tensiune DC.

Confirmați că instrumentul, sondele și metoda de testare sunt adecvate pentru tensiunea bateriei implicată.

Pasul 2: Măsurați tensiunea pachetului

Măsurați peste bornele de ieșire pozitive și negative desemnate ale pachetului.

Comparați rezultatul cu:

tensiune de sistem așteptată,

stare de sarcina,

starea BMS,

starea încărcătorului.

Pasul 3: Comparați tensiunea de repaus și cea de încărcare

Un proces de diagnosticare util este compararea:

tensiune fără sarcină semnificativă,

tensiune în timp ce echipamentul funcționează.

O scădere mare sub sarcină poate indica o cerere excesivă de curent, conexiuni slabe, SOC scăzut sau rezistență internă crescută.

Pasul 4: Verificați tensiunea-la celulă, când este cazul

În sistemele de întreținere concepute pentru tehnicieni calificați, individualcelule în seriesau grupurile de serie pot fi comparate.

O diferență semnificativă între un grup de serie și celelalte poate indica un dezechilibru sau o altă afecțiune care necesită investigații suplimentare.

Nu deschideți și nu sondați acumulatori sigilați,-cu energie mare decât dacă sunteți instruit și produsul este proiectat pentru acces la service.

Simptome comune

Dacă diferențele anormale ale celulelor rămân după încărcarea și echilibrarea corespunzătoare, funcționarea continuă trebuie evaluată conform instrucțiunilor de service ale producătorului.

Pentru întrebări tehnice, utilizați asistența tehnică pentru baterii Greatech și pagina de contact.

Întrebări frecvente despre tensiunea bateriei LiFePO4

Care este tensiunea nominală a unei celule LiFePO4?

O celulă LiFePO4 este de obicei evaluată la aproximativ3,2 V nominal. Tensiunea reală variază în timpul încărcării, repausului și descărcării.

Care este tensiunea unei baterii LiFePO4 de 12V complet încărcate?

Pentru un pachet obișnuit 4S care utilizează 3,65 V ca limită de încărcare-la celulă, tensiunea superioară de încărcare este de aproximativ14.6V.

Specificațiile exacte de încărcare ar trebui să provină întotdeauna de la producătorul bateriei.

De ce o baterie LiFePO4 de 12 V este evaluată la 12,8 V?

O baterie LiFePO4 obișnuită de 12V-clasa folosește patru celule de 3,2V în serie:

4 × 3.2V = 12.8V

Prin urmare, „12V” este o descriere a clasei de sistem-mai degrabă decât tensiunea nominală precisă.

De câte celule LiFePO4 sunt necesare pentru o baterie de 24V?

Se utilizează o baterie LFP obișnuită de clasa-24V8 celule în serie, rezultând aproximativ:

8 × 3,2 V=25.6V nominal

Câte celule sunt utilizate în mod obișnuit într-o baterie LiFePO4 de 48V?

O configurație comună este16S, sau 16 celule în serie.

Folosind celule nominale de 3,2 V:

16 × 3,2 V=51.2V nominal

De ce o baterie de 48 V este adesea evaluată la 51,2 V?

Deoarece „48V” se referă în mod obișnuit la clasa de sistem.

O configurație 16S LiFePO4 produce aproximativ 51,2 V nominal, în timp ce echipamentul este proiectat în jurul intervalului de funcționare real al bateriei.

Pot folosi un încărcător cu plumb-acid pentru o baterie LiFePO4?

Doar dacă profilul încărcătorului este compatibil în mod explicit cu cerințele producătorului bateriei LiFePO4.

Nu presupuneți compatibilitatea numai de la tensiunea nominală.

Poate tensiunea să arate cu exactitate starea de încărcare?

Doar aproximativ.

Bateriile LiFePO4 au un profil de tensiune de descărcare-relativ plat în mare parte din intervalul lor de capacitate, astfel încât un sistem de contorizare BMS sau coulomb-configurat corespunzător poate oferi o estimare SOC mai utilă decât numai tensiunea.

Ce se întâmplă dacă un grup de celule are o tensiune diferită?

O diferență semnificativă poate indica dezechilibru, capacitate inconsecventă, probleme de conexiune sau o altă stare a bateriei.

BMS poate limita încărcarea sau descărcarea atunci când o celulă atinge un prag de protecție înaintea celorlalte.

Ar trebui să aleg 12V, 24V sau 48V?

Alegeți în funcție de intervalul de funcționare al echipamentului, puterea, curentul, designul cablului, încărcătorul, BMS și cerințele de instalare.

Tensiunea mai mare poate reduce curentul pentru o anumită cerere de putere, dar nu este automat alegerea potrivită pentru fiecare proiect.

Aveți nevoie de un pachet de baterii personalizat LiFePO4? Vorbește cu Greatech

Alegerea bateriei potrivite necesită mai mult decât selectarea unei etichete de tensiune.

Pentru un proiect OEM sau industrial, specificația completă ar trebui să includă în mod normal:

Solicitați o ofertă personalizată pentru baterii de la Greatech

Finala Takeaway

Cel mai important concept este simplu: tensiunea sistemului LiFePO4 este determinată în primul rând de numărul de celule conectate în serie.

O celulă nominală comună de 3,2 V produce aproximativ:

4S = 12.8V

8S = 25.6V

12S = 38.4V

16S = 51.2V

Cu toate acestea, tensiunea nominală este doar o parte din selecția bateriei. Tensiunea de încărcare, limitele de descărcare, setările BMS, capacitatea de curent, compatibilitatea echipamentelor, temperatură și cerințele aplicației trebuie luate în considerare împreună.

Pentru cumpărători, ingineri și integratori de sisteme, cea mai sigură abordare este de a folosi diagramele de tensiune ca instrument de orientare și de a folosi specificațiile reale ale celulei, pachetului, încărcător și echipament pentru deciziile finale de inginerie.

Referințe și resurse de siguranță

Pentru cerințele de conformitate specifice-proiectului, standardele aplicabile depind de piața și aplicația vizate. UL Solutions identifică standarde precumUL 1973, IEC 62619și alte standarde-specifice pentru baterii în cazurile de utilizare staționare, industriale și de transport.

Bateriile cu litiu destinate transportului sunt abordate și deManualul ONU de teste și criterii, subsecțiunea 38.3.

Declinare tehnică:Acest articol oferă informații educaționale generale și nu înlocuiește fișa de date a producătorului bateriei, specificațiile BMS, manualul încărcătorului, revizuirea ingineriei electrice sau cerințele aplicabile de siguranță și certificare.