คำแนะนำทางวิศวกรรมศาสตร์เชิงปฏิบัติสำหรับการเลือกโครงสร้างการเดินสายไฟ, การกำหนดขนาดของตัวนำและระบบป้องกัน, และการสร้างระบบแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้สำหรับระบบในโลกจริง

การเชื่อมต่อแบตเตอรี่ไม่ใช่เพียงแค่การเดินสายไฟเท่านั้น — มันคือการตัดสินใจด้านการออกแบบเพียงอย่างเดียวที่กำหนดแรงดันไฟฟ้าของระบบ, พลังงานที่สามารถใช้ได้, พฤติกรรมการชาร์จ, และความเสี่ยงในการใช้งาน. ไม่ว่าคุณกำลังประกอบ แบตเตอรี่สำรอง สำหรับแผงโซลาร์, ชุดขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า, ระบบสำรองอุตสาหกรรม หรือกลุ่มเครื่องจักรเคลื่อนที่ การเลือกระหว่างการเดินสายแบบอนุกรมและแบบขนาน (หรือการผสมผสานทั้งสองแบบ) ควรได้รับการสนับสนุนจากพื้นฐานทางไฟฟ้า, วิศวกรรมความปลอดภัย และข้อจำกัดในการปฏิบัติงานที่เป็นจริง คู่มือนี้จะอธิบายถึงข้อดีข้อเสีย, ให้แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้งและการป้องกัน, และแสดงวิธีการเปลี่ยนเคมีและเซลล์ให้กลายเป็นสิ่งที่คาดการณ์ได้ ระบบไฟฟ้า.

พื้นฐานในภาษาที่เข้าใจง่าย

การต่อสายแบตเตอรี่เข้า ชุด เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของระบบ: เชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่หนึ่งกับขั้วลบของแบตเตอรี่ถัดไป และแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นในขณะที่ความจุแอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) ยังคงเท่าเดิม การต่อแบบอนุกรมเป็นวิธีที่คุณสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าบัสที่สูงขึ้นซึ่งจำเป็นสำหรับอินเวอร์เตอร์และมอเตอร์ลากหลายประเภท

การต่อสายแบตเตอรี่เข้า ขนาน เพิ่มกำลังการผลิต: เชื่อมต่อขั้วบวกทั้งหมดเข้าด้วยกันและขั้วลบทั้งหมดเข้าด้วยกัน; แรงดันไฟฟ้าจะคงเท่ากับแบตเตอรี่หนึ่งก้อนในขณะที่แอมแปร์ชั่วโมงที่มีอยู่ (และความสามารถในการจ่ายกระแสสูงสุด) จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนสายขนาน การเชื่อมต่อแบบขนานเป็นตัวเลือกมาตรฐานเมื่อระยะเวลาการใช้งานเป็นเป้าหมายหลัก

ระบบจริงหลายระบบผสมผสานทั้งสองอย่าง: เซลล์หรือโมดูลจะถูกวางเรียงต่อกันเป็นลำดับก่อนเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าตามเป้าหมาย จากนั้นจึงนำสายไฟที่ต่อแบบอนุกรมซึ่งมีเซลล์หรือโมดูลเหมือนกันมาต่อขนานกันเพื่อให้ได้ความจุที่ต้องการ โครงสร้างแบบไฮบริดนี้มีประสิทธิภาพสูงแต่ก็ต้องการการออกแบบทางวิศวกรรมที่พิถีพิถันมากที่สุดเช่นกัน

ข้อแลกเปลี่ยนที่สำคัญและผลกระทบที่เกิดขึ้นจริง

• แรงดันไฟฟ้าเทียบกับกระแสไฟฟ้า: แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะลดกระแสไฟฟ้าสำหรับกำลังไฟฟ้าเท่ากัน ทำให้สามารถใช้ตัวนำที่มีขนาดเล็กกว่าและสูญเสียพลังงานจากความต้านทานกระแสสลับ (I²R) น้อยลง ในทางกลับกัน ระบบที่ใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำแต่มีกระแสไฟฟ้าสูงจะต้องใช้สายเคเบิลที่หนาขึ้นและบัสบาร์ที่มีขนาดใหญ่กว่า

• รูปแบบความล้มเหลว: ในชุดอนุกรมของเซลล์ แผงเซลล์ที่อ่อนแอหรือล้มเหลวเพียงแผงเดียวสามารถจำกัดหรือปิดการใช้งานทั้งชุดได้ ในขณะที่ในชุดขนาน แผงเซลล์ที่มีประสิทธิภาพต่ำเพียงแผงเดียวจะลดความจุลง แต่ชุดแผงมักจะยังคงทำงานต่อไปได้ สิ่งนี้ส่งผลต่อกลยุทธ์ด้านความซ้ำซ้อนและการบำรุงรักษา

• การปรับสมดุลและข้อกำหนดของระบบจัดการแบตเตอรี่: การเชื่อมต่อแบบอนุกรมจำเป็นต้องมีการปรับสมดุลเซลล์แบบแอคทีฟหรือพาสซีฟและการตรวจสอบแต่ละเซลล์เพื่อป้องกันการไม่สมดุล; กลุ่มขนานต้องมีการจับคู่ความต้านทานภายในและสถานะการชาร์จอย่างระมัดระวังระหว่างโมดูลเพื่อหลีกเลี่ยงการดึงกระแสไฟมากเกินไป ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่มีความทนทานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแพ็คหลายเซลล์

การกำหนดขนาดตัวนำและอุปกรณ์ป้องกัน — กฎเกณฑ์พื้นฐานที่ควรปฏิบัติ

1. กำหนดกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุด จากเป้าหมายของกำลังไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า (I = P / V) ใช้ข้อมูลนี้ในการเลือกขนาดสายเคเบิล AWG และการป้องกันด้วยฟิวส์ โดยเพิ่มค่าเผื่อความปลอดภัย (โดยทั่วไป 25–40%) สำหรับกระแสเกินขณะสตาร์ทและค่าลดกำลังเนื่องจากอุณหภูมิแวดล้อม

2. กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่กำหนด: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าฟิวส์และเบรกเกอร์มีความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอสำหรับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่อาจเกิดขึ้น อุปกรณ์ป้องกันที่มีค่ากระแสเกินอาจไม่สามารถตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้รวดเร็วเพียงพอ ในขณะที่อุปกรณ์ที่มีค่ากระแสต่ำกว่าอาจตัดกระแสไฟฟ้าโดยไม่จำเป็น ความสมดุลเป็นสิ่งสำคัญ

3. สายไฟความยาวเท่ากันสำหรับสายขนาน: ภายในธนาคารขนาน ให้รักษาความยาวและความต้านทานของการเชื่อมต่อระหว่างกันให้เท่ากัน เพื่อให้แต่ละสายแบ่งกระแสโหลดได้อย่างสม่ำเสมอ ความไม่สมมาตรเพียงเล็กน้อยจะส่งผลให้เกิดกระแสหมุนเวียนในสภาวะคงที่และการเสื่อมสภาพที่ไม่เท่ากัน

4. แรงบิดและคุณภาพของขั้วต่อ: ขันขั้วต่อให้แน่นตามค่าแรงบิดที่ผู้ผลิตกำหนด และใช้ขั้วต่อที่บีบอัดอย่างเหมาะสม; ข้อต่อที่หลวมจะกลายเป็นจุดที่มีความต้านทานสูงซึ่งเร่งการเสื่อมสภาพและเสี่ยงต่อการเกิดเหตุการณ์ความร้อนสูง

แบตเตอรี่ที่เข้ากันได้ — หลักการออกแบบที่ไม่สามารถต่อรองได้

การผสมแบตเตอรี่ใหม่และเก่า เซลล์ที่มีค่า Ah ต่างกัน หรือโมดูลที่มีความต้านทานภายในแตกต่างกัน อาจทำให้เกิดความไม่สมดุล ความเครียดเกิน และล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ควรใช้เซลล์หรือโมดูลที่ตรงกันสำหรับสายอนุกรม และจับคู่สายอนุกรมอย่างระมัดระวังก่อนที่จะเชื่อมต่อแบบขนาน หากจำเป็นต้องรวมโมดูล ให้ดำเนินการปรับสภาพและปรับสมดุลอย่างเข้มงวดภายใต้การดูแลของ BMS หรือผู้จัดจำหน่ายของคุณเพื่อลดความไม่สมดุลเริ่มต้น

กลยุทธ์การชาร์จมีความสำคัญ — CC–CV และการเลือกเครื่องชาร์จ

แบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะทำงานเหมือนเซลล์เดียวที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นในระหว่างการชาร์จ; เครื่องชาร์จต้องให้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดที่ถูกต้องและเปลี่ยนจากโหมดกระแสคงที่ (CC) เป็นโหมดแรงดันคงที่ (CV) ที่จุดที่เหมาะสม แบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบขนานจะแชร์กระแสชาร์จร่วมกัน แต่ต้องการการจัดการการชาร์จเพื่อป้องกันไม่ให้สายใดสายหนึ่งถูกชาร์จเกินหรือน้อยเกินไป ควรเลือกเครื่องชาร์จที่รองรับโครงสร้างและเคมีของแบตเตอรี่ของคุณ และตรวจสอบให้แน่ใจว่า BMS ควบคุมการสิ้นสุดและการปรับสมดุลการใช้อุปกรณ์ชาร์จที่ไม่เหมาะสมหรือการละเลยโปรไฟล์การชาร์จเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการเสื่อมสภาพก่อนเวลาอันควร

การจัดการความร้อนและการจัดวางเชิงกล

ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูง โมดูลที่บรรจุแน่น และการระบายอากาศที่ไม่ดี จะเร่งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและลดอายุการใช้งาน ออกแบบการไหลเวียนของอากาศหรือเส้นทางนำความร้อนรอบเซลล์และโมดูล พิจารณาการติดตั้งวัสดุกันความร้อนระหว่างโมดูลที่ต่ออนุกรมเพื่อป้องกันการลุกลามในกรณีที่เกิดความล้มเหลว แม้จะเกิดขึ้นได้ยาก การติดตั้งทางกลควรป้องกันการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกที่อาจทำให้เกิดการลัดวงจรภายในหรือความล้าของขั้วต่อ

การป้องกันความปลอดภัย — สิ่งที่ต้องรวมไว้

• การรวมสายต่อสาย (หรือการป้องกันที่เทียบเท่า) เพื่อให้สายไฟที่เสียเพียงเส้นเดียวไม่ก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อส่วนที่เหลือของชุด

• ระดับการตัดที่ระดับ BMS สำหรับแรงดันไฟฟ้าเกิน แรงดันไฟฟ้าต่ำ กระแสไฟฟ้าเกิน และอุณหภูมิเกิน โดยมีระบบล็อกฮาร์ดแวร์อิสระแยกกันเมื่อเป็นไปได้

• ฉนวนและระยะห่าง สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของรถบัสที่มีอยู่ในระบบ; ปฏิบัติตามมาตรฐานภูมิภาคและมาตรฐานอุปกรณ์สำหรับการแยกและแรงดันไฟฟ้าทนทาน

• การบำรุงรักษาเป็นประจำและการบันทึก: การตรวจสอบแรงบิดเป็นระยะ, การสแกนความร้อนเพื่อหาจุดร้อน, และการตรวจสอบข้อมูลทางไกลของระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) เพื่อหาแนวโน้มของความต้านทานและความไม่สมดุล

รายการตรวจสอบการติดตั้งใช้งาน (ขั้นตอนสำคัญก่อนการใช้งานครั้งแรก)

1. ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานภายในของแบตเตอรี่/โมดูลแต่ละตัว; ปฏิเสธหรือแยกชิ้นส่วนที่มีค่าผิดปกติออก

2. ยืนยันค่าแรงบิดของขั้วต่อทั้งหมดและการจัดสายเคเบิล

3. ตรวจสอบความถูกต้องของการสื่อสารและสัญญาณเตือนของระบบ BMS; ดำเนินการตรวจสอบการชาร์จ/การคายประจุแบบควบคุม

4. ทดสอบฟิวส์/เบรกเกอร์และตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์แยกวงจรทำงานได้

5. การกำหนดค่าเอกสาร หมายเลขชิ้นส่วน และหมายเลขซีเรียลสำหรับการรับประกันและการวางแผนวงจรชีวิตในอนาคต

คำแนะนำการออกแบบขั้นสุดท้าย: คิดเป็นระบบ ไม่ใช่สายไฟ

โครงสร้างการเดินสายไฟเป็นการตัดสินใจของระบบที่เชื่อมโยงการออกแบบทางไฟฟ้า, วิศวกรรมความร้อน, เคมีของแบตเตอรี, และการปฏิบัติการบำรุงรักษาเข้าด้วยกันแบตเตอรี่แบงค์ที่ปลอดภัยที่สุดและทนทานที่สุดคือแบตเตอรี่แบงค์ที่ออกแบบมาอย่างครบวงจร: โมดูลที่เข้ากันได้, โครงสร้างที่เหมาะสมกับภารกิจ (ซีรีส์สำหรับแรงดัน, พาราเลลสำหรับความจุ), ตัวนำและระบบป้องกันที่มีขนาดเหมาะสม, ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่มีความสามารถ, และการทดสอบระบบและการตรวจสอบอย่างเคร่งครัด. ให้ระบุความโปร่งใสจากผู้ผลิต — ขอเอกสารข้อมูลที่ระบุความต้านทานภายใน, โปรไฟล์การชาร์จที่แนะนำ, และแผนผังการต่อสายไฟที่แนะนำ — และให้เอกสารเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของสัญญา ไม่ใช่เอกสารที่อ่านเพื่อความบันเทิง.

เมื่อชิ้นส่วนเหล่านี้ถูกจัดเรียงอย่างถูกต้อง แบตเตอรี่แบงค์ที่เชื่อมต่ออย่างดีจะมอบพลังงานที่เชื่อถือได้ ช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่คาดการณ์ได้ และความยืดหยุ่นในการดำเนินงานที่โครงการสมัยใหม่ต้องการ