Praktyczne wskazówki inżynieryjne dotyczące wyboru topologii okablowania, doboru przewodów i zabezpieczeń oraz tworzenia niezawodnych baterii akumulatorów dla rzeczywistych systemów.

Podłączanie akumulatorów to coś więcej niż tylko okablowanie - to pojedyncza decyzja projektowa, która definiuje napięcie systemu, energię użytkową, sposób ładowania i ryzyko operacyjne. Niezależnie od tego, czy montujesz bateria akumulatorów W przypadku paneli słonecznych, pakietów napędowych pojazdów elektrycznych, przemysłowych systemów zasilania awaryjnego lub floty maszyn mobilnych, wybór między okablowaniem szeregowym i równoległym (lub kombinacją obu) powinien być poparty podstawami elektryki, inżynierią bezpieczeństwa i realistycznymi ograniczeniami operacyjnymi. Ten przewodnik wyjaśnia kompromisy, podaje konkretne najlepsze praktyki w zakresie instalacji i ochrony oraz pokazuje, jak przekształcić chemię i ogniwa w przewidywalne rozwiązania. systemy zasilania.

Podstawy w prostych słowach

Okablowanie akumulatorów seria zwiększa napięcie systemu: podłącz dodatni biegun jednego akumulatora do ujemnego bieguna następnego, a napięcia wzrosną, podczas gdy pojemność w amperogodzinach (Ah) pozostanie taka sama. Połączenie szeregowe to sposób na osiągnięcie wyższego napięcia magistrali wymaganego przez wiele falowników i silników trakcyjnych.

Okablowanie akumulatorów równoległy Zwiększa pojemność: połącz wszystkie dodatnie i wszystkie ujemne ogniwa razem; napięcie pozostaje równe pojedynczemu akumulatorowi, podczas gdy dostępne amperogodziny (i szczytowa wydajność prądowa) skalują się wraz z liczbą równoległych łańcuchów. Połączenie równoległe jest standardowym wyborem, gdy czas pracy jest głównym celem.

Wiele rzeczywistych systemów łączy oba te elementy: ogniwa lub moduły są najpierw umieszczane szeregowo, aby osiągnąć docelowe napięcie, a następnie identyczne ciągi szeregowe są łączone równolegle, aby osiągnąć wymaganą pojemność. Ta hybrydowa topologia jest potężna, ale też najbardziej wymagająca pod względem inżynieryjnym.

Kluczowe kompromisy i praktyczne konsekwencje

• Napięcie a natężenie prądu: Wyższe napięcie zmniejsza natężenie prądu przy tej samej mocy, co pozwala na mniejsze rozmiary przewodów i niższe straty I²R. I odwrotnie, systemy niskonapięciowe i wysokoprądowe wymagają grubszych kabli i cięższych szyn zbiorczych.

• Tryby awarii: W układzie szeregowym pojedyncze słabe lub uszkodzone ogniwo może ograniczyć lub wyłączyć cały ciąg; w układzie równoległym pojedyncze słabe ogniwo zmniejsza wydajność, ale bank często nadal działa. Kształtuje to strategie redundancji i konserwacji.

• Wymagania dotyczące równoważenia i BMS: Łańcuchy szeregowe wymagają aktywnego lub pasywnego równoważenia ogniw i monitorowania każdego ogniwa, aby zapobiec brakowi równowagi; grupy równoległe wymagają starannego dopasowania rezystancji wewnętrznej i stanu naładowania między modułami, aby uniknąć przeciążenia prądowego. Solidny system zarządzania baterią (BMS) jest obowiązkowy w przypadku pakietów wieloogniwowych.

Dobór przewodów i urządzeń zabezpieczających - konkretne zasady

1. Określić maksymalny prąd ciągły z docelowych wartości mocy i napięcia (I = P / V). Służy to do wyboru AWG kabla i zabezpieczenia topikowego, dodając margines bezpieczeństwa (zwykle 25-40%) dla przepięć rozruchowych i obniżenia temperatury otoczenia.

2. Znamionowy prąd zwarciowy: Należy upewnić się, że bezpieczniki i wyłączniki mają zdolność przerywania wystarczającą dla potencjalnych prądów zwarciowych. Zawyżone urządzenia zabezpieczające mogą nie usuwać zwarć szybko; zaniżone urządzenia mogą powodować uciążliwe wyzwalanie. Równowaga jest niezbędna.

3. Przewody o równej długości dla równoległych łańcuchów: W ramach równoległego banku należy utrzymywać równe długości połączeń i rezystancje, aby każdy łańcuch równomiernie dzielił prąd obciążenia. Niewielkie asymetrie przekładają się na prądy cyrkulacyjne w stanie ustalonym i nierównomierne starzenie.

4. Moment obrotowy i jakość zacisków: Zaciski należy dokręcać zgodnie ze specyfikacją momentu obrotowego producenta i stosować odpowiednie zaciskane końcówki; luźne połączenia stają się gorącymi punktami o wysokiej rezystancji, które przyspieszają starzenie i stwarzają ryzyko zdarzeń termicznych.

Dopasowane baterie - niezbywalna zasada projektowania

Mieszanie nowych i starych akumulatorów, ogniw o różnych wartościach Ah lub modułów o różnych rezystancjach wewnętrznych prowadzi do braku równowagi, nadmiernego naprężenia i przedwczesnej awarii. Zawsze należy pozyskiwać dopasowane ogniwa lub moduły do łańcuchów szeregowych i starannie dopasowywać łańcuchy szeregowe przed połączeniem równoległym. Jeśli musisz połączyć moduły, wykonaj rygorystyczny protokół kondycjonowania i równoważenia pod nadzorem BMS lub dostawcy, aby zminimalizować początkowy brak równowagi.

Strategia ładowania ma znaczenie - CC-CV i wybór ładowarki

Akumulatory połączone szeregowo zachowują się podczas ładowania jak pojedyncze ogniwo o wyższym napięciu; ładowarki muszą zapewniać prawidłową wartość zadaną napięcia całkowitego i przełączać się z trybu stałoprądowego (CC) na stałonapięciowy (CV) w odpowiednim momencie. Równoległe banki dzielą się prądem ładowania, ale wymagają zarządzania ładowaniem, które zapobiega przeładowaniu lub niedoładowaniu jednego ciągu. Należy wybierać ładowarki, które są dostosowane do topologii i składu chemicznego oraz upewnić się, że system BMS kontroluje zakończenie i równoważenie. Niewłaściwe ładowarki lub ignorowanie profili ładowania są jednymi z najczęstszych przyczyn wczesnej degradacji.

Zarządzanie temperaturą i układ mechaniczny

Wysoka gęstość prądu, ciasno upakowane moduły i słaba wentylacja przyspieszają wzrost temperatury i skracają żywotność. Zaprojektuj przepływ powietrza lub ścieżki przewodzenia wokół komórek i modułów; rozważ bariery termiczne między modułami szeregowymi, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się w mało prawdopodobnym przypadku awarii. Montaż mechaniczny powinien zapobiegać wibracjom i wstrząsom, które mogą powodować wewnętrzne zwarcia lub zmęczenie złączy.

Zabezpieczenia - co należy uwzględnić

• Łączenie na strunę (lub równoważne zabezpieczenie), aby pojedynczy uszkodzony łańcuch nie spowodował katastrofalnej awarii w pozostałej części banku.

• Wartości graniczne na poziomie BMS dla przepięcia, podnapięcia, przetężenia i przegrzania z niezależnymi blokadami sprzętowymi tam, gdzie to możliwe.

• Izolacja i prześwit dla najwyższego napięcia magistrali występującego w systemie; należy przestrzegać regionalnych i sprzętowych norm dotyczących upływu i wytrzymałości.

• Regularna konserwacja i rejestrowanieokresowe kontrole momentu obrotowego, skanowanie termiczne w poszukiwaniu gorących punktów oraz przegląd telemetrii BMS pod kątem trendów rezystancji i niewyważenia.

Lista kontrolna uruchomienia (niezbędne kroki przed pierwszym użyciem)

1. Zweryfikuj napięcie i rezystancję wewnętrzną każdego akumulatora/modułu; odrzuć lub oddziel wartości odstające.

2. Potwierdź wszystkie wartości momentu obrotowego zacisków i ułożenie kabla.

3. Weryfikacja komunikacji BMS i alarmów; przeprowadzenie kontrolowanego cyklu weryfikacji ładowania/rozładowania.

4. Przetestuj bezpieczniki/wyłączniki i upewnij się, że urządzenia izolujące działają.

5. Dokumentuj konfigurację, numery części i numery seryjne na potrzeby przyszłej gwarancji i planowania cyklu życia.

Końcowa rada projektowa: myśl systemami, a nie przewodami

Topologia okablowania jest decyzją systemową, która łączy projekt elektryczny, inżynierię cieplną, skład chemiczny baterii i praktykę konserwacji. Najbezpieczniejsze i najtrwalsze baterie to te zaprojektowane całościowo: dopasowane moduły, odpowiednia topologia dla misji (szeregowa dla napięcia, równoległa dla pojemności), odpowiednio dobrane przewody i zabezpieczenia, sprawny system BMS oraz zdyscyplinowane uruchamianie i monitorowanie. Wymagaj od sprzedawców przejrzystości - poproś o arkusze danych, które obejmują rezystancję wewnętrzną, zalecane profile ładowania i zalecane schematy okablowania - i traktuj te dokumenty jako część umowy, a nie opcjonalną lekturę.

Gdy te elementy są dopasowane, dobrze okablowana bateria akumulatorów zapewnia niezawodne zasilanie, przewidywalne okna konserwacji i odporność operacyjną, której wymagają nowoczesne projekty.