LiFePO4 batterispænding forklaret: 12V, 24V, 36V og 48V systemer

LiFePO4 batterispænding på et øjeblik

En enkelt LiFePO4-celle vurderes almindeligvis til ca3,2V nominel. For at skabe en batteripakke med højere-spænding er flere celler forbundet i serie, så deres spændinger lægges sammen.

For eksempel skaber fire 3,2V-celler forbundet i serie en nominel pakkespænding på:

3.2V × 4 = 12.8V

Dette er grunden til, at et batteri, der sælges som et "12V LiFePO4-batteri", normalt er 12,8V nominelt i stedet for nøjagtigt 12,0V.

LiFePO4 batterispændingsdiagram

Spændingskonsistens på tværs af hver celle i en pakke er afgørende for lang levetid og sikkerhed. Selv små forskelle i cellespænding vil forstærke overladnings-afladningscyklusser, hvilket skaber ubalance, der reducerer brugbar kapacitet og forkorter pakkens levetid. Hos Greatech sorterer og matcher vores interne-celletestlaboratorium klasse A-celler til inden for ±15mV før samling for at maksimere pakkens levetid.

For en dybere teknisk opdeling af LiFePO4 elektrokemi henvises til denne uafhængige guide tilLiFePO4 batterispændingsegenskaberfra Battery University.

Hvad betyder LiFePO4 batterispænding?

Kernen i hvert LiFePO4-system er den individuelle 3,2V nominelle celle. Denne spænding kommer direkte fra det elektrokemiske potentiale af lithiumjernfosfatkatoden, og den definerer hele batteriets driftsegenskaber.

En enkelt LiFePO4-celle har et karakteristisk fladt udladningsplateau, hvilket betyder, at den holder næsten-konstant spænding over det meste af sin kapacitet. Dette er meget forskelligt fra lithium-nikkel-mangan-kobolt (NMC)-celler, som har en højere nominel spænding på 3,7V, men et stejlere spændingsfald, når de aflades.

Nøglespændingsvilkår

En god teknisk specifikation bør skelne mellem disse værdier i stedet for blot at henvise til "batterispænding".

Hvordan serieceller bestemmer LiFePO4-pakkespænding

Batterisystemer øger den samlede spænding ved at forbinde individuelle celler i serie. I en seriekonfiguration forbindes den positive terminal på en celle med den negative terminal på den næste. Dette lægger spændingen for hver celle sammen, mens den samlede kapacitet (Ah) er den samme som en enkelt celle.

Grundformlen er:

Pakspænding=Cellespænding × Antal serieceller

3,2V × 4 celler=12.8V nominel

Ved en øvre ladningsreference på 3,65 V-pr.-celle:

3,65V × 4 celler=14.6V

Almindelige seriekonfigurationer

Serieforbindelser øger spændingen.

Parallelle forbindelser øger kapaciteten og strømkapaciteten, mens den nominelle spænding forbliver nogenlunde den samme.

For eksempel:

4 celler i serie → cirka 12,8V

8 celler i serie → cirka 25,6V

16 celler i serie → cirka 51,2V

For eksempel, hvis identiske celler bruges:

4S1P=fire celler i serie, en parallel streng

4S2P=fire seriegrupper med to celler i hver parallelgruppe

16S4P=16 seriegrupper, fire celler pr. parallelgruppe

Hvis en individuel celle har en kapacitet på 100Ah, kan et 16S1P batteri være cirka 51,2V 100Ah. Et 16S2P-system, der bruger de samme celler, kan være cirka 51,2V 200Ah.

Greatech beskriver sine produktionsfaciliteter som inkluderende automatiseret cellesortering, svejsning, PACK-samling, BMS-test, opladnings-afladningstest og ældningsudstyr, som alle er relevante for kontrolleret batteri-pakkeproduktion. Du kan gennemgå virksomhedens batteriproduktionsudstyr og PACK-produktionskapaciteter.

12V, 24V, 36V og 48V LiFePO4-systemer sammenlignet

Batterisystemer øger den samlede spænding ved at forbinde individuelle celler i serie. I en seriekonfiguration forbindes den positive terminal på en celle med den negative terminal på den næste. Dette lægger spændingen for hver celle sammen, mens den samlede kapacitet (Ah) er den samme som en enkelt celle.

Dette seriecelleprincip er, hvordan alle standard LiFePO4-systemspændinger er opbygget. Fordi hver celle er 3,2V nominel, er den samlede systemspænding simpelthen 3,2V ganget med antallet af celler i serie.

12V LiFePO4-system

En typisk 12V-klasse LFP-pakke bruger fire celler i serie.

Det almindelige12V LFP spændingværdier er:

Konfiguration: 4S

Nominel spænding: ca. 12,8V

4 celler i serie (4S)=12.8V nominel

12V-klasse batterier bruges ofte i:

RV elektriske systemer,

marine hjælpekraft,

bærbare strømsystemer,

backup udstyr,

små solsystemer,

bly-syreerstatningsprojekter.

24V LiFePO4-system

En fælles24V LiFePO4 pakkebruger en 8S-konfiguration.

Typiske referenceværdier er:

Konfiguration: 8S

Nominel spænding: ca. 25,6V

8 celler i serie (8S)=25.6V nominel

Typisk maksimal ladereference: ca. 29,2V

36V LiFePO4-system

En almindelig 36V-klasse LiFePO4-arkitektur er 12S.

Typiske værdier er:

Konfiguration: 12S

Nominel spænding: ca. 38,4V

12 celler i serie (12S)=38.4V nominel

Typisk øvre ladningsreference: ca. 43,8V

48V LiFePO4-system

Mange 48V-klasse LiFePO4-batterier bruger 16 celler i serie.

Typisk48V LFP spændingværdier er:

Konfiguration: 16S

Nominel spænding: ca. 51,2V

16 celler i serie (16S)=51.2V nominel

Typisk øvre ladningsreference: ca. 58,4V

Greatech er udgivetenergi-opbevaringproduktinformation omfatter LiFePO4-baserede systemer med højere seriespændinger til kommercielle-skalaapplikationer, der viser, hvordan det samme seriecelleprincip fortsætter ud over 12V-48V-pakker.

Spændingssystem sammenligning

LiFePO4 ladespænding, hvilespænding og lave-spændingsgrænser

Af denne grund, enhver nyttigLiFePO4 batterispændingsdiagramskal identificere driftstilstanden i stedet for at angive ét uforklarligt tal.

Ladespænding

Under opladning stiger pakkespændingen, når opladeren leverer strøm.

BMS kan overvåge individuel cellespænding og afbryde opladningen, hvis en celle når en programmeret høj-spændingstærskel. Afhængigt af BMS-design kan cellebalancering også forekomme nær den øvre del af ladecyklussen.

En 4S-pakke bør for eksempel ikke oplades med indstillinger beregnet til en 8S- eller 16S-pakke.

Hvilespænding

Efter opladning eller afladning stopper, kan batterispændingen ændre sig, når cellerne slapper af mod en hviletilstand.

Spænding under belastning

Et batteri kan vise en sund hvilespænding, men falde betydeligt, når det leverer en stor strøm.

BMS kan lukke batteriet ned, hvis spændingen i en eller flere celler falder under dens konfigurerede beskyttelsestærskel.

Brug ikke generiske afskæringsnumre-blindt

Forskellige celler og batteripakker kan bruge forskellige grænser.

LiFePO4 batterispænding vs bly-syrebatterispænding

En typisk LiFePO4-celle er ca. 3,2V nominel.

Fire celler i serie producerer:

4 × 3.2V = 12.8V

Et traditionelt 12V bly-batteri er bygget af seks ca. 2V elektrokemiske celler.

Begge kan derfor beskrives som "12V-klasse"-systemer, mens de har forskellige spændingskurver og opladningskrav.

Udledningsadfærd er forskellig

LiFePO4 kemi opretholder generelt en forholdsvis flad spændingsprofil gennem en stor del af dens anvendelige kapacitet.

Det betyder, at udstyr, der estimerer kapacitet ud fra spænding alene, kan opføre sig anderledes efter skift af batterikemi.

Sådan vælger du mellem 12V, 24V, 36V og 48V LiFePO4-systemer

Der er ikke en enkelt spænding, der automatisk er bedst.

Den korrekte systemspænding afhænger af den elektriske belastning, udstyrsarkitektur, strømkrav og installationsbegrænsninger.

1. Start med udstyrsspændingen

Batteriet skal være kompatibelt med det spændingsområde, der accepteres af udstyret.

Check:

motorstyringsgrænser,

inverter indgangsområde,

DC/DC konverter indgang,

oplader specifikationer,

BMS arkitektur,

hjælpeelektronik.

Vælg aldrig batterispændingen uafhængigt af det udstyr, det vil drive.

2. Beregn effekt og strøm

Det grundlæggende elektriske forhold er:

Strøm=Spænding × Strøm

Omarrangeret:

Strøm=Strøm ÷ Spænding

Overvej en forenklet belastning på 2.400W.

Ved 12V:

2,400W ÷ 12V ≈ 200A

Ved 48V:

2,400W ÷ 48V ≈ 50A

3. Tjek spidsstrøm

Batteriet skal understøtte:

kontinuerlig afladningsstrøm,

spidsafladningsstrøm,

spidsbelastningsvarighed,

temperaturforhold,

grænser for spændingsfald.

4. Overvej Runtime

Batterienergi kan estimeres ved hjælp af:

Energi (Wh)=Nominel spænding × Kapacitet (Ah)

For eksempel:

25,6V × 100Ah=2,560Wh

To batterisystemer kan have forskellige spændings- og Ah-klassificeringer, mens de lagrer ens energimængder.

5. Match BMS

BMS'et skal understøtte det korrekte antal serieceller.

En 8S BMS er ikke udskiftelig med en 16S BMS, blot fordi begge bruges med LiFePO4 kemi.

Sådan måles og fejlfindes LiFePO4 batterispænding

Spændingsmåling kan hjælpe med at diagnosticere et batterisystem, men målingen skal tages sikkert og fortolkes i sammenhæng.

Trin 1: Brug et passende multimeter

Brug et korrekt klassificeret digitalt multimeter og vælg det korrekte DC-spændingsområde.

Bekræft, at instrumentet, sonderne og testmetoden er passende til den involverede batterispænding.

Trin 2: Mål pakkespænding

Mål på tværs af pakkens udpegede positive og negative udgangsterminaler.

Sammenlign resultatet med:

forventet systemspænding,

ladetilstand,

BMS status,

oplader tilstand.

Trin 3: Sammenlign hvile- og belastet spænding

En nyttig diagnostisk proces er at sammenligne:

spænding uden væsentlig belastning,

spænding, mens udstyret er i drift.

Et stort fald under belastning kan pege på for stort strømbehov, dårlige forbindelser, lav SOC eller øget intern modstand.

Trin 4: Gennemgå celle-Niveauspænding, når det er passende

I brugbare systemer designet til kvalificerede teknikere, individuelleserie cellereller seriegrupper kan sammenlignes.

En signifikant forskel mellem en seriegruppe og de andre kan indikere ubalance eller en anden tilstand, der kræver yderligere undersøgelse.

Du må ikke åbne eller prøve forseglede,-højenergibatteripakker, medmindre du er uddannet, og produktet er designet til serviceadgang.

Almindelige symptomer

Hvis unormale celleforskelle forbliver efter korrekt opladning og afbalancering, bør fortsat drift evalueres i henhold til producentens servicevejledning.

For tekniske forespørgsler, brug Greatechs batteri tekniske support og kontaktside.

Ofte stillede spørgsmål om LiFePO4 batterispænding

Hvad er den nominelle spænding for en LiFePO4-celle?

En LiFePO4-celle vurderes almindeligvis til ca3,2V nominel. Den faktiske spænding varierer under opladning, hvile og afladning.

Hvad er spændingen på et fuldt opladet 12V LiFePO4-batteri?

For en almindelig 4S-pakke, der bruger 3,65V som celle-ladningsgrænse, er den øvre ladespænding ca.14.6V.

Den nøjagtige opladningsspecifikation bør altid komme fra batteriproducenten.

Hvorfor er et 12V LiFePO4-batteri vurderet til 12,8V?

Et typisk 12V-klasse LiFePO4-batteri bruger fire 3,2V-celler i serie:

4 × 3.2V = 12.8V

"12V" er derfor en system-klassebeskrivelse snarere end den præcise nominelle spænding.

Hvor mange LiFePO4-celler er nødvendige for et 24V-batteri?

Et almindeligt 24V-klasse LFP-batteri bruger8 celler i serie, hvilket resulterer i cirka:

8 × 3,2V=25.6V nominel

Hvor mange celler bruges almindeligvis i et 48V LiFePO4-batteri?

En almindelig konfiguration er16Seller 16 celler i serie.

Brug af 3,2V nominelle celler:

16 × 3,2V=51.2V nominel

Hvorfor er et 48V batteri ofte vurderet til 51,2V?

Fordi "48V" ofte refererer til systemklassen.

En 16S LiFePO4-konfiguration producerer ca. 51,2V nominelt, mens udstyret er designet omkring batteriets faktiske driftsområde.

Kan jeg bruge en bly-syreoplader til et LiFePO4-batteri?

Kun hvis opladerprofilen er eksplicit kompatibel med LiFePO4 batteriproducentens krav.

Antag ikke kompatibilitet fra den nominelle spænding alene.

Kan spændingen nøjagtigt vise ladetilstanden?

Kun ca.

LiFePO4-batterier har en relativt flad afladnings-spændingsprofil gennem meget af deres kapacitetsområde, så et passende konfigureret BMS eller coulomb-tællesystem kan give mere nyttig SOC-estimering end spænding alene.

Hvad sker der, hvis en cellegruppe har en anden spænding?

En meningsfuld forskel kan indikere ubalance, inkonsekvent kapacitet, forbindelsesproblemer eller en anden batteritilstand.

BMS kan begrænse opladning eller afladning, når en celle når en beskyttelsestærskel før de andre.

Skal jeg vælge 12V, 24V eller 48V?

Vælg baseret på udstyrets driftsområde, effekt, strøm, kabeldesign, oplader, BMS og installationskrav.

Højere spænding kan reducere strømmen for et givet effektbehov, men det er ikke automatisk det rigtige valg for ethvert projekt.

Har du brug for en brugerdefineret LiFePO4-batteripakke? Tal med Greatech

At vælge det rigtige batteri kræver mere end at vælge en spændingsmærkat.

For et OEM- eller industriprojekt skal den komplette specifikation normalt omfatte:

Anmod om et brugerdefineret batteritilbud fra Greatech

Endelig takeaway

Det vigtigste koncept er enkelt: LiFePO4-systemspændingen bestemmes primært af antallet af celler forbundet i serie.

En almindelig 3,2V nominel celle producerer ca.

4S = 12.8V

8S = 25.6V

12S = 38.4V

16S = 51.2V

Nominel spænding er dog kun en del af batterivalget. Ladespænding, afladningsgrænser, BMS-indstillinger, strømkapacitet, udstyrskompatibilitet, temperatur og anvendelseskrav skal alle overvejes under ét.

For købere, ingeniører og systemintegratorer er den sikreste tilgang at bruge spændingsdiagrammer som et orienteringsværktøj og bruge de faktiske celle-, pakke-, oplader- og udstyrsspecifikationer til endelige tekniske beslutninger.

Referencer og sikkerhedsressourcer

For projektspecifikke overholdelseskrav afhænger gældende standarder af det tilsigtede marked og applikation. UL Solutions identificerer standarder som f.eksUL 1973, IEC 62619, og andre batteri-specifikke standarder på tværs af stationære, industrielle og transportmæssige anvendelsestilfælde.

Lithium-batterier beregnet til transport er også omfattet afUN Manual of Tests and Criteria, underafsnit 38.3.

Teknisk ansvarsfraskrivelse:Denne artikel giver generel uddannelsesinformation og er ikke en erstatning for batteriproducentens datablad, BMS-specifikation, opladermanual, elektroteknisk gennemgang eller gældende sikkerheds- og certificeringskrav.