LiFePO4 バッテリー電圧の説明: 12V、24V、36V、および 48V システム

LiFePO4 バッテリー電圧の概要

単一の LiFePO4 セルの定格は通常約公称3.2V。より高電圧のバッテリー パックを作成するには、複数のセルを直列に接続して、それらの電圧を加算します。

たとえば、4 つの 3.2V セルを直列に接続すると、次の公称パック電圧が生成されます。

3.2V × 4 = 12.8V

「12V LiFePO4 バッテリー」として販売されているバッテリーが、一般に正確に 12.0V ではなく、公称 12.8V であるのはこのためです。

LiFePO4 バッテリーの電圧チャート

パック内のすべてのセルにわたる電圧の一貫性は、長寿命と安全性にとって重要です。セル電圧のわずかな差であっても、充放電サイクルが進むと増幅され、不均衡が生じて使用可能な容量が減少し、パックの寿命が短くなります。- Greatech では、パックの寿命を最大限に延ばすために、社内のセル試験ラボでグレード A のセルを組み立て前に選別し、±15mV 以内に調整します。{3}}

LiFePO4 電気化学のより詳細な技術的詳細については、この独立したガイドを参照してください。LiFePO4 バッテリーの電圧特性バッテリー大学出身。

LiFePO4 バッテリーの電圧は何を意味しますか?

すべての LiFePO4 システムの中核となるのは、公称 3.2V の個別セルです。この電圧はリン酸鉄リチウム正極の電気化学ポテンシャルから直接得られ、バッテリー全体の動作特性を定義します。

単一の LiFePO4 セルは特徴的に平坦な放電プラトーを持ち、その容量のほとんどにわたってほぼ一定の電圧を維持します。-。これは、公称電圧が 3.7V と高いものの、放電時の電圧降下が急峻であるリチウム ニッケル マンガン コバルト (NMC) 電池とは大きく異なります。

主要な電圧用語

優れた技術仕様では、単に「バッテリー電圧」に言及するのではなく、これらの値を区別する必要があります。

直列セルが LiFePO4 パックの電圧を決定する方法

バッテリーシステムは、個々のセルを直列に接続することで総電圧を増加させます。直列構成では、1 つのセルの正端子が次のセルの負端子に接続されます。これにより、総容量 (Ah) を単一セルと同じに保ちながら、各セルの電圧が合計されます。

基本的な式は次のとおりです。

パック電圧=セル電圧 × 直列セルの数

3.2V × 4 セル=12.8 公称 V

セルあたり 3.65V-上限充電基準:{2}}:

3.65V×4セル= 14.6V

共通シリーズ構成

直列接続すると電圧が高くなります。

並列接続により、公称電圧はほぼ同じままで、容量と電流能力が増加します。

例えば：

4セル直列 → 約12.8V

8セル直列 → 約25.6V

16セル直列 → 約51.2V

たとえば、同一のセルが使用されている場合:

4S1P=直列の 4 つのセル、1 つの並列ストリング

4S2P=各並列グループに 2 つのセルを含む 4 つの直列グループ

16S4P=16 直列グループ、並列グループあたり 4 セル

個々のセルの容量が 100Ah の場合、16S1P バッテリーは約 51.2V 100Ah になります。同じセルを使用する 16S2P システムは、約 51.2V 200Ah になります。

Greatech の製造施設には、自動化されたセル選別、溶接、PACK 組み立て、BMS テスト、充放電テスト、エージング装置が含まれており、これらはすべて制御されたバッテリー パックの生産に関連していると説明されています。-同社の電池製造設備とパックの製造能力を確認できます。

12V、24V、36V、48V LiFePO4 システムの比較

バッテリーシステムは、個々のセルを直列に接続することで総電圧を増加させます。直列構成では、1 つのセルの正端子が次のセルの負端子に接続されます。これにより、総容量 (Ah) を単一セルと同じに保ちながら、各セルの電圧が合計されます。

この直列セルの原理により、すべての標準 LiFePO4 システム電圧が構築されます。各セルの公称電圧は 3.2V であるため、システムの合計電圧は単純に 3.2V に直列セルの数を掛けたものとなります。

12V LiFePO4 システム

一般的な 12V- クラスの LFP パックは、4 つのセルを直列に使用します。

共通の12V LFP電圧値は次のとおりです。

構成: 4S

公称電圧：約12.8V

4 セル直列 (4S)=12.8 公称 V

12V- クラスのバッテリーは次の用途でよく使用されます。

RV 電気システム、

海洋補助電源,

ポータブル電源システム,

バックアップ機器、

小型太陽光発電システム、

鉛酸-交換プロジェクト。

24V LiFePO4 システム

共通の24V LiFePO4 パック8S構成を使用します。

一般的な参考値は次のとおりです。

構成: 8S

公称電圧：約25.6V

8 セル直列 (8S)=25.6 公称 V

一般的な最大充電基準: 約 29.2V

36V LiFePO4 システム

一般的な 36V- クラスの LiFePO4 アーキテクチャは 12S です。

一般的な値は次のとおりです。

構成: 12S

公称電圧：約38.4V

12 セル直列 (12S)=38.4 公称 V

一般的な上限充電基準: 約 43.8V

48V LiFePO4 システム

多くの 48V- クラスの LiFePO4 バッテリーは 16 個のセルを直列に使用します。

典型的な48V LFP電圧値は次のとおりです。

構成: 16S

公称電圧：約51.2V

16 セル直列 (16S)=51.2 公称 V

一般的な上限充電基準: 約 58.4V

グレーテック社が出版したエネルギー貯蔵-製品情報には、商業規模のアプリケーション向けに高い直列電圧を備えた LiFePO4- ベースのシステムが含まれており、同じ直列セル原理が 12V ～ 48V パックを超えてどのように継続されるかを示しています。-

電圧システムの比較

LiFePO4 の充電電圧、休止電圧、および低電圧制限-

このため、役立つものはすべて、LiFePO4 バッテリーの電圧チャート説明のつかない数値を 1 つ提供するのではなく、動作状態を特定する必要があります。

充電電圧

充電中、充電器が電流を供給すると、パックの電圧が上昇します。

BMS は個々のセルの電圧を監視し、セルがプログラムされた高電圧しきい値に達すると充電を中断します。- BMS の設計によっては、充電サイクルの上部近くでセルのバランスが発生する場合もあります。

たとえば、4S パックは、8S または 16S パック用の設定を使用して充電しないでください。

静止電圧

充電または放電が停止した後、セルが休止状態に向けてリラックスするにつれて、バッテリー電圧が変化する可能性があります。

負荷時の電圧

バッテリーは正常な静止電圧を示しても、大電流を供給すると大幅に低下する場合があります。

BMS は、1 つ以上のセルの電圧が設定された保護しきい値を下回ると、バッテリーをシャットダウンすることがあります。

一般的なカットオフ番号をむやみに使用しないでください-

セルとバッテリーパックが異なれば、異なる制限を使用できます。

LiFePO4 バッテリーの電圧と鉛-酸バッテリーの電圧

一般的な LiFePO4 セルの公称電圧は約 3.2 V です。

4 つのセルを直列に接続すると、以下が生成されます。

4 × 3.2V = 12.8V

従来の 12V 鉛蓄電池は、6 個の約 2V 電気化学セルから構成されています。-。

したがって、どちらも異なる電圧曲線と充電要件を持ちながら、「12V-クラス」システムとして説明できます。

放電動作が異なる

LiFePO4 の化学的性質は一般に、その使用可能な容量の大部分にわたって比較的平坦な電圧プロファイルを維持します。

これは、電圧のみから容量を推定する機器は、バッテリーの化学的性質を切り替えた後に異なる動作をする可能性があることを意味します。

12V、24V、36V、48V LiFePO4 システムの選択方法

自動的に最適となる単一の電圧はありません。

正しいシステム電圧は、電気負荷、機器のアーキテクチャ、電流要件、設置上の制約によって異なります。

1. 機器の電圧から始める

バッテリーは、機器が許容する電圧範囲と互換性がある必要があります。

チェック：

モーターコントローラーの制限、

インバータ入力範囲、

DC/DCコンバータ入力、

充電器の仕様、

BMS アーキテクチャ、

補助電子機器。

電力を供給する機器とは別にバッテリー電圧を選択しないでください。

2. 電力と電流を計算する

基本的な電気関係は次のとおりです。

電力=電圧 × 電流

再配置:

電流=電力 ÷ 電圧

単純化された 2,400W 負荷を考えてみましょう。

12Vの場合:

2,400W ÷ 12V ≈ 200A

48V の場合:

2,400W ÷ 48V ≈ 50A

3. ピーク電流の確認

バッテリーは以下をサポートする必要があります。

連続放電電流、

ピーク放電電流、

ピーク持続時間、

温度条件、

電圧低下の制限。

4. 実行時間を考慮する

バッテリーのエネルギーは以下を使用して推定できます。

エネルギー (Wh)=公称電圧 × 容量 (Ah)

例えば：

25.6V × 100Ah=2、560Wh

2 つのバッテリー システムは、同じ量のエネルギーを蓄えながら、異なる電圧と Ah 定格を持つことができます。

5. BMS を一致させる

BMS は、正しい数の直列セルをサポートする必要があります。

8S BMS は、両方とも LiFePO4 化学で使用されるという理由だけで、16S BMS と互換性はありません。

LiFePO4 バッテリーの電圧を測定およびトラブルシューティングする方法

電圧測定はバッテリー システムの診断に役立ちますが、測定は安全に行われ、状況に応じて解釈される必要があります。

ステップ 1: 適切なマルチメーターを使用する

適切な定格のデジタル マルチメーターを使用し、正しい DC 電圧範囲を選択してください。

機器、プローブ、およびテスト方法が、関係するバッテリー電圧に適切であることを確認してください。

ステップ 2: パック電圧を測定する

パックの指定された正および負の出力端子間を測定します。

結果を次と比較します。

予想されるシステム電圧、

充電状態、

BMSステータス、

充電器の状態。

ステップ 3: 静止時電圧と負荷時電圧を比較する

有用な診断プロセスは、以下を比較することです。

重大な負荷がない状態での電圧、

機器の動作中の電圧。

負荷時の大きな低下は、過剰な電流需要、接続不良、SOC の低下、または内部抵抗の増加を示している可能性があります。

ステップ 4: 適切な場合はセル-レベルの電圧を確認する

資格のある技術者向けに設計された保守可能なシステムでは、個人直列セルまたはシリーズグループを比較できます。

あるシリーズ グループと他のシリーズ グループ間の大きな違いは、不均衡またはさらなる調査が必要な別の状態を示している可能性があります。

トレーニングを受けており、製品がサービス アクセス用に設計されている場合を除き、密封された高エネルギー バッテリー パックを開いたり、プローブしたりしないでください。{0}

よくある症状

適切な充電とバランス調整を行った後でも異常なセルの差が残る場合は、製造元のサービス ガイダンスに従って動作の継続を評価する必要があります。

技術的なお問い合わせについては、Greatech のバッテリー技術サポートおよびお問い合わせページをご利用ください。

LiFePO4 バッテリーの電圧に関するよくある質問

1 つの LiFePO4 セルの公称電圧はいくらですか?

LiFePO4 セルの定格は通常約公称3.2V。実際の電圧は、充電中、休止中、放電中に変化します。

完全に充電された 12V LiFePO4 バッテリーの電圧はいくらですか?

セル-レベルの充電制限として 3.65V を使用する一般的な 4S パックの場合、充電電圧の上限はおよそ14.6V.

正確な充電仕様は常にバッテリーのメーカーから提供される必要があります。

12V LiFePO4 バッテリーの定格が 12.8V なのはなぜですか?

一般的な 12V- クラスの LiFePO4 バッテリーは、4 つの 3.2V セルを直列に使用します。

4 × 3.2V = 12.8V

したがって、「12V」は正確な公称電圧ではなく、システム クラスの説明です-。

24V バッテリーには何個の LiFePO4 セルが必要ですか?

一般的な 24V- クラスの LFP バッテリーは8セル直列、結果はおよそ次のようになります:

8 × 3.2V=25.6V 公称値

48V LiFePO4 バッテリーでは通常何セルが使用されますか?

一般的な構成は次のとおりです16S、または直列の 16 個のセル。

公称 3.2V セルを使用する場合:

16 × 3.2V=51.2V 公称値

48V バッテリーの定格が 51.2V であることが多いのはなぜですか?

「48V」は一般的にシステムクラスを指すためです。

16S LiFePO4 構成は公称約 51.2V を生成しますが、機器はバッテリーの実際の動作範囲を中心に設計されています。

LiFePO4 バッテリーに鉛酸充電器を使用できますか?{0}

充電器プロファイルが LiFePO4 バッテリー メーカーの要件と明示的に互換性がある場合のみ。

公称電圧のみから互換性を想定しないでください。

電圧は充電状態を正確に示すことができますか?

あくまでおおよそです。

LiFePO4 バッテリーは、その容量範囲のほとんどにわたって比較的平坦な放電電圧プロファイルを備えているため、適切に構成された BMS またはクーロン計数システムを使用すると、電圧だけよりも有用な SOC 推定値を得ることができます。{{1}

1 つのセル グループの電圧が異なる場合はどうなりますか?

意味のある違いは、不均衡、一貫性のない容量、接続の問題、または別のバッテリー状態を示している可能性があります。

BMS は、1 つのセルが他のセルよりも先に保護しきい値に達した場合、充電または放電を制限することがあります。

12V、24V、または48Vを選択する必要がありますか?

機器の動作範囲、電力、電流、ケーブル設計、充電器、BMS、設置要件に基づいて選択してください。

電圧を高くすると、特定の電力需要に対して電流を削減できますが、それがすべてのプロジェクトにとって自動的に正しい選択になるわけではありません。

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適切なバッテリーを選択するには、電圧ラベルを選択するだけでは不十分です。

OEM または産業プロジェクトの場合、通常、完全な仕様には以下が含まれます。

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最終的なポイント

最も重要な概念は単純です。LiFePO4 システムの電圧は主に直列に接続されたセルの数によって決まります。

一般的な 3.2V 公称セルはおよそ次の電圧を生成します。

4S = 12.8V

8S = 25.6V

12S = 38.4V

16S = 51.2V

ただし、公称電圧はバッテリー選択の一部にすぎません。充電電圧、放電制限、BMS 設定、電流能力、機器の互換性、温度、およびアプリケーション要件をすべて合わせて考慮する必要があります。

バイヤー、エンジニア、システム インテグレーターにとって、最も安全なアプローチは、電圧チャートを方向性ツールとして使用し、実際のセル、パック、充電器、および機器の仕様を最終的なエンジニアリング上の決定に使用することです。

参考文献と安全リソース

プロジェクト固有のコンプライアンス要件の場合、適用される規格は対象となる市場と用途によって異なります。{0} UL ソリューションは次のような規格を特定します。UL1973, IEC 62619など、定置用、産業用、輸送用のユースケースにわたるその他のバッテリー固有の規格-。

輸送用のリチウム電池についても、国連のテストと基準マニュアル、セクション 38.3.

技術的な免責事項:この記事は一般的な教育情報を提供するものであり、バッテリー メーカーのデータシート、BMS 仕様、充電器マニュアル、電気工学レビュー、または該当する安全性および認証要件に代わるものではありません。