LiFePO4 시리즈 및 병렬: 종합 가이드
LiFePO4 기능 및 애플리케이션
LiFePO4를 직렬 및 병렬로 연결해야 하는 이유
LiFePO4 배터리는 직렬 및 병렬로 연결되어 다양한 애플리케이션에서 전압과 용량을 달성합니다.
· 직렬 연결 : 여러 개의 배터리를 끝에서 끝까지 연결하여 총 전압을 높입니다.
· 병렬 연결 : 여러 개의 배터리를 나란히 연결하여 용량과 전류 출력을 높였습니다.
LiFePO4 배터리의 직렬 및 병렬 연결을 적절하게 활용함으로써 사용자는 특정 장치의 요구 사항에 맞게 배터리 구성을 맞춤 설정할 수 있습니다.
1.LiFePO4 시리즈 연결
A. LiFePO4 시리즈 작동
• LiFePO4 배터리 셀은 양극으로 끝과 끝이 연결되어 있습니다. 한 셀의 단자가 다른 셀의 음극 단자에 연결됩니다.
• 직렬로 연결하면 용량은 변하지 않고 총 전압은 모든 개별 셀의 합으로 증가합니다.
• 명목상 LiFePO4의 전압 배터리는 일반적으로 3.2V입니다. 예를 들어 3.2V 배터리 4개를 직렬로 연결하면 12.8V 배터리 팩을 얻을 수 있으므로 더 높은 전압이 필요한 애플리케이션에는 직렬 연결이 필수적입니다.
B. 시리즈 연결의 장점
LiFePO4 배터리를 직렬로 연결하면 다음과 같은 여러 가지 장점이 있습니다.
• 더 높은 전압 출력: 직렬로 연결된 여러 셀은 배터리 팩의 전체 전압 출력을 증가시켜 더 높은 전압이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 12V 배터리 4세트를 직렬로 연결하면 총 48V를 제공할 수 있습니다.
• 보다 효율적인 에너지 저장: 직렬 배터리 팩의 셀은 부하를 동일하게 공유하므로 각 셀이 동일한 속도로 충전 및 방전됩니다. 결과적으로 전체 에너지 저장 효율이 높아집니다.
• 직렬 연결은 전기 자동차 및 태양광 발전 시스템과 같이 고전압이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 효율적인 에너지 저장을 가능하게 하는 것 외에도 배터리 팩 내에서 균일한 충전 및 방전을 보장합니다.
C. 단점 직렬 연결
직렬로 연결된 LiFePO4 배터리에도 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.
• 과충전 위험: 직렬 배터리 팩의 서로 다른 배터리 셀은 서로 다른 속도로 방전되어 배터리 팩의 전압 불균형이 발생할 수 있습니다. 일부 배터리 셀이 과충전되면 배터리 팩의 수명이 단축될 수 있습니다.
• 더 낮은 용량: 직렬 배터리는 직렬 팩의 단일 셀과 동일한 용량을 갖습니다. 직렬 연결을 사용하는 배터리 팩은 총 용량이 더 크지 않습니다.
이러한 문제를 방지하려면 직렬 배터리 팩에서 배터리 용량과 사용 기간이 유사해야 합니다. 또한, 과충전을 방지하고 효율성을 보장하려면 배터리 팩을 적절하게 충전하고 전압을 모니터링하는 것이 필수적입니다.
D. 시리즈 고려 사항
직렬 연결 문제
세포 불균형:
직렬 연결에서는 모든 셀이 용량 및 내부 저항을 포함하여 비슷한 특성을 갖도록 하는 것이 중요합니다. 셀 간 불균형이 심할 경우 하나 이상의 셀이 과충전 또는 과방전되어 성능 저하 및 손상 가능성이 발생할 수 있습니다.
충전/방전 제어:
LiFePO4 시리즈 배터리는 충전 및 방전 과정을 신중하게 관리해야 합니다. 셀 간의 충전 또는 방전 속도 차이가 적절하게 제어되지 않으면 배터리 시스템의 전반적인 성능과 수명에 해로울 수 있습니다.
솔루션 제공
균형 충전:
균형 충전 시스템을 구현함으로써 직렬 불균형 셀 문제를 해결할 수 있습니다. 각 셀의 충전 균형을 유지함으로써 셀이 과충전되거나 과방전되는 것을 방지합니다. 균형은 능동 회로나 저항 기반 방법과 같은 수동 방법을 통해 달성할 수 있습니다.
배터리 관리 시스템(BMS):
시리즈 LiFePO4 배터리의 경우, BMS 적극 권장됩니다. 각 셀은 BMS에 의해 모니터링 및 제어되어 충전 및 방전 중에 안전한 범위 내에서 작동하는지 확인합니다. 이를 통해 과충전, 과방전 및 극한의 온도를 방지하여 배터리 수명을 연장하고 성능을 최적화합니다.
균형 충전 및 BMS는 LiFePO4 배터리 시스템의 직렬 연결 문제를 효과적으로 완화할 수 있습니다. 결과적으로 배터리 시스템은 최적의 성능을 발휘하고 수명이 길어지며 안전해집니다.
2.LiFePO4 병렬 연결
A. LiFePO4 병렬 작동
• LiFePO4 배터리 셀은 나란히 연결되어 있으며 모든 양극은 함께 연결되고 모든 음극은 함께 연결됩니다.
• 이 방법에서는 연결된 모든 배터리의 용량을 더하여 배터리의 전체 용량이 증가하며 전압은 변하지 않습니다.
• 예를 들어 100ah 배터리 2개를 병렬로 연결하면 200ah 배터리 팩을 얻을 수 있습니다. 더 많은 에너지 저장이 필요하거나 전압을 높이지 않고 더 긴 방전 시간이 필요한 경우 병렬 연결을 채택해야 합니다.
B. 병렬 연결의 장점
LiFePO4 배터리를 병렬로 연결하면 다음과 같은 몇 가지 이점이 있습니다.
• 용량 증가 : 여러 개의 배터리를 병렬로 연결하면 배터리 팩의 전체 용량이 늘어나 고출력 애플리케이션에 적합합니다. 4개라면 12.8V 100AH 배터리 병렬로 연결하면 전압은 동일하게 유지되지만 용량은 400Ah로 증가합니다.
• 과충전 위험 감소 : 병렬 배터리 팩의 배터리는 독립적으로 충전 및 방전되므로 과충전 위험이 줄어듭니다. 따라서 전체 배터리 팩이 더 안전하고 수명이 길어집니다.
• 애플리케이션 : 배터리 팩의 균일한 충전 및 방전을 통한 효율적인 에너지 저장은 오프 그리드 및 백업 전력 시스템에 매우 적합합니다. 태양광 발전 시스템 .
C. 단점 병렬 연결
직렬로 연결된 LiFePO4 배터리에도 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.
• 과충전 위험: 직렬 배터리 팩의 서로 다른 배터리 셀은 서로 다른 속도로 방전되어 배터리 팩의 전압 불균형이 발생할 수 있습니다. 일부 배터리 셀이 과충전되면 배터리 팩의 수명이 단축될 수 있습니다.
• 에너지 저장 효율이 낮다: 직렬 배터리는 직렬 팩의 단일 셀과 동일한 용량을 갖습니다. 직렬 연결을 사용하는 배터리 팩은 총 용량이 더 크지 않습니다.
이러한 문제를 방지하려면 직렬 배터리 팩에서 배터리 용량과 사용 기간이 유사해야 합니다. 또한, 과충전을 방지하고 효율성을 보장하려면 배터리 팩을 적절하게 충전하고 전압을 모니터링하는 것이 필수적입니다.
D. 병렬 고려 사항
병렬 연결 및 잠재적인 문제
고르지 못한 충전/방전:
병렬로 연결된 LiFePO4 배터리는 충전 또는 방전이 고르지 않을 수 있습니다. 내부 저항과 용량의 차이로 인해 불균형으로 인해 배터리가 다른 배터리보다 더 많이 충전되거나 더 빨리 방전될 수 있습니다. 이로 인해 배터리 성능과 수명이 영향을 받을 수 있습니다.
온도 조절:
병렬 연결에서는 온도 제어가 어려울 수도 있습니다. 병렬 연결된 하나 이상의 배터리가 충전 또는 방전 중에 과도한 열을 발생시키는 경우 배터리 시스템의 전체 온도에 영향을 미칠 수 있습니다. 결과적으로 효율성이 감소하고 노후화가 가속화되며 안전 위험이 발생할 수 있습니다.
솔루션 제공
균형 잡힌 방전:
병렬 충전 또는 방전 기능을 갖춘 LiFePO4 배터리 시스템은 균형 방전 시스템의 이점을 누릴 수 있습니다. 이 경우 배터리 관리 시스템(BMS)을 사용하여 방전 프로세스를 모니터링하고 제어하여 각 배터리가 부하에 비례적으로 기여하도록 합니다. 개별 배터리의 과방전을 방지하는 동시에 배터리 용량의 균등한 활용을 촉진합니다.
온도 모니터링 시스템:
병렬 LiFePO4 배터리 시스템에서 적절한 온도 제어를 보장하려면 온도 모니터링 시스템이 필수적입니다. 각 배터리의 온도는 이러한 시스템의 온도 센서에 의해 지속적으로 모니터링됩니다. 배터리가 안전 온도 한도를 초과하는 경우 충전/방전 속도를 낮추거나 적절한 냉각을 제공할 수 있습니다.
균형 잡힌 방전 및 온도 모니터링 시스템 LiFePO4 배터리의 병렬 연결로 인한 잠재적인 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 배터리 용량을 최대화하는 것 외에도 이러한 솔루션은 적절한 온도 관리를 보장하여 성능, 수명 및 안전을 최적화합니다.
3.LiFePO4 배터리 시리즈 VS 병렬 연결
유사점:
① 배터리 성능 향상:
LiFePO4 배터리는 직렬 및 병렬로 연결하여 전반적인 성능을 향상시킬 수 있으며 직렬 연결은 전압 출력을 향상시키고 병렬 연결은 용량을 향상시킵니다.
② 광범위한 용도:
직렬 및 병렬 연결에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다. RV, 선박 및 태양열 주택을 포함합니다. 전기 자동차 외에도 독립형 전원으로도 사용할 수 있습니다.
차이점:
①전압 출력:
LiFePO4 배터리를 직렬로 연결하면 배터리 팩 전압 출력이 증가합니다. 4개의 12V 배터리가 직렬로 연결된 배터리 팩은 배터리를 직렬로 연결하면 48V를 생성합니다. 이와 대조적으로 LiFePO4 배터리를 병렬 연결하면 배터리 팩의 전체 용량이 증가하지만 전압 출력은 동일하게 유지됩니다.
② 수용인원 :
배터리 팩의 총 용량은 인산철리튬 배터리를 병렬화하여 늘릴 수 있습니다. 예를 들어 4개의 100Ah 배터리를 병렬로 연결하면 400Ah를 생성할 수 있습니다. 그러나 인산철리튬 배터리를 병렬화하면 배터리 팩의 총 용량이 아닌 전압 출력만 증가합니다.
③ 효율성:
각 셀 또는 배터리 팩을 독립적으로 충전 및 방전할 수 있는 능력으로 인해 LiFePO4 배터리는 일반적으로 직렬보다 병렬이 더 효율적입니다. 배터리 팩은 하나의 셀이나 배터리 팩의 고장이나 손상에 영향을 받지 않습니다. 반면, 직렬 배터리 팩 중 하나의 셀이나 배터리 팩이 고장나거나 손상되면 전체 팩의 성능에 영향을 미칩니다.
④ 비용:
배터리 팩의 적절한 작동과 안전을 보장하는 데 필요한 추가 배선 및 하드웨어로 인해 LiFePO4 배터리를 병렬로 연결하는 것은 일반적으로 직렬로 연결하는 것보다 비용이 더 많이 듭니다. 그러나 일부 애플리케이션에서는 용량과 효율성 증가로 인해 추가 비용이 정당화될 수 있습니다.
LiFePO4 배터리는 애플리케이션에 따라 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있습니다. 고전압 출력이 필요할 때마다 직렬 연결이 최선의 선택입니다. 대용량이 필요한 경우 병렬 연결이 가장 좋습니다. 각각의 장점과 단점에도 불구하고 두 구성 모두 RV, 선박, 태양광 주택과 같은 다양한 응용 분야에서 전반적인 배터리 성능을 향상시킬 수 있습니다. 요구 사항에 가장 적합한 구성을 결정하려면 구성의 비용, 효율성 및 전압 출력도 고려해야 합니다.
4. 병렬 및 직렬 고려사항
LiFePO4 배터리를 병렬로 연결할 때 최적의 성능과 안전성을 보장하려면 다음 사항을 고려하십시오.
일관성:
병렬 연결에는 전압, 용량, 수명 등 사양이 동일한 셀 또는 배터리 팩이 필요합니다. 셀이 일치하지 않으면 충전과 방전의 균형이 맞지 않아 배터리 고장 위험이 높아집니다.
균형:
각 셀이나 배터리 팩의 균형을 유지하고 과충전이나 과충전을 방지하려면 각 셀이나 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링해야 합니다. 이렇게 하면 배터리 팩의 수명이 더 길고 안전해집니다.
배선:
배터리 팩이 효율적이고 안전하게 작동하려면 병렬 연결을 올바르게 배선해야 합니다. 배선 오류로 인해 단락 및 기타 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.
LiFePO4 배터리를 직렬로 연결할 때는 다음 사항을 고려해야 합니다.
일관성:
직렬 연결 시에는 전압, 용량, 수명 등 동일한 사양의 셀이나 배터리 팩을 사용하는 것이 중요합니다. 불균형한 전압 분포로 인해 셀이 일치하지 않으면 개별 셀이나 배터리 팩의 과충전 또는 과충전이 발생할 수 있습니다.
충전 중:
한 셀이나 배터리 팩이 다른 셀이나 배터리 팩보다 먼저 충전을 완료하면 직렬 연결에서 과충전이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하려면 배터리 관리 시스템(BMS)을 사용하여 각 셀이나 배터리 팩의 전압을 모니터링하는 것이 좋습니다.
안전:
직렬로 연결하면 총 전압 출력이 증가하므로 감전이 발생할 가능성이 더 높습니다. 안전상의 이유로 배터리 팩은 적절하게 절연 및 접지되어야 합니다.
또한 새 배터리와 기존 배터리(3~6개월 이내에 구입)를 함께 연결하는 것은 내부 저항이 달라 배터리 팩의 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있으므로 함께 연결하지 않는 것이 좋습니다. 일관된 성능을 가진 리튬 이온 배터리를 사용하고 브랜드, 용량 또는 유형이 다른 리튬 이온 배터리를 혼합하지 않는 것도 중요합니다. 마지막으로, 전압 강하를 방지하기 위해 배터리의 극성이 올바른지 확인하십시오.
5. 직렬 및 병렬 연결의 경우
전기 자동차:
효율적인 추진을 위한 전압 및 용량 요구 사항을 충족하기 위해 전기 자동차(EV)는 직렬 및 병렬 연결을 사용하는 경우가 많습니다. LiFePO4 배터리는 직렬로 연결되어 고전압을 달성하고 병렬 연결은 전력 출력과 용량을 늘리는 데 사용됩니다.
태양광 저장 시스템:
직렬 및 병렬 연결은 에너지 저장 및 활용을 최적화하기 위해 태양광 저장 시스템에서 자주 사용됩니다. 직렬 연결에서는 효율적인 에너지 저장을 위해 더 높은 전압 레벨이 달성되는 반면, 병렬 연결에서는 더 많은 태양광 패널 에너지가 저장됩니다.
사용 이유와 결과 탐색
전기 자동차:
전기자동차의 전력 출력과 성능은 직렬 연결을 통해 향상되어 더 높은 전압을 가능하게 합니다. 그 결과 EV의 속도가 빨라지고 주행 거리가 길어졌습니다. 그러나 병렬 연결을 사용하면 배터리 팩의 용량이 늘어나 주행 시간이 길어지고 지속적인 전원 공급이 가능해집니다. 병렬 및 직렬 연결을 결합함으로써 EV는 최적의 전압, 용량 및 전력 출력을 달성하고 성능과 범위의 균형을 유지합니다.
태양 에너지 저장 시스템:
효율적인 에너지 저장에 필요한 더 높은 전압을 달성하려면 태양 에너지 저장 시스템에 직렬 연결을 갖는 것이 필수적입니다. 인버터 호환성을 향상시키고 에너지 변환 효율을 극대화합니다. 대조적으로, 병렬화는 에너지 저장 시스템의 총 용량을 증가시켜 더 많은 태양 에너지를 저장할 수 있게 해줍니다. 직렬 및 병렬 연결을 활용하는 시스템은 태양 에너지를 효율적으로 저장 및 공급하여 그리드 의존성을 줄이고 자급자족을 촉진할 수 있습니다.
직렬 및 병렬 연결을 통해 LiFePO4 배터리 시스템의 전압, 용량 및 전력 출력을 최적화하면 성능이 향상되고 작동 시간이 길어지며 에너지 저장 기능이 향상될 수 있습니다. 그 결과, 전기 자동차는 더 빠른 속도에 도달하고 더 먼 거리를 주행할 수 있게 되었으며, 태양 에너지 저장 시스템은 더 많은 에너지를 저장하고 피크 시간대에 안정적인 전력을 제공할 수 있게 되었습니다.
결론
LiFePO4 배터리의 병렬 및 직렬 연결은 전반적인 성능을 향상시킬 수 있으며 다양한 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 최적의 성능과 안전을 위해 이러한 배터리를 연결할 때 몇 가지 예방 조치를 취하는 것이 중요합니다.
병렬 연결에는 균일성, 균형 및 올바른 배선이 필요하고, 직렬 연결에는 균일성, 충전 및 안전성이 필요합니다.
또한, 오래된 배터리와 새 배터리를 연결하지 않는 것이 중요하며, 성능이 안정적인 배터리를 사용하고 극성에 주의하는 것이 중요합니다. 이러한 예방 조치를 따르면 LiFePO4 배터리 팩이 효율적이고 안전하게 작동할 수 있습니다.
배터리 관련 질문이 있는 경우 언제든지 배터리 전문가에게 문의하세요.