リチウムイオンUPSバッテリーは直列に接続できますか？

リチウムイオンUPSバッテリーは直列に接続できますか？

リチウムイオンUPSバッテリーのサプライヤーとして、私はこれらのバッテリーを直列に接続する可能性に関する顧客からの問い合わせをしばしば受け取ります。このトピックは、リチウムイオンUPSバッテリーの機能を理解するために重要であるだけでなく、さまざまなアプリケーションでの使用を最適化するためにも重要です。このブログ投稿では、リチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続し、利点、課題、安全性の考慮事項を調査する技術的側面を掘り下げます。

リチウムイオンUPSバッテリーの理解

リチウムイオンUPSバッテリーは、エネルギー密度、ロングサイクル寿命、自己放電率が低いため、途切れやすい電源（UPS）システムで広く使用されています。これらのバッテリーは、基本的なビルディングブロックである複数のリチウム - イオン細胞で構成されています。各セルには公称電圧があり、通常は一般的なリチウム化学の場合は約3.6〜3.7ボルトです。

UPSシステムは、主電源が失敗したときに緊急電源を提供するように設計されています。リチウムイオンUPSバッテリーは、従来の鉛 - 多くの最新のアプリケーションでは、より軽く、効率的で、メンテナンスが少ないため、多くの最新の用途で酸性バッテリーよりも好まれます。

シリーズのバッテリーを接続する：基本

バッテリーを直列に接続することについて話すとき、本質的に1つのバッテリーの正の端子を別のバッテリーのネガティブ端子に接続しています。この接続の主な効果は、個々のバッテリーの電圧が加算され、容量（AMP -Hours、AHで測定）が同じままであることです。

たとえば、2つのリチウムイオンUPSバッテリーがあり、それぞれが12ボルトの公称電圧と10 AHの容量がある場合、直列に接続すると、合計電圧は24ボルト、容量は10 AHになります。これは、次の方程式で表されます。

$ v_ {total} = v_1+v_2+\ cdots+v_n $

$ c_ {total} = c_1 = c_2 = \ cdots = c_n $

ここで、$ v $は電圧を表し、$ c $は容量を表し、添え字は個々のバッテリーを示します。

リチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続する利点

リチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続する主な利点の1つは、出力電圧を増加させる能力です。多くのUPSアプリケーションでは、特定の機器に電力を供給するには、より高い電圧が必要です。たとえば、一部の産業用UPSシステムには、効果的に動作するために48電圧またはさらに高い電圧供給が必要です。複数のリチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続することにより、単一の高電圧バッテリーに依存することなく、目的の電圧レベルを簡単に達成できます。

もう1つの利点は、システム設計で提供する柔軟性です。アプリケーションが異なると、電圧要件が異なる場合があります。バッテリーを直列に接続するオプションを使用すると、顧客の特定のニーズを満たすためにUPSシステムをカスタマイズできます。小さなホームアップであろうと大規模な産業用アップであろうと、シリーズ接続により、より適応性のあるパワーソリューションが可能になります。

課題と考慮事項

ただし、リチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続することには、その課題がないわけではありません。最も重要な問題の1つは、細胞の不均衡の問題です。シリーズ - 接続されたバッテリーパックでは、各セルは同じ充電状態（SOC）と容量を理想的に持つ必要があります。個々の細胞のSOCまたは容量に有意な違いがある場合、一部の細胞の過充電または過小充電につながる可能性があります。

リチウム - イオン細胞を過充電すると、それが過熱し、ガスが放出され、極端な場合には熱的な暴走が発生する可能性があります。これは危険な状況です。一方、アンダーチャージは、バッテリーパックの全体的なパフォーマンスと寿命を減らすことができます。

細胞の不均衡の問題を軽減するには、バッテリー管理システム（BMS）が不可欠です。 BMSは、バッテリーパック内の各セルの電圧、温度、およびSOCを監視します。完全に帯電した細胞から荷電細胞に過剰な電荷を迂回させることにより、細胞間の電荷のバランスをとることができます。これにより、シリーズのすべてのセルが接続されたバッテリーパックが安全で最適な範囲内で動作することが保証されます。

別の考慮事項は、バッテリーの互換性です。リチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続する場合、同じタイプ、容量、年齢のバッテリーを使用することが重要です。さまざまなバッテリーを混合すると、不均一な充電と放電につながる可能性があり、バッテリーに損傷を与え、寿命を軽減する可能性があります。

安全上の考慮事項

特に直列に接続されている場合、リチウムイオンUPSバッテリーを扱う場合、安全性は最も重要です。リチウム - イオン電池は、過充電、過剰発電、高温に敏感です。

前述のように、BMSは重要な安全機能です。セルのバランスをとるのに役立つだけでなく、バ​​ッテリーパックが過充電や排出から保護します。さらに、充電と放電中に発生した熱を消散するには、適切な換気が必要です。

シリーズの接続リチウムイオンUPSバッテリーシステムをインストールする場合、関連するすべての安全基準とガイドラインに従うことが不可欠です。これには、適切な配線、ヒューズ、および回路ブレーカーを使用して、短い回路とオーバー電流を防ぐことが含まれます。

アプリケーションとユースケース

シリーズ - 接続されたリチウムイオンUPSバッテリーは、幅広い用途で使用されます。住宅部門では、それらを使用できますホームエネルギー貯蔵バッテリーシステム。これらのシステムは、日中にソーラーパネルによって生成された過剰なエネルギーを保存し、夜間または停電中に家に電力を供給します。複数のリチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続することにより、住宅所有者は、特定のエネルギーニーズを満たすためにエネルギー貯蔵システムの電圧と容量を増やすことができます。

自動車業界では、発電機カーリチウムバッテリー直列に接続することもできます。これは、多くの場合、バッテリーパックの電圧を上げて電気モーターをより効率的に電力するために行われます。より高い電圧は、同じ量の電力を供給するために必要な電流が少ないことを意味し、配線のエネルギー損失を減らし、車両の全体的な効率を改善できます。

商用および産業用設定では、シリーズに接続されたリチウムイオンUPSバッテリーは、大規模なスケールアップシステムで使用され、サーバー、データセンター、製造機械などの重要な機器にバックアップ電力を提供します。壁に取り付けられたリチウムバッテリーシリーズで簡単に接続し、壁に取り付けることができ、貴重な床面積を節約できます。

結論

結論として、リチウムイオンUPSバッテリーを直列に接続することは確かに可能であり、出力電圧の増加やシステム設計の柔軟性を提供するなど、多くの利点があります。ただし、細胞の不均衡や適切な安全対策など、シリーズ接続に関連する課題と安全性の考慮事項に対処することが重要です。

アプリケーションでリチウムイオンUPSバッテリーを使用することに興味があり、シリーズでそれらを接続する必要がある場合、当社は高品質のバッテリーと専門的なアドバイスを提供できます。さまざまなアプリケーションに適したリチウムイオンUPSバッテリーが幅広くあり、当社の技術チームは安全で効率的なバッテリーシステムを設計するのに役立ちます。あなたが家のエネルギー貯蔵ソリューションを探している住宅所有者であろうと、大規模なスケールアップシステムを必要とする産業顧客であろうと、私たちはあなたを支援するためにここにいます。詳細についてはお気軽にお問い合わせください。特定の要件については、お気軽にお問い合わせください。

参照

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2. Marschewski、R。、＆Nowak、E。（2018）。リチウム - イオン電池：基本、進歩、課題。スプリンガー。
3. ピストア、G。（編）。 （2010）。リチウム - イオン電池：進歩とアプリケーション。エルゼビア。