製品タイプ
LiFePO4 シリーズおよびパラレル: 総合ガイド
LiFePO4の特徴と用途
利点 : リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 電池は、長いサイクル寿命、安定した構造、信頼できる安全性で知られています。
アプリケーション ：電気自動車、再生可能エネルギー分野、 マテリアルハンドリング 、 ゴルフカート 、 海洋 そして ESS フィールド。
LiFePO4 を直列および並列に接続する必要がある理由
LiFePO4 バッテリーは直列および並列に接続され、さまざまな用途で電圧と容量を実現します。
・直列接続 : 複数のバッテリーを端と端で接続して、合計電圧を高めます。
・並列接続 : 複数のバッテリーを並べて接続すると、容量と電流出力が増加します。
LiFePO4 バッテリーの直列接続と並列接続を適切に利用することで、ユーザーは特定のデバイスのニーズに合わせてバッテリー構成をカスタマイズできます。
1.LiFePO4シリーズの接続
A. LiFePO4 シリーズの動作
• LiFePO4 バッテリーセルは、プラス側で端から端まで接続されています。 あるセルの端子が別のセルのマイナス端子に接続されること。
• 直列に接続すると、容量は変化せず、総電圧は個々のセルすべての合計に増加します。
• 公称値 LiFePO4の電圧 バッテリーは通常 3.2V です。たとえば、4 つの 3.2V バッテリーを直列に接続すると 12.8V のバッテリー パックが得られるため、より高い電圧を必要とするアプリケーションには直列接続が不可欠です。
B.シリーズ接続のメリット
LiFePO4 バッテリーを直列に接続すると、次のようないくつかの利点があります。
• 高電圧出力： 複数のセルを直列に接続すると、バッテリー パックの全体的な電圧出力が増加し、より高い電圧を必要とするアプリケーションに適します。 4 セットの 12V バッテリーを直列に接続すると、合計 48V を供給できます。
• より効率的なエネルギー貯蔵： 直列バッテリーパック内のセルは負荷を均等に共有し、各セルが同じ速度で充電および放電するようにします。その結果、全体的なエネルギー貯蔵効率が向上します。
• 直列接続は、電気自動車や太陽光発電システムなど、高電圧を必要とするアプリケーションに最適です。効率的なエネルギー貯蔵を可能にすることに加えて、バッテリーパック内での均一な充放電を保証します。
C. 直列接続の短所
LiFePO4 バッテリーを直列に接続すると、次のような欠点もあります。
• 過充電のリスク: 直列バッテリ パック内の異なるバッテリ セルは異なるレートで放電する可能性があり、その結果、バッテリ パック内の電圧が不均衡になることがあります。一部のバッテリーセルが過充電されると、バッテリーパックの寿命が短くなる可能性があります。
• 下限容量： 直列接続されたバッテリーは、直列パック内の単一セルと同じ容量を持ちます。シリアル接続のバッテリー パックの総容量は大きくなりません。
これらの問題を回避するには、直列バッテリ パック内のバッテリ容量と寿命が同等である必要があります。さらに、バッテリーパックを適切に充電し、その電圧を監視することは、過充電を防止し、効率を確保するために不可欠です。
D. シリーズの考慮事項
直列接続の問題
細胞の不均衡:
直列接続では、すべてのセルが容量や内部抵抗などの特性が同様であることを確認することが重要です。セル間に深刻な不均衡がある場合、1 つまたは複数のセルが過充電または過放電になる可能性があり、その結果、性能が低下し、損傷が生じる可能性があります。
充放電制御：
LiFePO4 シリーズ バッテリーは、充電および放電プロセスを注意深く管理する必要があります。セル間の充電または放電速度の違いが適切に制御されていない場合、バッテリー システムの全体的なパフォーマンスと寿命に悪影響を及ぼす可能性があります。
ソリューションの提供
バランス充電:
平衡充電システムを実装することで、直列セルの不平衡の問題を解決することができます。各セルへの充電のバランスをとることにより、セルの過充電や過放電が防止されます。バランスは、能動回路または抵抗ベースの方法などの受動的な方法を通じて達成できます。
バッテリー管理システム (BMS):
直列LiFePO4バッテリーの場合、 BMS を強くお勧めします。各セルは BMS によって監視および制御され、充電および放電中に安全な範囲内で動作することが保証されます。これにより、過充電、過放電、極端な温度を防ぐことでバッテリーの寿命が延び、その性能が最適化されます。
バランス充電と BMS は、LiFePO4 バッテリー システムの直列接続の問題を効果的に軽減します。その結果、バッテリーシステムは最適に動作し、寿命が長くなり、安全になります。
2.LiFePO4並列接続
A. LiFePO4 の並列運転
• LiFePO4 バッテリーセルは、すべての正極が一緒に接続され、すべての負極が一緒に接続されて横に接続されています。
• この方法では、電圧は変えずに、接続されているすべてのバッテリーの容量を加算することにより、バッテリーの総容量が増加します。
• たとえば、2 つの 100ah バッテリを並列接続すると、200ah バッテリ パックが得られます。電圧を上げずにより多くのエネルギーを蓄積したり、より長い放電時間を必要とする場合には、並列接続を採用する必要があります。
B. 並列接続のメリット
LiFePO4 バッテリーを並列接続すると、次のようないくつかの利点があります。
• 容量の増加 : 複数の電池を並列接続すると、電池パック全体の容量が増加し、高出力用途に適します。 4つの場合 12.8V 100AH バッテリー を並列接続すると電圧は変わりませんが、容量は400Ahに増加します。
• 過充電のリスクの軽減 : 並列バッテリー パック内のバッテリーは独立して充電および放電するため、過充電のリスクが軽減されます。したがって、バッテリーパック全体がより安全になり、耐用年数が長くなります。
• 応用 : バッテリーパックの均一な充放電による効率的なエネルギー貯蔵は、オフグリッドおよびバックアップ電源システムに非常に適しています。 太陽光発電システム 。
C.並列接続のデメリット
LiFePO4 バッテリーを直列に接続すると、次のような欠点もあります。
• 過充電のリスク: 直列バッテリ パック内の異なるバッテリ セルは異なるレートで放電する可能性があり、その結果、バッテリ パック内の電圧が不均衡になることがあります。一部のバッテリーセルが過充電されると、バッテリーパックの寿命が短くなる可能性があります。
• エネルギー貯蔵効率が低い： 直列接続されたバッテリーは、直列パック内の単一セルと同じ容量を持ちます。シリアル接続のバッテリー パックの総容量は大きくなりません。
これらの問題を回避するには、直列バッテリ パック内のバッテリ容量と寿命が同等である必要があります。さらに、バッテリーパックを適切に充電し、その電圧を監視することは、過充電を防止し、効率を確保するために不可欠です。
D. 並列の考慮事項
並列接続と潜在的な問題
不均一な充放電:
LiFePO4 バッテリーを並列接続すると、充電または放電が不均一になる場合があります。内部抵抗と容量に違いがあり、不均衡によりバッテリーが他のバッテリーよりも多く充電されたり、より速く放電されたりすることがあります。これにより、バッテリーの性能と寿命が影響を受ける可能性があります。
温度制御:
並列接続では温度制御も課題となる可能性があります。並列接続された 1 つ以上のバッテリーが充電または放電中に過度の熱を発生すると、バッテリー システム全体の温度に影響が出る可能性があります。その結果、効率が低下し、老朽化が促進され、安全上のリスクが生じる可能性があります。
ソリューションの提供
バランスのとれた放電:
並列充電または放電を行う LiFePO4 バッテリー システムは、平衡放電システムの恩恵を受けることができます。この場合、バッテリー管理システム (BMS) を使用して放電プロセスを監視および制御し、各バッテリーが負荷に比例して寄与するようにします。個々のバッテリーの過放電を防止するだけでなく、バッテリー容量の均等な利用を促進します。
温度監視システム:
並列 LiFePO4 バッテリー システムで適切な温度制御を確保するには、温度監視システムが不可欠です。各バッテリーの温度は、これらのシステム上の温度センサーによって継続的に監視されます。バッテリーが安全な温度制限を超えた場合、充放電速度を低下させたり、適切な冷却を提供したりすることが可能です。
バランスのとれた放電および温度監視システム LiFePO4 バッテリーの並列接続に関する潜在的な問題に効果的に対処できます。これらのソリューションは、バッテリー容量を最大化するだけでなく、適切な温度管理を保証し、それによってパフォーマンス、寿命、安全性を最適化します。
3.LiFePO4電池の直列VS並列接続
類似点:
①バッテリー性能の向上：
LiFePO4 バッテリーは直列および並列に接続して全体の性能を向上させることができ、直列接続では電圧出力が向上し、並列接続では容量が向上します。
②幅広い用途：
直列接続や並列接続にはさまざまな用途がありますが、 RV、船舶、太陽光発電住宅など。電気自動車に加えて、オフグリッド電源としても使用できます。
違い:
①電圧出力：
LiFePO4 電池を直列に接続すると、電池パックの電圧出力が増加します。 4 つの 12V バッテリーを直列に接続したバッテリー パックは、バッテリーを直列に接続すると 48V を生成します。対照的に、LiFePO4 バッテリーを並列接続すると、バッテリー パックの全体容量が増加しますが、電圧出力は変わりません。
②容量：
リン酸鉄リチウム電池を並列接続することで、バッテリーパックの総容量を増やすことができます。たとえば、100Ah のバッテリーを 4 個並列接続すると、400Ah の容量が得られます。ただし、リン酸鉄リチウム電池を並列接続すると、電池パックの電圧出力が増加するだけであり、その総容量は増加しません。
③効率性：
各セルまたはバッテリーパックを個別に充電および放電できるため、LiFePO4 バッテリーは通常、直列よりも並列で効率が高くなります。バッテリー パックは、1 つのセルまたはバッテリー パックの故障や損傷の影響を受けません。対照的に、直列バッテリー パック内の 1 つのセルまたはバッテリー パックが故障または損傷した場合、パック全体の性能に影響します。
④費用：
バッテリーパックの適切な動作と安全性を確保するために追加の配線とハードウェアが必要となるため、LiFePO4 バッテリーの並列接続は一般に直列接続よりも高価になります。ただし、アプリケーションによっては、容量と効率の向上により追加コストが正当化される場合があります。
LiFePO4 バッテリーは、用途に応じて直列または並列に接続できます。高電圧出力が必要な場合は、直列接続が最適なオプションです。大容量が必要な場合は、並列接続が最適です。それぞれの長所と短所にもかかわらず、どちらの構成も RV、船舶、太陽光発電住宅などのさまざまな用途で全体的なバッテリー性能を向上させることができます。ニーズに最適な構成を決定するには、構成のコスト、効率、電圧出力も考慮する必要があります。
4. 並列および直列に関する考慮事項
LiFePO4 バッテリーを並列接続するときに最適なパフォーマンスと安全性を確保するには、次の点を考慮してください。
一貫性：
並列接続には、電圧、容量、使用年数など、同じ仕様のセルまたはバッテリー パックが必要です。セルが一致しない場合、充電と放電のバランスが崩れ、バッテリー故障のリスクが高まります。
バランス：
各セルまたはバッテリ パックのバランスを維持し、過充電または不足充電を防止するには、各セルまたはバッテリ パックの充電状態を監視する必要があります。このようにして、バッテリーパックの寿命が長くなり、安全になります。
配線：
バッテリーパックが効率的かつ安全に動作するには、並列接続を正しく配線する必要があります。配線ミスはショートやその他の危険な状態を引き起こす可能性があります。
LiFePO4 バッテリーを直列に接続する場合は、次の点を考慮する必要があります。
一貫性：
直列に接続する場合は、電圧、容量、使用年数など、同じ仕様のセルまたはバッテリー パックを使用することが重要です。不均衡な電圧分布により、セルが一致していない場合、個々のセルまたはバッテリー パックの過充電または過充電が発生する可能性があります。
充電：
直列接続では、1 つのセルまたはバッテリー パックが他のセルまたはバッテリー パックよりも先に充電を完了すると、過充電が発生することがあります。これを回避するには、バッテリー管理システム (BMS) を使用して各セルまたはバッテリー パックの電圧を監視することをお勧めします。
安全性：
直列に接続すると総電圧出力が増加するため、感電する可能性が高くなります。安全上の理由から、バッテリーパックは適切に絶縁され、接地されている必要があります。
また、新しいバッテリーと古いバッテリー (3 ～ 6 か月以内に購入) を一緒に接続することはお勧めできません。内部抵抗が異なる可能性があり、バッテリー パックの全体的な性能に影響を与えるためです。一貫した性能のリチウムイオン電池を使用し、異なるブランド、容量、または種類のリチウムイオン電池を決して混合しないことも重要です。最後に、電圧降下を防ぐためにバッテリーの極性が正しいことを確認してください。
5. 直列接続と並列接続の場合
電気自動車:
効率的な推進のための電圧と容量の要件を満たすために、電気自動車 (EV) は直列接続と並列接続を使用することがよくあります。 LiFePO4 バッテリーは高電圧を実現するために直列に接続され、出力と容量を増やすために並列接続が使用されます。
太陽光発電システム:
直列接続と並列接続は、エネルギーの貯蔵と利用を最適化するために太陽電池システムでよく使用されます。直列接続では、効率的なエネルギー貯蔵のためにより高い電圧レベルが達成されますが、並列接続では、より多くのソーラーパネルエネルギーが貯蔵されます。
使用の理由と結果を調べる
電気自動車:
EV の出力と性能は、より高い電圧を可能にする直列接続によって向上します。その結果、EVの速度が向上し、航続距離が長くなります。ただし、並列接続するとバッテリーパックの容量が増加し、長時間の駆動と連続電力供給が可能になります。並列接続と直列接続を組み合わせることで、EV は最適な電圧、容量、出力を実現し、性能と航続距離のバランスをとります。
太陽エネルギー貯蔵システム:
効率的なエネルギー貯蔵に必要な高電圧を実現するには、太陽エネルギー貯蔵システムを直列接続することが不可欠です。インバーターの互換性を向上させ、エネルギー変換効率を最大化します。対照的に、並列接続するとエネルギー貯蔵システムの総容量が増加し、より多くの太陽エネルギーを貯蔵できるようになります。直列接続と並列接続を利用したシステムは、太陽エネルギーを効率的に貯蔵および供給することができ、送電網への依存を軽減し、自給自足を促進します。
直列接続および並列接続を使用して LiFePO4 バッテリー システムの電圧、容量、出力を最適化すると、性能が向上し、動作時間が長くなり、エネルギー貯蔵が改善されます。その結果、電気自動車はより高速に到達し、より長距離を走行できるようになり、太陽エネルギー貯蔵システムはより多くのエネルギーを貯蔵し、ピーク時に信頼性の高い電力を供給できるようになりました。
結論
LiFePO4 バッテリーを並列および直列接続すると、全体的な性能が向上し、さまざまな用途で一般的に使用されます。最適なパフォーマンスと安全性を確保するには、これらのバッテリーを接続するときにいくつかの予防措置を講じることが重要です。
並列接続には均一性、バランス、正しい配線が必要ですが、直列接続には均一性、充電、安全性が必要です。
また、古い電池と新しい電池を接続せず、性能が安定した電池を使用し、極性に注意することが重要です。これらの注意事項に従えば、LiFePO4 バッテリー パックは効率的かつ安全に動作できます。
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