리튬 배터리 직렬-병렬 연결에 대한 완벽한 가이드: 일반적인 조합, 팩 조립 및 올바른 관행
01 리튬 배터리 직병렬 연결의 정의
개별 배터리의 전압과 용량이 제한적이기 때문에 실제로는 장치의 전력 요구 사항을 충족하기 위해 더 높은 전압과 용량을 달성하기 위해 직렬-병렬 연결이 필요한 경우가 많습니다.
리튬 배터리 직렬 연결
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전압이 추가되면 용량은 일정하게 유지되고 내부 저항은 증가합니다.
리튬 배터리 병렬 연결
:
전압은 일정하게 유지되고, 용량은 늘어나고, 내부 저항은 감소하며, 전원 공급 시간은 길어집니다.
리튬 배터리 직렬-병렬 연결
:
배터리 팩은 병렬과 직렬 연결을 모두 결합하여 전압과 용량을 높입니다.
직렬 전압:
3.7V 개별 배터리는 필요에 따라 3.7*(N)V(N: 개별 배터리 개수) 전압의 배터리 팩으로 조립될 수 있습니다.
예를 들어, 7.4V, 12V, 24V, 36V, 48V, 60V, 72V 등.
병렬 용량
:
2000mAh 셀은 필요에 따라 2*(N)Ah(N: 셀 개수) 용량의 배터리 팩으로 조립될 수 있습니다.
예를 들어, 4000mAh, 6000mAh, 8000mAh, 5Ah, 10Ah, 20Ah, 30Ah, 50Ah, 100Ah 등입니다.
02 리튬 배터리 팩
리튬 배터리 팩은 리튬 배터리 팩의 가공, 조립 및 포장 과정을 말합니다. 리튬 배터리 셀들을 그룹으로 조립하는 과정을 팩이라고 합니다. 팩은 단일 셀 또는 직렬-병렬 리튬 배터리 팩일 수 있습니다. 리튬 배터리 팩은 일반적으로 플라스틱 케이스, 보호 기판, 배터리 셀, 출력 전극, 연결용 접촉 패드, 그리고 기타 절연 테이프와 양면 테이프로 구성됩니다.
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리튬 전지
:
완성된 배터리의 핵심 구성 요소입니다.
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보호위원회
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과충전, 과방전, 과전류, 단락 및 NTC 온도 제어에 대한 보호 기능을 제공합니다.
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플라스틱 케이스
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배터리 전체를 지지하는 프레임워크로, 보호판을 위치시키고 고정하며, 다른 모든 비쉘 구성 요소의 위치를 지지하고 제한합니다.
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터미널 리드
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다양한 전자 제품, 에너지 저장 장치, 백업 전원 공급 장치에 다양한 충전 및 방전 인터페이스를 제공합니다.
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니켈 시트/브라켓
:
배터리 셀을 연결하고 고정하는 구성 요소입니다.
03 리튬 배터리 직렬-병렬 조합
안전상의 이유로 리튬 배터리는 각 셀을 모니터링하기 위해 외부 보호판에 연결해야 합니다. 병렬 작동은 일반적으로 권장되지 않습니다. 병렬 작동이 필요한 경우, 배터리 매개변수(용량, 내부 저항 등)가 일정해야 합니다. 또한, 직렬로 사용되는 배터리의 매개변수도 일정해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리 팩의 성능이 단일 셀보다 현저히 저하됩니다.
리튬 배터리 페어링 기준: 전압 차이 ≤ 10mV, 내부 저항 차이 ≤ 5mΩ, 용량 차이 ≤ 20mA
리튬 배터리 페어링의 목적은 배터리 팩에 포함된 각 배터리의 용량, 전압, 내부 저항 및 성능을 일정하게 유지하는 것입니다. 배터리의 성능이 일정하지 않으면 사용 중 리튬 배터리 팩의 다양한 매개변수가 편차를 일으켜 전압 불균형을 초래합니다. 시간이 지남에 따라 과충전, 과방전, 용량 부족으로 이어져 폭발이나 화재의 위험이 발생할 수 있습니다.
리튬 배터리 조합
2-스트링 리튬 배터리 팩(7.4V 리튬 배터리)
3-스트링 리튬 배터리 팩(11.1V 리튬 배터리)
4-스트링 리튬 배터리 팩(14.8V 리튬 배터리)
6줄 리튬 배터리 팩(22.2V 리튬 배터리)
리튬 배터리 팩 케이블/단자
리튬 배터리 팩 플러그와 리드의 길이는 고객의 전기 장비에 맞게 맞춤 제작될 수 있습니다.
리튬 배터리 팩 직렬 및 병렬 계산
리튬 배터리를 직렬로 연결하면 전압이 증가하고, 병렬로 연결하면 용량이 증가한다는 것은 누구나 알고 있습니다. 그렇다면 리튬 배터리 팩의 직렬 및 병렬 연결 수와 셀 개수는 어떻게 계산할까요?
이 계산을 수행하기 전에 팩에 사용된 셀 사양을 알아야 합니다. 셀마다 전압과 용량이 다르기 때문에 특정 리튬 배터리 팩을 조립하는 데 필요한 직렬 및 병렬 연결 수가 다릅니다. 시중에 일반적으로 사용되는 리튬 배터리 셀 유형으로는 3.7V 리튬 코발트 산화물, 3.6V 삼원계, 3.2V 리튬 철 인산염, 2.4V 리튬 티타네이트가 있습니다. 용량은 셀 크기, 재질 및 제조업체에 따라 다릅니다.
48V 20Ah 리튬 배터리 팩을 예로 들면
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사용된 단일 셀의 사양이 18650 3.7V 2000mAh라고 가정합니다.
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사용된 단일 셀의 사양이 18650 3.7V 2000mAh라고 가정합니다.
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병렬로 연결된 셀 수: 20Ah/2Ah = 10, 즉 병렬로 연결된 셀 10개
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배터리 팩 전체는 13개의 스트링 x 10개의 셀 = 130개의 셀입니다.
리튬 배터리 팩의 일반적인 시리즈 조합
04 리튬 배터리 조립 공정
18650-3S6P/11.1V/15600mAh 리튬 배터리 조립 공정
① 배터리 용량 등급
에이시-BCT506R-512H
리튬 배터리 충방전 기계
18650 21700 26650 32650 32700과 같은 원통형 리튬 전지의 용량, 전압, 전류 및 충전 및 방전 성능을 테스트하도록 설계되었습니다.
용량 차이 ≤ 30mAh
용량 등급 분류 후 그룹화하기 전에 48~72시간 동안 그대로 두십시오.
②
배터리 절연지 붙이기
단열을 위해 퀵릴리스 종이와 마라 테이프를 적용하세요.
에이시-BS01
자동 절연지 부착기
주로 18650/21700/26650/32650/32700 배터리의 양극 또는 음극에 보리 종이 층을 붙여서 좋은 절연성, 내마모성, 방수성 등의 특성을 제공하는 데 사용됩니다.
③ 배터리 전압 및 내부 저항 분류
에이시-AS11S
리튬 셀 분류기
원통형 리튬 배터리의 신속한 분류를 위해 설계된 효율적이고 고정밀 장비입니다. 고급 내부 저항 테스터를 사용하여 배터리 전압과 내부 저항을 정확하게 측정합니다. 이 장비는 다양한 규격의 배터리(18650/21700/26650/32700 등)와 호환되며, 시간당 최대 5000개의 배터리를 분류할 수 있어 생산 효율을 크게 향상시키고 데이터 내보내기 기능을 지원하여 품질 추적을 용이하게 합니다.
전압 차이 ≤ 5mV
내부 저항 차이 ≤ 5mΩ 유사한 전압과 내부 저항을 갖는 8개의 셀을 쌍으로 연결합니다.
④
배터리 셀의 스팟 용접
성형 니켈 스트립을 사용하면 냉납 접합부, 단락, 낮은 효율, 불균일한 전류 분포 문제를 해결할 수 있습니다.
에이시-5000D
수동 스팟 용접기
여러 배터리 및 니켈 시트와 같은 소재의 양극과 음극을 용접하여 배터리 팩의 충방전 과정에서 안정적인 전류 전달을 보장합니다. 전동 배터리, 전동 공구, 전기 자전거 등 다양한 배터리 팩의 용접에 널리 사용됩니다.
⑤
보호판 용접
회로 기판에 누출된 부품이 없는지, 냉간 납땜 접합부나 기타 결함이 없는지 확인하세요.
⑥ 배터리 팩 종합 테스트
ACEY-BIT 시리즈
배터리 종합 테스터
배터리의 몇 가지 기본 매개변수를 정량적이고 정확하게 측정할 수 있습니다. 개방 회로 전압, 내부 저항, 충전, 방전, 과전류 보호, 단락 보호 등 배터리의 다양한 기능을 측정할 수 있습니다. 불량 배터리를 쉽게 감지하고 생산 효율을 높일 수 있습니다.
⑦ PVC 열수축 필름 포장
먼저, 끝부분을 열수축시켜 위치를 조정합니다.
그런 다음 중앙을 열수축시킵니다.
PVC 필름이 중앙에 위치하고 흰 반점이나 누출이 없는지 확인하세요.
에이시-5035C
열수축 필름 포장기
배터리 팩, 특히 리튬 이온 배터리 및 기타 충전식 배터리의 조립 및 포장에 사용됩니다. 이 기계는 열 수축 필름을 사용하여 배터리 팩을 안전하게 포장하고 밀봉하도록 설계되어 배터리 팩에 보호, 절연 및 깔끔한 외관을 제공합니다.
⑧
잉크젯 배치 코드 인쇄
인쇄물은 선명하고 읽기 쉬워야 합니다.
에이시-CP2
잉크젯 일괄 코딩 기계
제조 및 포장 산업에서 배치 번호, 유통기한, 제조일자, 바코드 및 기타 가변 데이터와 같은 정보를 제품이나 포장에 인쇄하는 데 사용됩니다. 이는 제품 추적, 품질 관리 및 규정 준수에 필수적입니다.
⑨ 배터리 팩 노화
배터리 팩의 품질을 확인하고, 사용 중 리튬 배터리 팩의 안정성, 안전성, 수명을 보장합니다.
ACEY-BA 시리즈
배터리 노화 기계
주로 배터리 충전 및 방전과 관련된 배터리 특성 시험에 사용됩니다. 각 시험 채널은 완전히 독립적이며 3원계, 리튬인산철, 납축전지, 니켈수소전지, 니켈카드뮴 전지의 노화 시험에 적합합니다.
05
리튬 배터리를 직렬 및 병렬로 연결할 때의 주의 사항
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서로 다른 브랜드의 배터리를 함께 사용하지 마세요.
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전압이 다른 배터리를 함께 사용하지 마십시오.
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용량이 다른 배터리나 오래된 리튬 배터리와 새 리튬 배터리를 섞어 사용하지 마세요.
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니켈-금속 수소화물 배터리와 리튬 배터리 등 서로 다른 화학 성분의 배터리를 혼합해서 사용하면 안 됩니다.
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배터리 충전량이 부족하면 모든 배터리를 교체하세요.
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해당 매개변수를 갖춘 리튬 배터리 보호 보드를 사용하세요.
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성능이 일관된 배터리를 선택하십시오. 일반적으로 직렬 및 병렬로 사용되는 리튬 배터리는 셀 페어링이 필요합니다. 페어링 기준: 전압 차이 ≤ 10mV, 내부 저항 차이 ≤ 5mΩ, 용량 차이 ≤ 20mA.
① 서로 다른 전압의 리튬 전지를 직렬로 연결
리튬 배터리는 동일 시스템(예: 삼원계 또는 철-리튬계) 내에서 병렬 및 직렬로 사용하더라도 일관성 문제가 있으므로, 전압, 내부 저항 및 용량이 일관된 배터리를 선택하는 것이 중요합니다. 전압 플랫폼과 내부 저항이 다른 배터리를 직렬로 사용하면 각 사이클 동안 한 배터리가 먼저 충전되고 마지막에 방전될 수 있습니다. 보호 보드를 설치하고 고장 없이 작동하면 전체 배터리의 용량이 감소합니다. 보호 보드가 없으면 배터리가 과충전 또는 과방전되어 손상될 수 있습니다.
② 용량이 다른 리튬전지 병렬 연결
용량이 다른 리튬 배터리를 혼용하거나 기존 배터리와 새 배터리를 혼용하면 누액 및 전압 저하가 발생할 수 있습니다. 이는 충전 과정에서 용량 차이로 인해 일부 배터리는 과충전되고 다른 배터리는 저충전되기 때문입니다. 방전 과정에서 고용량 배터리는 완전히 방전되지 않고 저용량 배터리는 과방전될 수 있습니다. 이러한 악순환은 배터리를 손상시켜 누액 또는 저전압(전압 저하)을 유발합니다.
06 리튬 배터리는 조립 시 병렬로 먼저 연결해야 하나요, 아니면 직렬로 먼저 연결해야 하나요?
리튬 배터리 직렬-병렬 토폴로지
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리튬 배터리 팩의 일반적인 연결 방법으로는 먼저 병렬 연결, 그 다음 직렬 연결, 먼저 직렬 연결, 그 다음 병렬 연결, 그리고 혼합 연결 방법이 있습니다.
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순수 전기 버스용 리튬 배터리 팩은 일반적으로 먼저 병렬로 연결한 후 직렬로 연결하는 방식을 사용합니다.
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그리드 에너지 저장을 위한 리튬 배터리 팩은 종종 먼저 직렬로 연결한 후 병렬로 연결하는 방식을 사용합니다.
리튬 배터리의 경우 병렬 연결(먼저), 직렬 연결(두 번째)의 장점
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리튬 배터리 셀에 고장이 발생하면 자동으로 전원이 꺼집니다. 용량 감소 외에는 병렬 작동에는 영향을 미치지 않습니다.
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리튬 배터리 셀이 병렬 연결에서 단락되면 병렬 회로에 매우 높은 전류가 흐르게 되는데, 이는 일반적으로 퓨즈 보호 기술을 통해 방지됩니다.
리튬 배터리를 병렬로 연결하는 것의 단점
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리튬 배터리 셀 간의 내부 저항 차이와 열 방출의 불균일로 인해 병렬 연결된 리튬 배터리 팩의 수명은 영향을 받을 수 있습니다.
리튬 배터리를 직렬로 먼저 연결하고 병렬로 마지막에 연결하는 장점
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리튬 배터리 셀을 용량에 따라 먼저 직렬로 연결하고(예: 전체 용량의 1/3), 마지막으로 병렬로 연결하면 대용량 리튬 배터리 모듈의 고장 가능성을 줄일 수 있습니다. 또한, 먼저 직렬로 연결하고 나중에 병렬로 연결하면 리튬 배터리 팩의 안정성도 크게 향상됩니다.
리튬 배터리 팩 연결 신뢰성, 전압 불일치 경향, 그리고 그로 인한 성능 영향 측면에서 병렬-선-후 직렬 연결 방식이 직렬-선-후 병렬 연결 방식보다 우수합니다. 직렬-선-후 병렬 리튬 배터리 토폴로지는 시스템 내 각 리튬 배터리 셀의 감지 및 관리를 용이하게 합니다.
07 직렬 및 병렬로 리튬 배터리 충전
① 리튬 배터리 직렬 충전
현재 리튬 배터리 팩은 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 구현이 용이하다는 장점 때문에 일반적으로 직렬로 충전됩니다. 그러나 개별 리튬 이온 배터리 간의 용량, 내부 저항, 감쇠 특성 및 자가 방전의 차이로 인해 리튬 이온 배터리 팩을 직렬로 충전할 경우, 팩에서 가장 작은 배터리가 먼저 완전히 충전됩니다. 이 시점에서 다른 배터리는 완전히 충전되지 않습니다. 직렬로 충전을 계속하면 완전히 충전된 배터리가 과충전될 수 있습니다.
리튬 이온 배터리를 과충전하면 성능이 심각하게 저하될 수 있으며, 폭발로 인해 부상을 입을 수도 있습니다. 따라서 개별 리튬 이온 배터리의 과충전을 방지하기 위해 리튬 이온 배터리 팩에는 일반적으로 배터리 관리 시스템(BMS)이 장착되어 있습니다. 이 시스템은 각 배터리에 대한 과충전 보호 기능을 제공합니다. 직렬 충전 시, 단일 리튬 이온 배터리의 전압이 과충전 보호 전압에 도달하면 BMS는 전체 직렬 충전 회로를 분리하고 충전을 중단하여 해당 배터리의 과충전을 방지합니다. 과충전으로 인해 다른 배터리가 완전히 충전되지 않을 수 있습니다.
② 병렬로 리튬 배터리 충전
리튬 이온 배터리를 병렬로 충전할 때는 각 배터리가 균등하게 충전되도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 전체 배터리 팩의 성능과 수명에 영향을 미칩니다. 일반적인 균등 충전 기법으로는 상시 션트 저항 균등 충전, 온오프 션트 저항 균등 충전, 평균 배터리 전압 균등 충전, 스위치드 커패시터 균등 충전, 벅 컨버터 균등 충전, 인덕터 균등 충전 등이 있습니다.
리튬 배터리를 병렬로 충전할 때 주의해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.
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보호 보드가 있거나 없는 리튬 배터리는 병렬로 충전할 수 없습니다. 보호 보드가 없는 배터리는 과충전 및 손상 위험이 있습니다.
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병렬로 충전된 배터리의 경우 일반적으로 배터리에 내장된 보호 보드를 제거하고 단일 보호 보드를 사용해야 합니다.
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병렬로 충전되는 배터리에 보호 보드가 없는 경우, 충전 전압은 4.2V로 제한되어야 하며, 5V 충전기는 사용할 수 없습니다.
리튬 배터리를 병렬로 연결하면 충전 보호 칩이 충전 보호 기능을 제공합니다. 리튬 배터리 제조업체는 병렬 리튬 배터리의 변화하는 특성을 충분히 고려하여 병렬 리튬 배터리를 제조할 때 전류를 설계하고 셀을 선택합니다. 따라서 사용자는 부적절한 충전으로 인한 배터리 손상을 방지하기 위해 병렬 리튬 배터리 사용 설명서에 따라 배터리를 충전해야 합니다.
③ 리튬 배터리 충전 시 주의사항
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리튬 배터리는 전용 충전기를 사용하여 충전해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리가 최대 용량에 도달하지 못해 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
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리튬 배터리는 충전하기 전에 완전히 방전할 필요가 없습니다.
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충전기를 장시간 연결해 두지 마십시오. 배터리가 완전히 충전되면 즉시 충전기에서 분리하십시오.
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사용하지 않는 전자제품의 배터리를 제거하고, 보관하기 전에 배터리를 방전시키세요.
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배터리의 극성을 반대로 삽입하지 마십시오. 배터리가 부풀어 오르거나 파열될 수 있습니다.
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니켈과 리튬 충전기를 서로 바꿔 사용하지 마세요.