Una guida completa ai collegamenti in serie-parallelo delle batterie al litio: combinazioni comuni, assemblaggio del pacco e pratiche corrette
01 Definizione di connessioni serie-parallelo delle batterie al litio
A causa della tensione e della capacità limitate delle singole batterie, nella pratica sono spesso necessari collegamenti in serie-parallelo per ottenere tensioni e capacità più elevate per soddisfare i requisiti di potenza del dispositivo.
Collegamento in serie della batteria al litio
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Si aggiungono tensioni, la capacità rimane costante e la resistenza interna aumenta.
Collegamento parallelo della batteria al litio
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La tensione rimane costante, la capacità viene aumentata, la resistenza interna diminuisce e la durata dell'alimentazione viene estesa.
Collegamento in serie-parallelo della batteria al litio
:
I pacchi batteria combinano collegamenti in parallelo e in serie, aumentando così la tensione e la capacità.
Tensione in serie:
Le singole batterie da 3,7 V possono essere assemblate in pacchi batteria con una tensione di 3,7*(N)V (N: numero di singole batterie) secondo necessità.
Ad esempio, 7,4 V, 12 V, 24 V, 36 V, 48 V, 60 V, 72 V, ecc.
Capacità parallela
:
Le celle da 2000 mAh possono essere assemblate in pacchi batteria con una capacità di 2*(N)Ah (N: numero di celle) a seconda delle necessità.
Ad esempio, 4000 mAh, 6000 mAh, 8000 mAh, 5 Ah, 10 Ah, 20 Ah, 30 Ah, 50 Ah, 100 Ah, ecc.
02 Pacco batteria al litio
Il termine "pacchi batteria al litio" si riferisce alla lavorazione, all'assemblaggio e al confezionamento di pacchi batteria al litio. Il processo di assemblaggio delle celle della batteria al litio in gruppi è chiamato pacco. Può trattarsi di una singola cella o di un pacco batteria al litio in serie-parallelo. Un pacco batteria al litio è in genere costituito da un involucro in plastica, una scheda protettiva, celle, elettrodi di uscita, piazzole di contatto per il collegamento e altro nastro isolante e biadesivo.
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cella al litio
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Il componente principale della batteria finita.
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Pannello di protezione
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Fornisce protezione contro sovraccarico, scarica eccessiva, sovracorrente, cortocircuito e controllo della temperatura NTC.
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involucro di plastica
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La struttura di supporto dell'intera batteria; posiziona e fissa la piastra protettiva; supporta e limita la posizione di tutti gli altri componenti non a guscio.
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Conduttori terminali
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Fornisce varie interfacce di carica e scarica per vari prodotti elettronici, dispositivi di accumulo di energia e alimentatori di backup.
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Lamiera/staffa in nichel
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Componenti che collegano e fissano le celle della batteria.
03 Combinazioni serie-parallelo di batterie al litio
Per motivi di sicurezza, le batterie al litio devono essere collegate a una piastra protettiva esterna per monitorare ogni cella. Il funzionamento in parallelo è generalmente sconsigliato. Se è richiesto il funzionamento in parallelo, i parametri della batteria (capacità, resistenza interna, ecc.) devono essere coerenti. Inoltre, anche i parametri delle batterie utilizzate in serie devono essere coerenti. In caso contrario, le prestazioni del pacco batteria saranno significativamente peggiori rispetto a quelle di una singola cella.
Standard di accoppiamento delle batterie al litio: differenza di tensione ≤ 10 mV, differenza di resistenza interna ≤ 5 mΩ, differenza di capacità ≤ 20 mA
Lo scopo dell'accoppiamento delle batterie al litio è garantire che la capacità, la tensione, la resistenza interna e le prestazioni di ciascuna batteria nel pacco batteria siano coerenti. Eventuali incongruenze causeranno deviazioni nei vari parametri del pacco batteria al litio durante l'uso, con conseguente squilibrio di tensione. Nel tempo, ciò può portare a sovraccarica, sovrascarica e capacità insufficiente, con conseguente rischio di esplosione o incendio.
Combinazione di batterie al litio
Pacco batteria al litio a 2 stringhe (batteria al litio da 7,4 V)
Pacco batteria al litio a 3 stringhe (batteria al litio da 11,1 V)
Pacco batteria al litio a 4 fili (batteria al litio da 14,8 V)
Pacco batteria al litio a 6 corde (batteria al litio da 22,2 V)
Cavi/terminali per pacchi batteria al litio
La lunghezza della spina e del cavo del pacco batteria al litio può essere personalizzata in base all'apparecchiatura elettrica del cliente.
Calcolo in serie e in parallelo del pacco batteria al litio
Sappiamo tutti che collegare le batterie al litio in serie aumenta la tensione, mentre collegarle in parallelo aumenta la capacità. Quindi, come calcoliamo quante serie e paralleli ha un pacco batterie al litio e quante celle è composto?
Prima di eseguire questo calcolo, è necessario conoscere le specifiche delle celle utilizzate nel pacco. Poiché celle diverse hanno tensioni e capacità diverse, il numero di collegamenti in serie e in parallelo necessari per assemblare uno specifico pacco batteria al litio varia. I tipi di celle al litio più comuni sul mercato includono celle al litio-ossido di cobalto da 3,7 V, ternarie da 3,6 V, litio-ferro-fosfato da 3,2 V e titanato di litio da 2,4 V. La capacità varia a seconda delle dimensioni della cella, del materiale e del produttore.
Prendiamo come esempio un pacco batteria al litio da 48 V 20 Ah
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Supponendo che le specifiche della singola cella utilizzata siano 18650 3,7 V 2000 mAh
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Supponendo che le specifiche della singola cella utilizzata siano 18650 3,7 V 2000 mAh
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Numero di celle collegate in parallelo: 20Ah/2Ah = 10, ovvero 10 celle in parallelo
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L'intero pacco batteria è composto da 13 stringhe x 10 celle = 130 celle
Combinazioni di serie comuni di pacchi batteria al litio
04 Processo di assemblaggio della batteria al litio
Processo di assemblaggio della batteria al litio 18650-3S6P/11,1 V/15600 mAh
① Classificazione della capacità della batteria
ACEY-BCT506R-512H
macchina per la carica e la scarica delle batterie al litio
è progettato per testare la capacità, la tensione, la corrente e le prestazioni di carica e scarica delle celle al litio cilindriche, come 18650 21700 26650 32650 32700.
Differenza di capacità ≤ 30 mAh
Dopo la classificazione della capacità, lasciare riposare per 48-72 ore prima del raggruppamento
②
Incollaggio di carta isolante per batterie
Applicare carta a sgancio rapido e nastro Mara per l'isolamento.
ACEY-BS01
macchina automatica per incollare la carta isolante
viene utilizzato principalmente per attaccare uno strato di carta d'orzo sull'elettrodo positivo o negativo delle batterie 18650/21700/26650/32650/32700 per fornire un buon isolamento, resistenza all'usura, impermeabilità e altre caratteristiche.
③ Classificazione della tensione della batteria e della resistenza interna
ACEY-AS11S
macchina per la selezione delle celle al litio
è un dispositivo efficiente e ad alta precisione progettato per la selezione rapida di batterie al litio cilindriche. Utilizza un avanzato tester di resistenza interna per misurare con precisione la tensione e la resistenza interna della batteria. L'apparecchiatura è compatibile con diverse specifiche di batterie (18650/21700/26650/32700/ecc.), con una velocità di selezione fino a 5000 pezzi/ora, che migliora notevolmente l'efficienza produttiva e supporta l'esportazione dei dati per una facile tracciabilità della qualità.
Differenza di tensione ≤ 5 mV
Differenza di resistenza interna ≤ 5 mΩ Otto celle con tensione e resistenza interna simili sono accoppiate insieme.
④
Saldatura a punti delle celle della batteria
Utilizzare strisce di nichel stampate per eliminare giunzioni di saldatura fredde, cortocircuiti, bassa efficienza e distribuzione non uniforme della corrente.
ACEY-5000D
macchina per saldatura a punti manuale
Viene utilizzato per saldare insieme i terminali positivo e negativo di più batterie e materiali come fogli di nichel, garantendo una trasmissione di corrente stabile durante il processo di carica e scarica del pacco batteria. È ampiamente utilizzato nella saldatura di molti pacchi batteria, come quelli di batterie di potenza, utensili elettrici, biciclette elettriche, ecc.
⑤
Saldatura della piastra protettiva
Verificare che non vi siano perdite dai componenti del circuito stampato, saldature fredde o altri difetti.
⑥ Test completo del pacco batteria
Serie ACEY-BIT
tester completo della batteria
Può effettuare una misurazione quantitativa e accurata di alcuni parametri di base della batteria. Può misurare la tensione a circuito aperto, la resistenza interna, la carica, la scarica, la protezione da sovracorrente, la protezione da cortocircuito e altre funzioni della batteria. Può rilevare facilmente batterie difettose e aumentare l'efficienza produttiva.
⑦ Avvolgimento con pellicola termoretraibile in PVC
Per prima cosa, termoretraibili le estremità per posizionarle.
Quindi termoretraibile al centro.
Assicurarsi che la pellicola in PVC sia centrata e priva di macchie bianche o perdite.
ACEY-5035C
macchina per imballaggio con film termoretraibile
Viene utilizzata nell'assemblaggio e nel confezionamento di pacchi batteria, in particolare per batterie agli ioni di litio e altri tipi di batterie ricaricabili. Queste macchine sono progettate per avvolgere e sigillare in modo sicuro i pacchi batteria utilizzando pellicola termoretraibile, garantendo protezione, isolamento e un aspetto pulito.
⑧
Stampa di codici batch a getto d'inchiostro
La stampa deve essere chiara e leggibile.
ACEY-CP2
Macchina per la codifica a getto d'inchiostro in batch
Viene utilizzato per stampare informazioni come numeri di lotto, date di scadenza, date di produzione, codici a barre e altri dati variabili su prodotti o imballaggi nei settori manifatturiero e del confezionamento. È essenziale per la tracciabilità del prodotto, il controllo qualità e la conformità alle normative.
⑨ Invecchiamento del pacco batteria
Determinare la qualità del pacco batteria e garantire la stabilità, la sicurezza e la durata del pacco batteria al litio durante l'uso.
Serie ACEY-BA
macchina per l'invecchiamento delle batterie
Viene utilizzato principalmente per la carica e la scarica delle batterie e per testarne le caratteristiche. I canali di prova sono completamente indipendenti e adatti per test di invecchiamento di batterie ternarie, al litio-ferro-fosfato, al piombo-acido, al nichel-metallo idruro e al nichel-cadmio.
05
Precauzioni per il collegamento in serie e in parallelo delle batterie al litio
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Non utilizzare insieme batterie di marche diverse.
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Non utilizzare insieme batterie con voltaggi diversi.
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Non mischiare batterie di capacità diverse o batterie al litio vecchie e nuove.
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Non si devono mischiare batterie con composizioni chimiche diverse, come ad esempio batterie al nichel-metallo idruro e batterie al litio.
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Quando la carica della batteria è bassa, sostituire tutte le batterie.
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Utilizzare una scheda di protezione per batterie al litio con parametri corrispondenti.
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Selezionare batterie con prestazioni costanti. Generalmente, le batterie al litio utilizzate in serie e in parallelo richiedono l'accoppiamento delle celle. Criteri di accoppiamento: differenza di tensione ≤ 10 mV, differenza di resistenza interna ≤ 5 mΩ e differenza di capacità ≤ 20 mA.
① Batterie al litio di diverse tensioni in serie
Poiché le batterie al litio presentano problemi di coerenza, anche se utilizzate in parallelo e in serie all'interno dello stesso sistema (come le batterie ternarie o al ferro-litio), è importante selezionare batterie con tensione, resistenza interna e capacità costanti. L'utilizzo in serie di batterie con diverse piattaforme di tensione e resistenza interna può far sì che una batteria si carichi per prima e si scarichi per ultima durante ogni ciclo. Se è installata una scheda di protezione e non si verifica un malfunzionamento, la capacità dell'intero gruppo verrà inevitabilmente ridotta. Senza una scheda di protezione, la batteria verrà inevitabilmente sovraccaricata o scaricata eccessivamente, causando danni.
② Batterie al litio di diverse capacità in parallelo
Mescolare batterie al litio di capacità diverse o batterie vecchie e nuove può causare perdite e tensione nulla. Questo perché le differenze di capacità durante il processo di carica causano il sovraccarico di alcune batterie e la loro scarica insufficiente. Durante la scarica, le batterie ad alta capacità potrebbero non scaricarsi completamente, mentre quelle a bassa capacità potrebbero scaricarsi eccessivamente. Questo circolo vizioso danneggia le batterie, causando perdite o tensione nulla.
06 Le batterie al litio devono essere collegate prima in parallelo o in serie durante l'assemblaggio?
Topologia serie-parallelo della batteria al litio
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I metodi di collegamento tipici per i pacchi batteria al litio includono prima il collegamento in parallelo, poi in serie, prima in serie, poi in parallelo e metodi di collegamento misti.
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I pacchi batteria al litio per autobus esclusivamente elettrici utilizzano in genere un metodo di collegamento prima in parallelo e poi in serie.
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I pacchi batteria al litio per l'accumulo di energia dalla rete spesso utilizzano prima un metodo di collegamento in serie e poi in parallelo.
Vantaggi del collegamento in parallelo prima e in serie poi per le batterie al litio
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Un guasto a una cella della batteria al litio ne causa lo spegnimento automatico. A parte una riduzione della capacità, questo non influisce sulla capacità di funzionamento in parallelo.
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Se una cella di una batteria al litio va in cortocircuito in un collegamento parallelo, il circuito parallelo subirà correnti molto elevate, che solitamente vengono impedite dalla tecnologia di protezione tramite fusibile.
Svantaggi del collegamento in parallelo delle batterie al litio
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A causa delle differenze nella resistenza interna e della dissipazione non uniforme del calore tra le celle delle batterie al litio, la durata del ciclo di vita di un pacco batterie al litio collegato in parallelo può essere influenzata.
Vantaggi del collegamento delle batterie al litio in serie prima e in parallelo dopo
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Collegare le celle della batteria al litio prima in serie, in base alla loro capacità, ad esempio 1/3 della capacità totale, e poi in parallelo per ultime, riduce la probabilità di guasto nei moduli di batterie al litio ad alta capacità. Il collegamento prima in serie e poi in parallelo migliora inoltre significativamente la stabilità dei pacchi batteria al litio.
Dal punto di vista dell'affidabilità della connessione del pacco batteria al litio, della tendenza all'incoerenza di tensione e del suo impatto sulle prestazioni, il metodo di connessione prima in parallelo, poi in serie è superiore al metodo di connessione prima in serie, poi in parallelo. La topologia della batteria al litio prima in serie, poi in parallelo facilita il rilevamento e la gestione di ciascuna cella della batteria al litio nel sistema.
07 Carica delle batterie al litio in serie e in parallelo
① Carica delle batterie al litio in serie
Attualmente, i pacchi batteria al litio vengono generalmente caricati in serie, principalmente per la loro struttura semplice, il basso costo e la facilità di implementazione. Tuttavia, a causa delle differenze di capacità, resistenza interna, caratteristiche di attenuazione e autoscarica tra le singole batterie agli ioni di litio, quando si carica un pacco batteria agli ioni di litio in serie, la batteria più piccola del pacco verrà caricata completamente per prima. A questo punto, le altre batterie non saranno completamente cariche. Se la carica continua in serie, la batteria completamente carica potrebbe essere sovraccaricata.
Sovraccaricare una batteria agli ioni di litio può comprometterne gravemente le prestazioni e persino causare un'esplosione, con conseguenti lesioni personali. Pertanto, per prevenire il sovraccarico delle singole batterie agli ioni di litio, i pacchi batteria agli ioni di litio sono in genere dotati di un sistema di gestione della batteria (BMS). Questo sistema fornisce protezione da sovraccarico per ogni singola batteria. Durante la carica in serie, se la tensione di una singola batteria agli ioni di litio raggiunge la tensione di protezione da sovraccarico, il BMS scollega l'intero circuito di carica in serie e interrompe la carica per evitare il sovraccarico di quella singola batteria, che altrimenti impedirebbe alle altre batterie di caricarsi completamente.
②Caricamento in parallelo delle batterie al litio
Quando si caricano batterie agli ioni di litio in parallelo, assicurarsi che ciascuna batteria venga caricata in modo uniforme. In caso contrario, le prestazioni e la durata dell'intero pacco batteria saranno compromesse. Le tecniche di carica con equalizzazione più comuni includono: carica con equalizzazione con resistenza di shunt costante, carica con equalizzazione con resistenza di shunt on-off, carica con equalizzazione a tensione media della batteria, carica con equalizzazione a condensatore commutato, carica con equalizzazione con convertitore buck e carica con equalizzazione a induttore.
Ci sono diverse cose da tenere a mente quando si caricano batterie al litio in parallelo:
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Le batterie al litio con o senza schede di protezione non possono essere caricate in parallelo. Le batterie senza schede di protezione sono soggette a sovraccarico e danni.
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Le batterie caricate in parallelo richiedono in genere la rimozione della scheda di protezione integrata nella batteria e l'utilizzo di una singola scheda di protezione.
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Se le batterie caricate in parallelo non dispongono di una scheda di protezione, la tensione di carica deve essere limitata a 4,2 V e non è possibile utilizzare un caricabatterie da 5 V.
Quando le batterie al litio sono collegate in parallelo, un chip di protezione della carica fornisce protezione. I produttori di batterie al litio tengono conto delle mutevoli caratteristiche delle batterie al litio in parallelo e progettano la corrente, selezionando le celle in base a questi requisiti durante la produzione di batterie al litio in parallelo. Pertanto, gli utenti devono caricare le batterie in conformità con le istruzioni per le batterie al litio in parallelo per evitare potenziali danni alle batterie causati da una carica impropria.
③ Precauzioni per la ricarica della batteria al litio
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Le batterie al litio devono essere caricate utilizzando un caricabatterie dedicato. In caso contrario, potrebbero non raggiungere la piena capacità, compromettendone le prestazioni.
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Le batterie al litio non devono essere completamente scariche prima di essere ricaricate.
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Non lasciare il caricabatterie collegato per periodi prolungati. Rimuovere la batteria dal caricabatterie non appena è completamente carica.
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Rimuovere la batteria da tutti gli apparecchi elettrici non utilizzati e scaricarla prima di riporla.
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Non inserire la batteria con la polarità invertita, poiché ciò potrebbe causare il rigonfiamento o la rottura della batteria.
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Non utilizzare caricabatterie al nichel e al litio in modo intercambiabile.