배선 토폴로지 선택, 컨덕터 및 보호 장치 크기 조정, 실제 시스템을 위한 안정적인 배터리 뱅크 구축을 위한 실용적인 엔지니어링 지침

배터리 연결은 단순한 배선 작업이 아니라 시스템 전압, 사용 가능한 에너지, 충전 동작 및 운영 위험을 정의하는 단일 설계 결정입니다. 어떤 제품을 조립하든 배터리 뱅크 태양광 어레이, EV 드라이브 팩, 산업용 백업 시스템 또는 이동식 기계의 경우 직렬 및 병렬 배선(또는 둘의 조합)을 선택할 때는 전기적 기본 사항, 안전 엔지니어링 및 현실적인 운영 제약이 뒷받침되어야 합니다. 이 가이드는 장단점을 설명하고, 설치 및 보호에 대한 구체적인 모범 사례를 제공하며, 화학 물질과 셀을 예측 가능한 것으로 전환하는 방법을 보여줍니다. 전력 시스템.

쉬운 용어로 설명하는 기본 사항

배터리 배선 시리즈 시스템 전압 증가: 한 배터리의 양극 단자를 다른 배터리의 음극 단자에 연결하면 암페어시(Ah) 용량은 동일하게 유지하면서 전압이 증가합니다. 직렬은 많은 인버터와 트랙션 모터에 필요한 더 높은 버스 전압에 도달하는 방법입니다.

배터리 배선 병렬 모든 양극과 음극을 함께 묶으면 전압은 단일 배터리와 동일하게 유지되고 사용 가능한 암페어시(및 피크 전류 용량)는 병렬 스트링의 수에 따라 증가합니다. 병렬은 런타임이 주요 목표인 경우 표준 선택입니다.

셀 또는 모듈을 먼저 직렬로 배치하여 목표 전압에 도달한 다음, 동일한 직렬 스트링을 병렬로 배치하여 필요한 용량에 도달하는 방식으로 두 가지를 결합한 실제 시스템이 많습니다. 이 하이브리드 토폴로지는 강력하지만 가장 세심한 엔지니어링이 요구되는 방식이기도 합니다.

주요 절충안과 실질적인 결과

• 전압 대 전류: 전압이 높을수록 동일한 전력에 대한 전류가 감소하므로 도체 크기가 작아지고 I²R 손실이 줄어듭니다. 반대로 저전압, 고전류 시스템에는 더 두꺼운 케이블과 더 무거운 버스바가 필요합니다.

• 실패 모드: 직렬 스트링에서는 하나의 불량 셀이 전체 스트링을 제한하거나 비활성화할 수 있으며, 병렬 스트링에서는 하나의 불량 셀이 용량을 줄이더라도 뱅크는 계속 작동하는 경우가 많습니다. 따라서 이중화 및 유지 관리 전략이 수립됩니다.

• 밸런싱 및 BMS 요구 사항: 직렬 스트링은 불균형을 방지하기 위해 액티브 또는 패시브 셀 밸런싱과 셀별 모니터링이 필요하며, 병렬 그룹은 전류 호깅을 방지하기 위해 모듈 간 내부 저항과 충전 상태를 세심하게 일치시켜야 합니다. 멀티셀 팩에는 강력한 배터리 관리 시스템(BMS)이 필수입니다.

도체 및 보호 장치 크기 조정 - 구체적인 경험 법칙

1. 최대 연속 전류 결정 전력 및 전압 목표(I = P/V)에서. 이를 사용하여 케이블 AWG 및 퓨저블 보호 기능을 선택하고 시동 서지 및 주변 온도 경감에 대한 안전 마진(일반적으로 25-40%)을 추가합니다.

2. 단락 전류 정격: 퓨즈와 차단기의 차단 용량이 잠재적인 고장 전류에 충분한지 확인하세요. 과대 평가된 보호 장치는 고장을 신속하게 제거하지 못할 수 있으며, 과소 평가된 장치는 성가신 트립을 일으킬 수 있습니다. 균형은 필수입니다.

3. 병렬 문자열을 위한 동일한 길이의 리드: 병렬 뱅크 내에서 각 스트링이 부하 전류를 균등하게 공유할 수 있도록 상호 연결 길이와 저항을 동일하게 유지합니다. 작은 비대칭은 정상 상태의 순환 전류와 고르지 않은 노화로 이어집니다.

4. 토크 및 터미널 품질: 단자를 제조업체의 토크 사양에 맞게 조이고 적절한 압착 러그를 사용하세요. 느슨한 조인트는 노화를 가속화하고 열 발생 위험을 초래하는 고저항 핫스팟이 됩니다.

배터리 매칭 - 타협할 수 없는 설계 원칙

새 배터리와 오래된 배터리, Ah 등급이 다른 셀 또는 내부 저항이 다른 모듈을 혼합하면 불균형, 과도한 스트레스 및 조기 고장을 유발할 수 있습니다. 항상 직렬 스트링에 대해 일치하는 셀 또는 모듈을 소싱하고 병렬 연결하기 전에 직렬 스트링을 신중하게 일치시키세요. 모듈을 결합해야 하는 경우 BMS 또는 공급업체의 감독 하에 엄격한 컨디셔닝 및 밸런싱 프로토콜을 수행하여 초기 불균형을 최소화하세요.

충전 전략의 중요성 - CC-CV 및 충전기 선택

직렬로 연결된 배터리는 충전 중에 하나의 고전압 셀처럼 작동하므로 충전기는 정확한 총 전압 설정값을 제공하고 적절한 지점에서 정전류(CC)에서 정전압(CV)으로 전환해야 합니다. 병렬 뱅크는 충전 전류를 공유하지만 한 스트링이 과충전되거나 과소 충전되는 것을 방지하는 충전 관리가 필요합니다. 토폴로지 및 화학적 특성에 맞는 충전기를 선택하고 BMS가 종단 및 밸런싱을 제어하는지 확인하세요. 부적절한 충전기 또는 무시된 충전 프로필은 조기 성능 저하의 가장 흔한 원인 중 하나입니다.

열 관리 및 기계적 레이아웃

높은 전류 밀도, 밀집된 모듈, 열악한 환기는 온도 상승을 가속화하고 수명을 단축시킵니다. 셀과 모듈 주변에 공기 흐름 또는 전도 경로를 설계하고, 직렬 모듈 사이에 열 차단막을 설치하여 혹시 모를 장애 발생 시 전파를 방지하세요. 기계적 마운팅은 내부 단락이나 커넥터 피로를 유발할 수 있는 진동과 충격을 방지해야 합니다.

안전 보호 - 반드시 포함되어야 하는 사항

• 문자열별 퓨징 (또는 이에 상응하는 보호 기능)을 사용하여 하나의 실패한 문자열이 나머지 뱅크에 치명적인 오류를 발생시키지 않도록 합니다.

• BMS 수준 컷오프 과전압, 저전압, 과전류 및 과열에 대해 가능한 경우 독립적인 하드웨어 인터록을 사용하여 보호합니다.

• 절연 및 클리어런스 시스템에 존재하는 가장 높은 버스 전압에 대해 지역 및 장비 표준에 따라 연면거리와 내성을 준수합니다.

• 정기적인 유지 관리 및 로깅주기적인 토크 점검, 핫스팟에 대한 열 스캔, 저항 및 불균형 추세에 대한 BMS 원격 측정 검토.

시운전 체크리스트(첫 사용 전 필수 단계)

1. 각 배터리/모듈 전압과 내부 저항을 확인하고 이상값을 거부하거나 분리합니다.

2. 모든 단자 토크 값과 케이블 드레스를 확인합니다.

3. BMS 통신 및 알람을 검증하고, 제어된 충전/방전 검증 주기를 실행합니다.

4. 퓨즈/차단기를 테스트하고 절연 장치가 작동하는지 확인하세요.

5. 향후 보증 및 수명 주기 계획을 위해 구성, 부품 번호, 일련번호를 문서화하세요.

최종 설계 조언: 선이 아닌 시스템으로 생각하기

배선 토폴로지는 전기 설계, 열 공학, 배터리 화학 및 유지보수 관행을 하나로 묶는 시스템 결정입니다. 가장 안전하고 내구성이 뛰어난 배터리 뱅크는 일치하는 모듈, 임무에 적합한 토폴로지(전압은 직렬, 용량은 병렬), 적절한 크기의 도체 및 보호, 유능한 BMS, 체계적인 시운전 및 모니터링 등 총체적으로 설계된 배터리 뱅크입니다. 내부 저항, 권장 충전 프로파일, 권장 배선 다이어그램이 포함된 데이터시트를 요청하는 등 공급업체의 투명성을 명시하고 이러한 문서를 선택 사항이 아닌 계약의 일부로 취급하세요.

이러한 요소들이 잘 연계된 배터리 뱅크는 안정적인 전력, 예측 가능한 유지보수 기간, 최신 프로젝트에 필요한 운영 탄력성을 제공합니다.