Batterie in serie o in parallelo: cosa cambia all'interno della confezione e quanto ti costa in seguito

Stessa energia immagazzinata, divisa in due modi diversi

Metti insieme due pacchetti identici da 12 V 100 Ah e ti ritroverai sempre con gli stessi 2.400 watt-ora di energia. Ciò che effettivamente decide il cablaggio in serie e in parallelo èComequei watt-ora vengono erogati, come più tensione o più ampere-ora. Collega i due pacchi in serie e otterrai 24 V a 100 Ah. Collegali in parallelo e ottieni 12V a 200Ah. L'energia totale non si è mai spostata; solo la suddivisione di tensione-e-di corrente lo ha fatto.

Quella singola idea è dove inizia e finisce la maggior confusione sulla differenza tra configurazioni di batterie in serie e in parallelo, per un telefono o una torcia elettrica. Per tutto ciò che esegue un ciclo di lavoro misurato in turni anziché in minuti, la parte interessante non è l'aritmetica. È ciò che accade al terzo pacco, al quarantesimo ciclo, e al mattino in cui una cellula perde l'equilibrio. Questa è la parte attorno alla quale è costruita questa guida. Se vuoi prima i calcoli sull'energia grezza, il nostroSuddivisione della conversione da mAh-a-Wh per il dimensionamento della potenza-motricelo copre in modo pulito.

Impilamento in serie: la tensione sale, la corrente resta ferma

Una stringa in serie è la connessione da un'estremità all'altra,-a-estremità, dal terminale positivo di un pacco al negativo di quello successivo, fino a raggiungere la tensione prevista dal controller dell'apparecchiatura. Le tensioni si sommano; la valutazione in ampere-ora no. Quattro unità da 12 V in serie forniscono un banco da 48 V ancora valutato per qualunque cosa porti una singola unità.

La serie è il modo in cui si raggiunge la tensione della piattaforma. Una trasmissione per auto da golf-da 48 V, un controller per la pesca alla traina da 36 V, un inverter da 24 V, nessuno di questi funziona a capacità; funzionano a tensione e un collegamento in serie della batteria è l'unico modo per creare quella tensione da blocchi di tensione-inferiori. Il vantaggio oltre a raggiungere l'obiettivo: a tensione più elevata la stessa potenza assorbe proporzionalmente meno corrente, quindi le perdite sui cavi diminuiscono e i conduttori si raffreddano. Un banco di batterie configurato in serie-che spinge un carico pesante vedrà un riscaldamento I²R significativamente inferiore rispetto all'equivalente parallelo che esegue lo stesso lavoro a un quarto della tensione.

C'è un limite rigido che vale la pena menzionare presto. Una volta che una stringa in serie supera circa 50 V, sei entrato in un territorio in cui il rischio di archi e scosse richiede precauzioni reali e strumenti isolati; non è più un lavoro occasionale da banco. Sotto le quattro unità da 12 V il margine di sicurezza è generoso; sopra di esso, tratta la stringa con il rispetto che merita un sistema da 48 V-plus. Quella linea da 50 V non è una regola domestica. È la soglia utilizzata dalle pratiche di sicurezza industriale a bassa{9}}tensione per separare il lavoro di routine in corrente continua da quello che necessita di procedure.

Impilamento parallelo: la capacità aumenta, la tensione rimane

Il cablaggio parallelo collega insieme tutti i positivi e tutti i negativi, di solito su una sbarra condivisa anziché su una catena a margherita. La tensione rimane piatta; lo stack amp-ora. Tre pacchi da 12 V 100 Ah in parallelo forniscono 12 V a 300 Ah e circa triplicano l'autonomia a quella tensione.

 

Due cose rendono interessante il collegamento in parallelo della batteria per le apparecchiature che devono continuare a muoversi. Il primo è l'autonomia: stai aggiungendo resistenza senza toccare la tensione per cui è sintonizzato il tuo controller. Il secondo è la ridondanza. Se un pacco cade offline, i sopravvissuti continuano ad alimentare il carico invece di aprire l'intero circuito. Questa tolleranza agli errori è la ragione silenziosa per cui-i banchi di batterie configurati in parallelo compaiono ovunque un arresto non pianificato sia costoso.

 

Il costo di quella resistenza è attuale. Raddoppia la capacità e raddoppierai la corrente potenziale sul bus. Quella corrente extra, non la tensione e non il numero di amp-ora sull'etichetta, è il punto in cui i banchi paralleli diventano effettivamente pericolosi, ed è il filo che riprenderemo due sezioni più in basso.

Fianco-a-fianco: voltaggio, capacità, autonomia e cosa effettivamente non funziona

La maggior parte delle tabelle affiancate-by-si ferma a "serie=volt, parallelo=amp-ore", motivo per cui le batterie in serie o in parallelo, che è la domanda migliore, continuano a ricevere una risposta superficiale. Per un acquirente di flotte questo è necessario ma non sufficiente. Ecco la versione che mappa il comportamento di un motore-power pack in servizio:

La domanda che emerge in modo affidabile, se le batterie durano più a lungo in serie o in parallelo, ha una risposta più chiara di quanto suggerisce Internet. Per le stesse batterie, l'energia totale è identica e la serie funziona con una corrente inferiore, quindi le perdite di cablaggio sono leggermente inferiori. Ma la durata reale è decisa dal bilanciamento delle celle e dal comportamento del BMS molto più che dalla topologia della connessione stessa. Inseguire una "maggiore-durata" solo attraverso la scelta del cablaggio significa ottimizzare la variabile sbagliata, ed è esattamente il motivo per cui la questione del BMS del banco di batterie in serie o in parallelo, e non la questione volt-contro-amp-ora, è quella che conta dopo.

Il vero limite al numero di pacchi che puoi collegare non è la matematica della tensione, è il BMS

Ecco la variabile che la maggior parte delle schede tecniche dei fornitori non ti mette di fronte: i limiti in serie e in parallelo di un pacco batteria al litio sono impostati dal suo sistema di gestione della batteria, non dall'aritmetica dell'aggiunta di volt e amp-ora. Nostroprimer su come un BMS governa effettivamente un brancoillustra la logica di protezione che sta dietro a tutto ciò.

Questa affermazione è vera, ed è anche il punto in cui la teoria e l'implementazione divergono. Dal punto di vista della serie, il BMS di ogni pacchetto deve cambiare e resisteretensione completa della stringaattraverso i suoi FET interni durante un guasto, quindi la tensione nominale del FET, non la tensione della banca target, è il vero limite al numero di batterie LiFePO4 che puoi collegare in serie. Molte unità di alimentazione-motive da 12 V sono classificate per un massimo di 4 S, arrivando a un banco nominale di 51,2 V, proprio perché è ciò per cui è qualificato l'hardware di commutazione; Le guide all'integrazione del BMS del produttore sono coerenti nel trattare la valutazione FET, non la tensione nominale, come vincolo vincolante. Sul lato parallelo, il vincolo è la corrente continua e non si accumula in modo pulito. La progettazione del suono riduce la corrente continua combinata di una banca in parallelo a circa il 90% dei valori BMS sommati, perché la corrente non si condivide mai perfettamente tra pacchi reali con una reale diffusione della resistenza interna-. Su un camion con portata-da 80 V/500 Ah, quel 10% che lasciamo deliberatamente sul tavolo è la differenza tra tutte le corde che corrono a pochi gradi l'una dall'altra e una corda che trasporta silenziosamente più della sua quota.

Un'altra caratteristica distingue un pacchetto ben-progettato da uno economico: un buon BMS LiFePO4 inizia a bilanciare le celle presto, intorno a 3,35–3,40 V per cella, non al massimo della carica. Un progetto che aspetta che le cellule siano vicine al loro soffitto per bilanciarsi ti dice quanto poco il suo creatore ne capisca la chimica. Quella soglia è un indicatore di acquisto migliore di qualsiasi scheda tecnica di marketing. Ma la soglia da sola non ti dirà se un pacchetto di terze parti-manterrà il saldotuociclo di lavoro; l'elenco di controllo completo che eseguiamo quando qualifichiamo un lotto di celle in arrivo risiede nel nostro smontaggiociò che effettivamente separa un pacco di litio del carrello elevatore da un altro.

Anche la tariffazione si comporta diversamente e punisce l’anello più debole

La differenza tra la ricarica della batteria in serie e quella in parallelo è il luogo in cui si verificano molti danni silenziosi. In una stringa in serie, il caricabatterie rileva una tensione per l'intero stack, quindi la cella più potente raggiunge per prima la carica completa e il bilanciamento della stringa deve scaricarla mentre la cella più debole sta ancora recuperando; salta il corretto bilanciamento e sovraccaricherai sistematicamente un'estremità della corda ad ogni ciclo. In una banca parallela il rischio si inverte. Collega i pacchi che non hanno la stessa tensione di riposo e quello più alto scarica la corrente in quello inferiore nell'istante in cui chiudi il collegamento, prima ancora che venga coinvolto il caricabatterie. La soluzione su entrambi i lati non è affascinante: portare ogni pacco allo stesso stato di carica prima di collegarlo e utilizzare un caricabatterie adatto alla tensione effettiva del sistema. È il passaggio che la maggior parte dei fallimenti sul campo in cui siamo chiamati a intervenire hanno saltato.

Cosa va storto su scala di flotta e perché raramente è colpa della cella

A livello di singolo-pacchetto niente di tutto questo morde. Le modalità di guasto che contano si manifestano quando si moltiplicano i pacchi in una flotta, e non sono quasi mai guasti alla chimica delle cellule; sono decisioni di configurazione che ti stanno mettendo al passo.

Prendi il bus parallelo. Il rischio principale non è che il filo sia troppo sottile per il carico normale, è ciò che accade quando il BMS di un pacco si guasta per cortocircuito. In quell'istante, si può chiedere al singolo cavo che alimenta quel pacco di portare ilcombinatocorrente di ogni altro pacco sull'autobus. Sei pacchi ciascuno da 100 A, uno completamente corto e quel conduttore vede fino a 500 A per il quale non è mai stato dimensionato. Peggio ancora, se la sua resistenza mantiene la corrente appena sotto la soglia di intervento di ciascun pacco sopravvissuto, nessuna delle altre unità BMS interviene e il filo semplicemente si cuoce.

Questo è l'intero motivo per cui esiste un fusibile individuale per-stringa, ed è il fatto che "basta passare un cavo più pesante" che sbaglia. Quando commissioniamo una banca in parallelo, la condivisione corrente tra le stringhe non risulta quasi mai morta-nemmeno il primo giorno; una piccola percentuale di diffusione tra le corde è normale, ed è esattamente quella diffusione che decide quale conduttore è più esposto se un BMS lascia andare. La dimensione che deve effettivamente avere la protezione per-stringa dipende dal numero di pacchi, dalle caratteristiche del viaggio BMS e dalla disposizione dell'autobus, ed è l'unico numero che preferiremmo confrontare con il tuo reale diagramma a linea singola-piuttosto che indovinare in un articolo.

Il lato della serie ha la sua trappola: il problema della cella-più debole. Una stringa in serie si comporta come una catena e una singola cella-con prestazioni insufficienti viene prima portata ai suoi limiti. Tira una cella al di sotto di circa 2,8 V anche una volta e hai causato un danno permanente; è sufficiente un singolo evento di scarica eccessiva-, in base ai limiti di applicazione delle celle al litio pubblicati. Questo è esattamente il meccanismo che i nostri ingegneri progettano a livello di pacco, doveil bilanciamento delle celle impedisce all'anello più debole di impostare il limite massimo per un'intera stringa da 80 V. Correlato e altrettanto costoso: mescolare un nuovo pacchetto in un vecchio banco parallelo. Il gruppo più vecchio, con una resistenza-più alta, obbliga quello più nuovo a farsi carico della maggior parte del lavoro e lo stressa continuamente; non ottieni la media dei due, ottieni che il pacchetto più nuovo degrada verso quello più vecchio.

Serie-parallela: come vengono effettivamente costruite le piattaforme a 48 V e 80 V

Una configurazione di batterie in serie-parallela per apparecchiature da 48 V o 80 V raramente sceglie una topologia; li combina e sì, puoi collegare le batterie in serie e in parallelo allo stesso tempo quando lo fai come previsto. Le stringhe in serie sono cablate per raggiungere la tensione della piattaforma, quindi quelle stringhe sono messe in parallelo per raggiungere la capacità. Sedici unità da 12 V diventano quattro stringhe della serie da 48 V, che vengono poi collegate in parallelo in un unico banco da 48 V ad alta-capacità che alimenta un grande inverter o trasmissione. È qui che la classificazione "massimo 4S4P" su una scheda tecnica guadagna terreno: ti dice che l'inviluppo qualificato è quattro in serie e quattro di quelle stringhe in parallelo, un limite di tensione e un limite di capacità in un unico numero. Un involucro 4S4P costruito con blocchi da 12 V e 200 Ah, ad esempio, è ciò che porta una piattaforma da 48 V fino a circa 800 Ah senza lasciare la zona qualificata del produttore-, un vero e proprio percorso di espansione utilizzato dagli operatori di flotte per allungare l'autonomia su un doppio turno.

Il limite 4S4P solleva una domanda giusta: perché fermarsi qui quando la fisica consentirebbe di più? Parte della risposta è tecnica. Diventa davvero più difficile mantenere molte stringhe parallele che condividono la corrente in modo uniforme man mano che il conteggio aumenta, e le banche più grandi alzano la posta in gioco nello scenario -breve morto di cui sopra. Il resto è responsabilità; un produttore qualifica la busta dietro cui può stare. E al di là di questo limite, il consiglio onesto è schietto: non metterlo sul campo-costruirlo. Oltre 4S4P ti interessa verificare la distribuzione della corrente parallela e il comportamento dei guasti che un team di manutenzione generale non è attrezzato per convalidare e dovrebbe essere eseguito come una configurazione personalizzata qualificata, non improvvisata sul posto. Quando portiamo una flotta oltre tale limite, la verifica della distribuzione-della corrente è la prima cosa che eseguiamo sul banco prima della spedizione di un singolo pacco. Nello specifico, per le apparecchiature da 48 V, vale la pena leggere i compromessi su tensione, caricabatterie e montaggio-dietro tale scelta prima di impegnarsi; la nostra guida all'acquisto della piattaforma 48V li illustra.

Scelta della configurazione per la forza motrice industriale

Eliminate gli schemi elettrici e la decisione si riduce a ciò che richiede la vostra attrezzatura, in questo ordine:

• Prima la piattaforma di tensione.Lo impone il controllore. Un camion da 48 V necessita di un banco da 48 V; lo costruisci con una stringa in serie, punto.
   
• Quindi la capacità, per la durata del turno.Una volta fissata la tensione, le stringhe parallele acquistano l'autonomia necessaria per completare un turno intero o due con la ricarica opportunità.
   
• Quindi tolleranza al fallimento.Se un'unità in stallo arresta una linea, vale la pena progettare deliberatamente la ridondanza di una configurazione in parallelo.
   
• Poi lo schema di protezione.Questo è quello che non si riduce a una regola pratica. I pacchetti abbinati e il bilanciamento anticipato costituiscono la posta in gioco del tavolo; la fusione per stringa, il declassamento della corrente e il coordinamento BMS che mantengono in vita un gruppo di flotte da 80 V in condizioni di guasto reali vengono dimensionati rispetto allo specifico progetto a linea singola, ovvero la conversazione da tenere prima che i pacchi siano sul camion, non dopo.

Il confronto tra configurazioni di batterie in serie e in parallelo per una flotta industriale smette di essere astratto nel momento in cui lo si collega a un ciclo di lavoro reale. Un'operazione di tre-turni di portata-con un camion e un fine settimana-con un rimorchiatore GSE raggiungono risposte diverse dalla stessa fisica. Ottenere quella mappatura direttamente a livello di gruppo e BMS è la maggior parte di ciò che separa una conversione della flotta che funziona silenziosamente da una che genera telefonate alle 2 del mattino. Questa è la parte che facciamo durante la costruzione, non un'ipotesi: Polinovel ha configurato i power pack-motive secondo gli standard CE, IEC, UL, UN38.3 e MSDS per 100+ OEM in 80+ paesi, con controllo di qualità da cellula-a-pacchetto su ogni unità. Se stai specificando un banco di batterie in serie-parallelo per una piattaforma di voltaggio e un ciclo di lavoro specifici,inizia dai requisiti reali-della tua attrezzatura con il nostro team di tecnicipiuttosto che da una scheda tecnica generica.

Domande frequenti