Garść praktycznych porad dotyczących budowy pakietów z ogniw litowo-jonowych

Garść praktycznych porad dotyczących budowy pakietów z ogniw litowo-jonowych
Poszczególne ogniwa litowe mają zwykle napięcie znamionowe 3,7V (dla ogniw litowo-jonowych) lub napięcie znamionowe 3,2V (dla ogniw LiFePO4).
To napięcie jest akceptowalne w przypadku niektórych urządzeń
o niskiej mocy, takich jak telefony komórkowe i inne małe urządzenia elektroniczne, ale nie może zapewnić wystarczającej mocy dla innych ważniejszych urządzeń.
W przypadku większych projektów, w tym od elektrycznej deskorolki po samochód elektryczny, wiele ogniw litowych jest połączonych szeregowo, aby zwiększyć napięcie akumulatora.
W połączeniu szeregowym dodatni zacisk jednego ogniwa akumulatora jest podłączony do ujemnego bieguna następnego akumulatora.
Jeśli kiedykolwiek wsunąłeś więcej niż jedną baterię w rzędzie do latarki, jest to połączenie szeregowe.

Dodatni terminal jednej komórki zawsze łączy się z ujemnym terminalem następnego ogniwa.
Te połączenia szeregowe mogą łączyć tylko dwa ogniwa lub setki ogniw.
Liczba ogniw połączonych szeregowo zależy od wymaganego napięcia.
Aby obliczyć napięcie zestawu ogniw akumulatorowych połączonych szeregowo, wystarczy pomnożyć napięcie jednego ogniwa przez liczbę ogniw w połączeniu szeregowym.
Napięcie całkowite ogniw w szeregu = napięcie nominalne pojedynczego ogniwa × liczba ogniw w szeregu
Jeśli używamy nominalnych ogniw litowo-jonowych 3,7V i połączymy dwa ogniwa szeregowo, otrzymamy akumulator nominalny 7,4V obliczony w następujący sposób:
Napięcie całkowite = 3,7V × 2 ogniwa = razem 7,4V.
Gdybyśmy dodali jeszcze jedno ogniwo do tego połączenia szeregowego łącznie dla trzech ogniw, mielibyśmy akumulator 11,1V.
Dziesięć ogniw w szeregu dałoby nam napięcie 37V.
Piętnaście ogniw w szeregu dałoby nam 55,5 V, i myślę, że stąd pomysł.
r_201_01_16
Ważną rzeczą do zapamiętania jest to, że napięcie nominalne ogniwa lub większego akumulatora to po prostu wartość – „nominalna”, która pochodzi od tego samego źródła, co słowo „nazwa”.
Zasadniczo ogniwa te są nazywane ogniwami 3,7V, ale w rzeczywistości obejmują one znacznie szerszy zakres napięć podczas użytkowania.
Pojedyncze nominalne ogniwo litowo-jonowe 3,7V może być ładowane do 4,2V i rozładowywane tak szybko, jak 2,5V, co stanowi bardzo duży zakres.
Wyobraźmy, że łączymy 10 tych ogniw szeregowo, aby utworzyć akumulator nominalny 37V.
Napięcie tego akumulatora będzie w rzeczywistości wahać się od w pełni naładowanego napięcia 42V do minimum 25V, jeśli zostanie rozładowane, do 0% stanu naładowania.
Jeśli mamy urządzenie, które wymaga co najmniej 30V do działania, przestalibyśmy rozładowywać przy 3,0V na ogniwo w tej 10-ogniwowym akumulatorze, nawet jeśli akumulator mógł rozładowywać się do 25V.
Oznacza to, że nie zużywasz około 5% całkowitej pojemności pakietu.
Może nie uważasz, że 5% to wielka sprawa, ale co, jeśli to urządzenie wymaga 35V?
W tym 10-ogniwowym akumulatorze przestalibyśmy rozładowywać przy 3,5V na ogniwo, co oznaczałoby pozostawienie około 40% pojemności akumulatora niewykorzystanej.
Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę cały zakres napięcia baterii podczas obliczania liczby ogniw w szeregu wymaganych dla twojego projektu.
Wiele układów elektronicznych, takich jak inwertery, silniki elektryczne i inne urządzenia prądu stałego, są zaprojektowane na napięcia w krokach, co 12V, takie jak reflektor 12V lub rower elektryczny 48V.
Jest to pozostałość po wielu latach, kiedy akumulatory kwasowo-ołowiowe były używane do zasilania tego typu urządzeń.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe wykorzystują ogniwa o napięciu nominalnym 2V, a sześć jest zwykle połączonych szeregowo w celu utworzenia akumulatorów ołowiowo-kwasowych 12V.
Te akumulatory 12V można następnie łatwo połączyć szeregowo, aby stworzyć akumulator o dowolnym rozmiarze z przyrostem 12V.
Problem, który ten stary system stworzył dla nas, polega na tym, że większość baterii litowych nie jest odpowiednio dostosowana do tego arbitralnego przyrostu 12V.
Większość urządzeń elektronicznych (ale nie wszystkie!) jest w stanie obsłużyć niewielki zakres napięć powyżej i poniżej napięcia znamionowego.
Na przykład reflektor LED 12V może prawdopodobnie działać przy napięciu między 9V-15V, chociaż bardziej wrażliwy układ elektroniki będzie miał mniejsze dopuszczalne zakresy napięcia.
Ten zakres napięcia pozwala nam użyć napięcia akumulatora litowego zbliżonego do przyrostów 12V, dla których ocenianych jest wiele urządzeń elektronicznych, nawet, jeśli nie jest to dokładne.
Na przykład rowery elektryczne są zwykle zaprojektowane na akumulatory 24V, 36V lub 48V.
Ponownie dzieje się tak, ponieważ większość elementów rowerów elektrycznych została pierwotnie zaprojektowana do akumulatorów kwasowo-ołowiowych, a nazewnictwo w branży po prostu utknęło.

Najczęściej akceptowanym akumulatorem litowo-jonowym do systemów rowerowych 24V jest 7 ogniw połączonych szeregowo, co tworzy akumulator nominalny 25,9V, który w rzeczywistości waha się od około 21V do 29V.
W przypadku akumulatorów litowych 36V prawie wszyscy producenci rowerów elektrycznych używają 10 ogniw w szeregu, aby stworzyć akumulator nominalny 37V, który waha się od około 30 V do 42 V.
Jeśli chodzi o akumulatory 48V, branża jest dość podzielona.
Akumulatory z 13 ogniwami szeregowymi były kiedyś najpopularniejszą konfiguracją dla akumulatora 48V.
Doprowadziło to do nominalnej wartości znamionowej 48,1V i stosowanego zakresu napięcia około 39V-54V.
Jednak przy spadku napięcia akumulator faktycznie spędziłby większość czasu poniżej 48V, co skutkowałoby mniejszą mocą.
Z tego powodu wiele akumulatorów 48V do rowerów elektrycznych jest teraz produkowanych z 14 ogniwami połączonymi szeregowo, co daje nominalną wartość 51,8V i ma wyższy zakres napięcia około 42V-58,8V.
Baterie te są często nazywane akumulatorami 52V zamiast akumulatorami 48V oznacza, że rzeczywiście mają wyższe napięcie niż „standardowe” akumulatory litowe 48V.
Inne branże nie zawsze mają ten problem z przyrostem o wartości 12V i mogą zasadniczo używać dowolnego napięcia, dla którego projektują swoje urządzenia.
Doskonałym przykładem są elektronarzędzia zasilane przy pomocy akumulatorów.
Wiele wiertarek wykorzystuje akumulatory nominalne 11,1V, które składają się z trzech ogniw litowo-jonowych połączonych szeregowo, choć wielu producentów narzędzi nadal nazywa te akumulatory 12V.
To niesprawiedliwe, ponieważ spędzają bardzo mało czasu powyżej 12V.
Ponieważ jednak ładują do napięcia 12,6V, tabliczka znamionowa 12V nie jest technicznie nieprawdziwa.
Jest to raczej mylące.
Następnym krokiem w rozwoju elektronarzędzi jest zwykle akumulator nominalny 18V, który składa się z pięciu ogniw litowo-jonowych połączonych szeregowo.
Należy zauważyć, że wszystkie powyższe przykłady podałem używając ogniwa litowo-jonowe, ponieważ są to najczęściej używane ogniwa w tych zastosowaniach.
Jednak ogniwa LiFePO4 faktycznie łatwiej poddają się skokom co 12V.
Przy nominalnych ogniwach 3,2V, połączenie czterech ogniw LiFePO4 stworzy akumulator nominalny 12,8V, który jest prawie o wartości 12V.
Ogniwa LiFePO4 są dość popularne w przypadku konwersji pojazdów elektrycznych DIY, głównie ze względu na połączenie wysokiego cyklu życia, doskonałego bezpieczeństwa i jedynie umiarkowanych ograniczeń przestrzennych (kto i tak potrzebuje przestrzeni na bagaż?).
Ponieważ wiele elementów pojazdów elektrycznych pierwotnie zaprojektowano dla akumulatorów ołowiowo-kwasowych, często są one również oceniane w przyrostach 12V, co sprawia, że korzystanie z ogniw LiFePO4 jest nieco łatwiejsze, gdy dąży się do określonego napięcia w przyrostach 12V.
Autor: William Grill

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.