Hướng dẫn kỹ thuật thực tiễn về việc lựa chọn cấu trúc dây dẫn, tính toán kích thước dây dẫn và các biện pháp bảo vệ, cũng như xây dựng các hệ thống ắc quy đáng tin cậy cho các hệ thống thực tế.

Kết nối pin không chỉ là một công việc đấu nối dây — đó là quyết định thiết kế duy nhất xác định điện áp hệ thống, năng lượng có thể sử dụng, hành vi sạc và rủi ro vận hành. Dù bạn đang lắp ráp một bộ ắc quy Đối với một hệ thống pin mặt trời, bộ pin cho xe điện, hệ thống dự phòng công nghiệp hoặc đội xe máy di động, việc lựa chọn giữa kết nối series và parallel (hoặc kết hợp cả hai) cần dựa trên các nguyên lý điện cơ bản, kỹ thuật an toàn và các hạn chế vận hành thực tế. Hướng dẫn này giải thích các ưu nhược điểm, cung cấp các thực hành tốt nhất cụ thể cho việc lắp đặt và bảo vệ, và chỉ ra cách biến hóa học và tế bào thành các hệ thống có thể dự đoán được. hệ thống điện.

Các nguyên tắc cơ bản được giải thích một cách đơn giản

Kết nối ắc quy loạt Tăng điện áp hệ thống: Nối cực dương của một ắc-quy với cực âm của ắc-quy tiếp theo, điện áp sẽ được cộng dồn trong khi dung lượng amp-giờ (Ah) vẫn giữ nguyên. Kết nối series là cách để đạt được điện áp bus cao hơn, đáp ứng yêu cầu của nhiều bộ biến tần và động cơ kéo.

Kết nối ắc quy song song Tăng công suất: Nối tất cả các cực dương lại với nhau và tất cả các cực âm lại với nhau; điện áp vẫn bằng với một pin đơn lẻ trong khi dung lượng amp-giờ (và khả năng dòng điện đỉnh) tăng theo số lượng chuỗi song song. Kết nối song song là lựa chọn tiêu chuẩn khi thời gian hoạt động là mục tiêu chính.

Nhiều hệ thống thực tế kết hợp cả hai phương pháp: các tế bào hoặc mô-đun được kết nối nối tiếp trước tiên để đạt được điện áp mục tiêu, sau đó các chuỗi nối tiếp giống hệt nhau được kết nối song song để đạt được dung lượng yêu cầu. Cấu trúc lai này rất mạnh mẽ nhưng cũng đòi hỏi kỹ thuật thiết kế cẩn thận nhất.

Những sự đánh đổi quan trọng và hậu quả thực tiễn

• Điện áp so với dòng điện: Điện áp cao hơn làm giảm dòng điện cho cùng một công suất, cho phép sử dụng dây dẫn có kích thước nhỏ hơn và giảm tổn thất I²R. Ngược lại, hệ thống điện áp thấp, dòng điện cao yêu cầu sử dụng cáp dày hơn và thanh dẫn điện nặng hơn.

• Các chế độ hỏng hóc: Trong một chuỗi pin, một tế bào yếu hoặc hỏng có thể làm giảm hiệu suất hoặc vô hiệu hóa toàn bộ chuỗi; trong khi đó, trong mạch song song, một tế bào kém chất lượng có thể làm giảm dung lượng nhưng hệ thống pin thường vẫn tiếp tục hoạt động. Điều này ảnh hưởng đến chiến lược dự phòng và bảo trì.

• Yêu cầu về cân bằng và Hệ thống Quản lý Pin (BMS): Dãy pin yêu cầu cân bằng pin chủ động hoặc bị động và giám sát từng pin để ngăn chặn sự mất cân bằng; các nhóm song song yêu cầu sự khớp nối cẩn thận về điện trở nội và trạng thái sạc giữa các mô-đun để tránh hiện tượng dòng điện bị chiếm dụng. Hệ thống Quản lý Pin (BMS) mạnh mẽ là bắt buộc đối với các gói pin đa pin.

Xác định kích thước dây dẫn và thiết bị bảo vệ — các quy tắc chung cụ thể

1. Xác định dòng điện liên tục tối đa Từ các mục tiêu về công suất và điện áp (I = P / V). Sử dụng thông tin này để chọn kích thước dây cáp (AWG) và bảo vệ bằng cầu chì, đồng thời thêm biên độ an toàn (thường là 25–40%) để đối phó với các đỉnh điện áp khởi động và điều chỉnh theo nhiệt độ môi trường.

2. Dòng điện ngắn mạch định mức: Đảm bảo rằng các cầu chì và aptomat có khả năng ngắt mạch đủ để đối phó với dòng điện sự cố tiềm ẩn. Các thiết bị bảo vệ có công suất quá cao có thể không thể ngắt sự cố kịp thời; các thiết bị có công suất quá thấp có thể gây ra hiện tượng ngắt mạch không mong muốn. Sự cân bằng là điều cần thiết.

3. Dây dẫn có độ dài bằng nhau cho các chuỗi song song: Trong một mạch song song, cần đảm bảo độ dài và điện trở của các dây dẫn kết nối bằng nhau để mỗi chuỗi dây dẫn chia sẻ dòng điện tải một cách đều đặn. Những sự không đối xứng nhỏ có thể dẫn đến dòng điện tuần hoàn ở trạng thái ổn định và quá trình lão hóa không đều.

4. Mô-men xoắn và chất lượng đầu cuối: Siết chặt các đầu nối theo thông số mô-men xoắn của nhà sản xuất và sử dụng các đầu nối được ép chặt đúng cách; các mối nối lỏng lẻo sẽ trở thành các điểm nóng có điện trở cao, làm gia tăng quá trình lão hóa và tăng nguy cơ xảy ra các sự cố nhiệt.

Pin tương thích — một nguyên tắc thiết kế không thể thương lượng

Kết hợp pin mới và cũ, các tế bào có dung lượng Ah khác nhau hoặc các mô-đun có điện trở nội bộ không đồng nhất có thể dẫn đến mất cân bằng, áp lực quá mức và hỏng hóc sớm. Luôn sử dụng các tế bào hoặc mô-đun tương thích cho các chuỗi nối tiếp và kiểm tra kỹ lưỡng sự tương thích của các chuỗi nối tiếp trước khi nối song song. Nếu bắt buộc phải kết hợp các mô-đun, hãy thực hiện quy trình điều kiện hóa và cân bằng nghiêm ngặt dưới sự giám sát của hệ thống quản lý pin (BMS) hoặc nhà cung cấp để giảm thiểu sự mất cân bằng ban đầu.

Chiến lược sạc là yếu tố quan trọng — CC–CV và lựa chọn bộ sạc

Các pin được kết nối series hoạt động như một tế bào có điện áp cao hơn trong quá trình sạc; bộ sạc phải cung cấp điện áp tổng đúng và chuyển từ chế độ dòng điện cố định (CC) sang chế độ điện áp cố định (CV) tại thời điểm thích hợp. Các nhóm pin song song chia sẻ dòng điện sạc nhưng cần hệ thống quản lý sạc để ngăn chặn một chuỗi pin bị sạc quá mức hoặc thiếu sạc. Chọn bộ sạc được thiết kế cho cấu trúc và hóa học pin của bạn và đảm bảo hệ thống quản lý pin (BMS) kiểm soát việc kết thúc sạc và cân bằng. Bộ sạc không phù hợp hoặc bỏ qua các hồ sơ sạc là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây suy giảm sớm.

Quản lý nhiệt và bố trí cơ khí

Dòng điện cao, các mô-đun được xếp chặt chẽ và thông gió kém làm tăng nhiệt độ nhanh chóng và giảm tuổi thọ. Thiết kế luồng không khí hoặc đường dẫn nhiệt xung quanh các tế bào và mô-đun; xem xét các rào cản nhiệt giữa các mô-đun nối tiếp để ngăn chặn sự lan truyền trong trường hợp hiếm hoi xảy ra sự cố. Việc lắp đặt cơ khí nên ngăn chặn rung động và va đập có thể gây ra chập điện bên trong hoặc mỏi kết nối.

Các biện pháp bảo vệ an toàn — những gì phải được bao gồm

• Hợp nhất theo từng chuỗi (hoặc biện pháp bảo vệ tương đương) để đảm bảo rằng một dây cáp bị hỏng không gây ra sự cố nghiêm trọng cho phần còn lại của hệ thống.

• Giới hạn mức BMS Đối với các trường hợp quá áp, thiếu áp, quá dòng và quá nhiệt, hệ thống sẽ kích hoạt các cơ chế khóa cứng phần cứng độc lập khi có thể.

• Cách điện và khoảng cách an toàn Đối với điện áp bus cao nhất hiện có trong hệ thống; tuân thủ các tiêu chuẩn khu vực và thiết bị về khoảng cách cách điện và khả năng chịu đựng.

• Bảo trì định kỳ và ghi nhật kýKiểm tra mô-men xoắn định kỳ, quét nhiệt để phát hiện điểm nóng, và phân tích dữ liệu telemetry của Hệ thống Quản lý Pin (BMS) để theo dõi xu hướng về điện trở và mất cân bằng.

Danh sách kiểm tra trước khi đưa vào sử dụng (các bước cần thiết trước lần sử dụng đầu tiên)

1. Kiểm tra điện áp và điện trở trong của từng pin/module; loại bỏ hoặc tách riêng các giá trị nằm ngoài phạm vi cho phép.

2. Xác nhận tất cả các giá trị mô-men xoắn của đầu nối và cách bố trí cáp.

3. Kiểm tra tính hợp lệ của các tín hiệu và cảnh báo từ Hệ thống Quản lý Pin (BMS); thực hiện chu kỳ kiểm tra sạc/xả có kiểm soát.

4. Kiểm tra các cầu chì/cầu dao và đảm bảo các thiết bị cách ly hoạt động bình thường.

5. Cấu hình tài liệu, số hiệu sản phẩm và số seri cho việc lập kế hoạch bảo hành và vòng đời sản phẩm trong tương lai.

Lời khuyên thiết kế cuối cùng: Hãy suy nghĩ theo hệ thống, không phải theo dây.

Cấu trúc mạch điện là một quyết định hệ thống liên kết thiết kế điện, kỹ thuật nhiệt, hóa học pin và quy trình bảo trì. Các cụm pin an toàn và bền bỉ nhất là những cụm được thiết kế một cách toàn diện: các mô-đun tương thích, cấu trúc mạch phù hợp với nhiệm vụ (mạch series cho điện áp, mạch song song cho dung lượng), dây dẫn và thiết bị bảo vệ được thiết kế đúng kích thước, hệ thống quản lý pin (BMS) có khả năng, và quy trình triển khai và giám sát nghiêm ngặt. Yêu cầu sự minh bạch từ nhà cung cấp — yêu cầu các tài liệu kỹ thuật bao gồm điện trở nội, hồ sơ sạc được khuyến nghị và sơ đồ mạch được khuyến nghị — và xem các tài liệu này là một phần của hợp đồng, không phải là tài liệu tham khảo tùy chọn.

Khi các thành phần này được sắp xếp hợp lý, một hệ thống ắc quy được kết nối tốt sẽ cung cấp nguồn điện đáng tin cậy, các khoảng thời gian bảo trì dự đoán được và khả năng phục hồi hoạt động mà các dự án hiện đại yêu cầu.