リチウム電池の直列接続と並列接続の手順
導入：
リチウム電池の直列接続と並列接続は非常に一般的ですが、注意すべき点が数多くあります。そうでないと、安全上の危険が生じやすくなります。この関連知識をあらゆるレベルから体系的に整理してみましょう。
どのような状況で直列接続または並列接続が必要になりますか?
例えば、より多くの電力が必要な場合は並列に接続し、より高い電圧が必要な場合は直列に接続します。直列と並列の両方に接続することで、電圧を上げながらシステム全体の容量を増やすことができます。
バッテリーを接続する方法は何通りありますか？
標準的な接続方法には、直列、並列、直並列があります。
直列回路とは何ですか?
下の図に示すように、この概念は道路と関連付けて理解できます。回路全体に1つの経路しかなく、電子の移動に他に選択肢がない場合、その回路は直列回路です。直列回路は、他の部分が並列接続され、ごく一部の部分だけが直列接続されているため、回路全体のごく一部に過ぎない場合もあることに注意してください。これは、誰もが注意を払うべき小さな詳細です。
直列回路の特徴は何ですか?
直列回路内の電流はすべて同じです。
直列回路の合計電圧は、すべての抵抗器の両端の電圧の合計です。
バッテリーを直列で使用する場合、バッテリーの 1 つが消耗して BMS が回路をシャットダウンすると、回路全体が使用できなくなります。
直列回路の全抵抗はすべての部分抵抗の合計に等しくなります。
異なる電圧のリチウム電池を直列に接続できますか？
このような状況は許容できません。各リチウム電池にはBMSが内蔵されており、BMSにはMOSチューブが内蔵されています。BMS内のMOSチューブは電圧によって最大耐電圧が異なるため、電圧の異なるリチウム電池を直列に接続すると、耐電圧値の低いMOSチューブが先に損傷し、BMSが直接焼損し、正常に動作しなくなる可能性があります。
どのような状況でリチウム電池を直列に接続できますか?
リチウム電池の種類が同じ場合、たとえば、すべて 3.2V リン酸鉄リチウム電池である場合、すべて 3.7V リチウムイオン電池である場合、またはすべてポリマー電池である場合などです。
電圧が同じ場合、例えば12Vと12V、24Vと24V、48Vと48Vが直列に接続されます。
容量が同じ場合、たとえばすべて 100Ah を直列にしたり、すべて 200Ah を直列にしたりします。
新旧が同じ場合とは、例えば、すべて新しい電池である場合や、すべて同じバッチで使用された古い電池である場合などです。
最も重要でありながら見落としがちな点は、同じバッテリーを使用していても、型番、電圧、容量が同じであっても、直接直列接続できないことです。直列接続時はSOCが一定であることを確認してください。例えば、両方のバッテリーの残量が95%、または両方のバッテリーの残量が80%になるようにしてください。残量差は2%を超えないようにしてください。これにより、直列接続時のバッテリーパックのバランスを最大化できます。
どのような状況でバッテリーを直列に使用する必要があるのでしょうか?
12V 100Ah LiFePo4バッテリーパックを4個購入したが、自宅のインバーターは48Vだとします。48Vバッテリーパックをもう1個購入する必要がありますか？ 必要ありません。12V 100Ahバッテリーパックを4個直列に接続して48V 100Ahにすれば、48Vインバーターで使用できます。同様に、より高い電圧プラットフォームが必要な場合は、24V、36V、48V、60V、72V、84Vなど、直列接続を続けることができますが、事前にメーカーに確認する必要があります。直列接続の可否は、BMS内部で決定されます。MOSチューブの最大耐電圧値によって決定され、各ブランドのデータが異なります。
直列回路での充電
バッテリーパックを直列に接続すると、充電器を使って各バッテリーパックを個別に充電することなく、全体を充電できます。これは時間とエネルギーを節約する簡単で迅速な方法であり、コスト削減のために多数の充電器を購入する必要もありません。
しかし、直列回路には限界があります。つまり、回路内のいずれかのバッテリーが満充電後に自動的に切断されると、他のバッテリーは充電を継続できなくなります。これは、既に満充電されたバッテリーを充電し続けると過充電の危険にさらされることを考えると、容易に理解できます。
直列回路ではなぜ 1 つのバッテリーが常に最初に完全に充電されるのでしょうか?
もしかしたら、まとめてフル充電できたら最高じゃないですか、と戸惑うかもしれません。理論上は確かにそうなのですが、実際には、充電速度は各リチウム電池の容量、セルの状態、内部パックの劣化状態によって異なります。電池はそれぞれ異なるため、パラメータを同一にすることしかできません。ただし、完全な一貫性は保証できません。新しい電池はほぼ同じ容量かもしれませんが、電池を使用するにつれて、電池の劣化曲線は異なります。特に、電池を長年使用した後、一部の電池の容量が突然急速に低下することがあります。これが起こると、容量は小さくなります。バッテリーは充電しやすくなり、完全に充電されると、残りの電池は完全に充電されていなくても充電を続けることができなくなります。
バッテリーが完全に充電されると、なぜ自動的に切断されるのでしょうか? 誰がそれを制御しているのですか?
BMSはバッテリー内部でこれを制御します。BMSには多数の取得ラインがあり、これらのラインは各セルの電圧を検出できます。これらの電圧データを分析することで、BMSはセルが満充電かどうかを判断します。BMSが電圧が設定値に達したことを検出すると、回路がオフになり、充電の継続による過充電を回避します。
並列回路とは何ですか？
下の図に示すように、電子が移動する際に複数の経路から選択できる場合、その回路は並列回路です。並列回路は、他の部分が直列に接続されている場合でも、並列に接続されている部分はごくわずかであるため、回路全体のごく一部に過ぎない場合もあることに注意してください。これは、誰もが注意を払うべき小さな詳細です。
並列回路の特徴は何ですか?
並列回路の合計電流は、すべての分岐の電流の合計に等しくなります。
並列回路の合計電圧は同じである
バッテリーを並列で使用する場合、1 つのバッテリーのエネルギーがなくなり、BMS が回路をシャットダウンしても、他のバッテリーには影響がなく、充電プロセスも他のバッテリーに影響を与えません。
並列回路の全抵抗の逆数は、すべての分岐の部分抵抗の逆数の合計に等しくなります。
異なる電圧のリチウム電池を並列に接続できますか？
これも不可能です。直列接続の理由とは異なります。電圧の異なるバッテリーを並列に接続すると、高電圧バッテリーが低電圧バッテリーを自然充電する可能性があります。低電圧バッテリーは深刻な熱を発生するだけでなく、エネルギーも無駄にしてしまうからです。
さらに、電圧の異なるバッテリーは放電曲線が異なり、性能も異なるだけでなく、エネルギー密度も異なるため、電圧差がさらに大きくなります。同時に、この状態でバッテリーを充電すると、電圧差が大きすぎると低電圧バッテリーに直接損傷を与える可能性があります。深刻な場合には、大量の発熱や爆発を引き起こす可能性があります。
どのような状況でリチウム電池を並列に接続できますか?
リチウム電池の種類が同じ場合、たとえば、すべて 3.2V リン酸鉄リチウム電池である場合、すべて 3.7V リチウムイオン電池である場合、またはすべてポリマー電池である場合などです。
電圧が同じ場合、例えば12Vと12V、24Vと24V、48Vと48Vが直列に接続されます。
容量が同じ場合、たとえばすべて 100Ah を直列にしたり、すべて 200Ah を直列にしたりします。
新旧が同じ場合とは、例えば、すべて新しい電池である場合や、すべて同じバッチで使用された古い電池である場合などです。
並列接続時のSOCは同じです。例えば、両方のバッテリーの残量が95%、または両方のバッテリーの残量が80%の場合、電力差は2%を超えないようにしてください。これにより、並列接続時のバッテリーパックのバランスを最大化できます。
どのような状況でバッテリーを並列に使用する必要があるでしょうか?
48V 100Ahのリチウムイオンバッテリーを2セット購入したとします。これらを直接並列接続することで、48V 200Ahにすることができます。こうすることで電力が増え、より長く使用できるようになります。
バッテリーを直列と並列で使用する必要があるのはどのような場合ですか?
同じブランド、モデル、ロットの12V 50Ahバッテリーパックを16個持っているとします。このとき、電圧を上げたいと考えています。例えば、12Vではなく48Vを使用し、バッテリー容量も可能な限り大きくしたいとします。
次に、4 つのバッテリーを直列に接続して 48V 50Ah を形成し、さらにこれらの 4 つの 48V 50Ah バッテリーを並列に接続して 48V 200Ah を得ることができます。
並列接続して12V 200Ahのバッテリーを作り、さらにこの12V 200Ahを4つ直列接続すれば、48V 200Ahにもなるのでしょうか？
確かにその通りですが、いくつか違いもあります。
最初に並列接続し、次に直列接続する利点:
前述の通り、並列回路では、バッテリーの1つが損傷しても容量の低下のみに留まり、システム全体の動作には影響しません。したがって、この方法により、単一のバッテリーパックがシステム全体に与える影響を最小限に抑えることができます。なお、並列回路には通常、ブレーカーを追加して、単一の並列回路に過大な電流が流れないようにする必要があります。
最初に並列に接続し、次に直列に接続する場合の欠点は何ですか?
直列に接続してから並列に接続すると、システムの正常な動作を最大限に保証できますが、この方法では単一の回路に過剰な電流が流れやすく、バッテリーのバランスの問題が頻繁に発生し、後でバランスの問題に対処するために多くの時間を費やすことになります。
最初に直列に接続し、次に並列に接続する利点は何ですか?
ただし、この方法ではすべてのバッテリーが正常に動作している必要があります。なぜなら、いずれかのバッテリーが満充電または放電によりシャットダウンすると、システム全体が動作しなくなるからです。この方法は、すべてのバッテリーを同時に充電および放電できるため、システム全体の一貫性を保つ上で非常に優れており、後々のトラブルシューティングも容易になります。
直列回路と並列回路に関する電気知識
| 寸法 | 直列回路 | 並列回路 |
| 現在 | 総電流Iはすべてのコンポーネントにわたって同じです。つまり、I=I1=私2=私3=…=私n | 総電流Iは分岐電流の合計です。つまり、I=I1+私2+私3+…+私n |
| 電圧 | 総電圧Vは各成分の電圧の合計です。つまり、V=V1+V2+V3+…+Vn | 合計電圧Vはすべての分岐で同じです。つまり、V=V1=V2=V3=…=Vn |
| 抵抗 | 総抵抗Rは部品抵抗の合計です。つまり、R=R1+R2+R3+…+Rn | 総抵抗Rの逆数は、分岐抵抗の逆数の合計、すなわち1/R=1/R1+1/R2+1/R3+…+1/ルン |
| 発熱 | 総発熱量Qは、総電流I、総抵抗R、および時間tと関係があり、Q=Iとなる。2右 | 総発熱量Qは、総電流I、総抵抗R、および時間tと関係があり、Q=Iとなる。2右 |
| 等価抵抗 | 抵抗が大きいと電流の流れが制限され、Rで表される回路全体の性能に影響を及ぼします。 | 抵抗が小さいほど電流の流れが制限され、Rで表される回路全体の性能に影響します。 |
| コンポーネント障害の影響 | 1つの部品の故障により回路全体が混乱し、電流の流れが止まる | 1つの部品に障害が発生しても回路全体に影響はなく、電流は流れ続ける。 |
| 総電流 | 同じ合計電流Iがすべてのコンポーネントに流れる | 総電流は異なる枝に分割され、各枝には独自の電流があります。つまり、I = I1 = I2 = I3 =… = In |
| 合計電圧 | 総電圧Vはコンポーネント間で分割され、各コンポーネントは同じ電圧を持ちます。つまり、V = V1=V2=V3=…=Vn | 合計電圧はすべての分岐で同じです。つまり、V = V1=V2=V3=…=Vn |
| 総電力損失 | 総電力損失Pは、総電流I、総抵抗R、および時間tに関連しており、すなわちP=Iである。2右 | 総電力損失Pは、総電流I、総抵抗R、および時間tに関連しており、すなわちP=Iである。2右 |
導入：
リチウム電池の直列接続と並列接続は非常に一般的ですが、注意すべき点が数多くあります。そうでないと、安全上の危険が生じやすくなります。この関連知識をあらゆるレベルから体系的に整理してみましょう。
どのような状況で直列接続または並列接続が必要になりますか?
例えば、より多くの電力が必要な場合は並列に接続し、より高い電圧が必要な場合は直列に接続します。直列と並列の両方に接続することで、電圧を上げながらシステム全体の容量を増やすことができます。
バッテリーを接続する方法は何通りありますか？
標準的な接続方法には、直列、並列、直並列があります。
直列回路とは何ですか?
下の図に示すように、この概念は道路と関連付けて理解できます。回路全体に1つの経路しかなく、電子の移動に他に選択肢がない場合、その回路は直列回路です。直列回路は、他の部分が並列接続され、ごく一部の部分だけが直列接続されているため、回路全体のごく一部に過ぎない場合もあることに注意してください。これは、誰もが注意を払うべき小さな詳細です。
直列回路の特徴は何ですか?
直列回路内の電流はすべて同じです。
直列回路の合計電圧は、すべての抵抗器の両端の電圧の合計です。
バッテリーを直列で使用する場合、バッテリーの 1 つが消耗して BMS が回路をシャットダウンすると、回路全体が使用できなくなります。
直列回路の全抵抗はすべての部分抵抗の合計に等しくなります。
異なる電圧のリチウム電池を直列に接続できますか？
このような状況は許容できません。各リチウム電池にはBMSが内蔵されており、BMSにはMOSチューブが内蔵されています。BMS内のMOSチューブは電圧によって最大耐電圧が異なるため、電圧の異なるリチウム電池を直列に接続すると、耐電圧値の低いMOSチューブが先に損傷し、BMSが直接焼損し、正常に動作しなくなる可能性があります。
どのような状況でリチウム電池を直列に接続できますか?
リチウム電池の種類が同じ場合、たとえば、すべて 3.2V リン酸鉄リチウム電池である場合、すべて 3.7V リチウムイオン電池である場合、またはすべてポリマー電池である場合などです。
電圧が同じ場合、例えば12Vと12V、24Vと24V、48Vと48Vが直列に接続されます。
容量が同じ場合、たとえばすべて 100Ah を直列にしたり、すべて 200Ah を直列にしたりします。
新旧が同じ場合とは、例えば、すべて新しい電池である場合や、すべて同じバッチで使用された古い電池である場合などです。
最も重要でありながら見落としがちな点は、同じバッテリーを使用していても、型番、電圧、容量が同じであっても、直接直列接続できないことです。直列接続時はSOCが一定であることを確認してください。例えば、両方のバッテリーの残量が95%、または両方のバッテリーの残量が80%になるようにしてください。残量差は2%を超えないようにしてください。これにより、直列接続時のバッテリーパックのバランスを最大化できます。
どのような状況でバッテリーを直列に使用する必要があるのでしょうか?
12V 100Ah LiFePo4バッテリーパックを4個購入したが、自宅のインバーターは48Vだとします。48Vバッテリーパックをもう1個購入する必要がありますか？ 必要ありません。12V 100Ahバッテリーパックを4個直列に接続して48V 100Ahにすれば、48Vインバーターで使用できます。同様に、より高い電圧プラットフォームが必要な場合は、24V、36V、48V、60V、72V、84Vなど、直列接続を続けることができますが、事前にメーカーに確認する必要があります。直列接続の可否は、BMS内部で決定されます。MOSチューブの最大耐電圧値によって決定され、各ブランドのデータが異なります。
直列回路での充電
バッテリーパックを直列に接続すると、充電器を使って各バッテリーパックを個別に充電することなく、全体を充電できます。これは時間とエネルギーを節約する簡単で迅速な方法であり、コスト削減のために多数の充電器を購入する必要もありません。
しかし、直列回路には限界があります。つまり、回路内のいずれかのバッテリーが満充電後に自動的に切断されると、他のバッテリーは充電を継続できなくなります。これは、既に満充電されたバッテリーを充電し続けると過充電の危険にさらされることを考えると、容易に理解できます。
直列回路ではなぜ 1 つのバッテリーが常に最初に完全に充電されるのでしょうか?
もしかしたら、まとめてフル充電できたら最高じゃないですか、と戸惑うかもしれません。理論上は確かにそうなのですが、実際には、充電速度は各リチウム電池の容量、セルの状態、内部パックの劣化状態によって異なります。電池はそれぞれ異なるため、パラメータを同一にすることしかできません。ただし、完全な一貫性は保証できません。新しい電池はほぼ同じ容量かもしれませんが、電池を使用するにつれて、電池の劣化曲線は異なります。特に、電池を長年使用した後、一部の電池の容量が突然急速に低下することがあります。これが起こると、容量は小さくなります。バッテリーは充電しやすくなり、完全に充電されると、残りの電池は完全に充電されていなくても充電を続けることができなくなります。
バッテリーが完全に充電されると、なぜ自動的に切断されるのでしょうか? 誰がそれを制御しているのですか?
BMSはバッテリー内部でこれを制御します。BMSには多数の取得ラインがあり、これらのラインは各セルの電圧を検出できます。これらの電圧データを分析することで、BMSはセルが満充電かどうかを判断します。BMSが電圧が設定値に達したことを検出すると、回路がオフになり、充電の継続による過充電を回避します。
並列回路とは何ですか？
下の図に示すように、電子が移動する際に複数の経路から選択できる場合、その回路は並列回路です。並列回路は、他の部分が直列に接続されている場合でも、並列に接続されている部分はごくわずかであるため、回路全体のごく一部に過ぎない場合もあることに注意してください。これは、誰もが注意を払うべき小さな詳細です。
並列回路の特徴は何ですか?
並列回路の合計電流は、すべての分岐の電流の合計に等しくなります。
並列回路の合計電圧は同じである
バッテリーを並列で使用する場合、1 つのバッテリーのエネルギーがなくなり、BMS が回路をシャットダウンしても、他のバッテリーには影響がなく、充電プロセスも他のバッテリーに影響を与えません。
並列回路の全抵抗の逆数は、すべての分岐の部分抵抗の逆数の合計に等しくなります。
異なる電圧のリチウム電池を並列に接続できますか？
これも不可能です。直列接続の理由とは異なります。電圧の異なるバッテリーを並列に接続すると、高電圧バッテリーが低電圧バッテリーを自然充電する可能性があります。低電圧バッテリーは深刻な熱を発生するだけでなく、エネルギーも無駄にしてしまうからです。
さらに、電圧の異なるバッテリーは放電曲線が異なり、性能も異なるだけでなく、エネルギー密度も異なるため、電圧差がさらに大きくなります。同時に、この状態でバッテリーを充電すると、電圧差が大きすぎると低電圧バッテリーに直接損傷を与える可能性があります。深刻な場合には、大量の発熱や爆発を引き起こす可能性があります。
どのような状況でリチウム電池を並列に接続できますか?
リチウム電池の種類が同じ場合、たとえば、すべて 3.2V リン酸鉄リチウム電池である場合、すべて 3.7V リチウムイオン電池である場合、またはすべてポリマー電池である場合などです。
電圧が同じ場合、例えば12Vと12V、24Vと24V、48Vと48Vが直列に接続されます。
容量が同じ場合、たとえばすべて 100Ah を直列にしたり、すべて 200Ah を直列にしたりします。
新旧が同じ場合とは、例えば、すべて新しい電池である場合や、すべて同じバッチで使用された古い電池である場合などです。
並列接続時のSOCは同じです。例えば、両方のバッテリーの残量が95%、または両方のバッテリーの残量が80%の場合、電力差は2%を超えないようにしてください。これにより、並列接続時のバッテリーパックのバランスを最大化できます。
どのような状況でバッテリーを並列に使用する必要があるでしょうか?
48V 100Ahのリチウムイオンバッテリーを2セット購入したとします。これらを直接並列接続することで、48V 200Ahにすることができます。こうすることで電力が増え、より長く使用できるようになります。
バッテリーを直列と並列で使用する必要があるのはどのような場合ですか?
同じブランド、モデル、ロットの12V 50Ahバッテリーパックを16個持っているとします。このとき、電圧を上げたいと考えています。例えば、12Vではなく48Vを使用し、バッテリー容量も可能な限り大きくしたいとします。
次に、4 つのバッテリーを直列に接続して 48V 50Ah を形成し、さらにこれらの 4 つの 48V 50Ah バッテリーを並列に接続して 48V 200Ah を得ることができます。
並列接続して12V 200Ahのバッテリーを作り、さらにこの12V 200Ahを4つ直列接続すれば、48V 200Ahにもなるのでしょうか？
確かにその通りですが、いくつか違いもあります。
最初に並列接続し、次に直列接続する利点:
前述の通り、並列回路では、バッテリーの1つが損傷しても容量の低下のみに留まり、システム全体の動作には影響しません。したがって、この方法により、単一のバッテリーパックがシステム全体に与える影響を最小限に抑えることができます。なお、並列回路には通常、ブレーカーを追加して、単一の並列回路に過大な電流が流れないようにする必要があります。
最初に並列に接続し、次に直列に接続する場合の欠点は何ですか?
直列に接続してから並列に接続すると、システムの正常な動作を最大限に保証できますが、この方法では単一の回路に過剰な電流が流れやすく、バッテリーのバランスの問題が頻繁に発生し、後でバランスの問題に対処するために多くの時間を費やすことになります。
最初に直列に接続し、次に並列に接続する利点は何ですか?
ただし、この方法ではすべてのバッテリーが正常に動作している必要があります。なぜなら、いずれかのバッテリーが満充電または放電によりシャットダウンすると、システム全体が動作しなくなるからです。この方法は、すべてのバッテリーを同時に充電および放電できるため、システム全体の一貫性を保つ上で非常に優れており、後々のトラブルシューティングも容易になります。
直列回路と並列回路に関する電気知識
| 寸法 | 直列回路 | 並列回路 |
| 現在 | 総電流Iはすべてのコンポーネントにわたって同じです。つまり、I=I1=私2=私3=…=私n | 総電流Iは分岐電流の合計です。つまり、I=I1+私2+私3+…+私n |
| 電圧 | 総電圧Vは各成分の電圧の合計です。つまり、V=V1+V2+V3+…+Vn | 合計電圧Vはすべての分岐で同じです。つまり、V=V1=V2=V3=…=Vn |
| 抵抗 | 総抵抗Rは部品抵抗の合計です。つまり、R=R1+R2+R3+…+Rn | 総抵抗Rの逆数は、分岐抵抗の逆数の合計、すなわち1/R=1/R1+1/R2+1/R3+…+1/ルン |
| 発熱 | 総発熱量Qは、総電流I、総抵抗R、および時間tと関係があり、Q=Iとなる。2右 | 総発熱量Qは、総電流I、総抵抗R、および時間tと関係があり、Q=Iとなる。2右 |
| 等価抵抗 | 抵抗が大きいと電流の流れが制限され、Rで表される回路全体の性能に影響を及ぼします。 | 抵抗が小さいほど電流の流れが制限され、Rで表される回路全体の性能に影響します。 |
| コンポーネント障害の影響 | 1つの部品の故障により回路全体が混乱し、電流の流れが止まる | 1つの部品に障害が発生しても回路全体に影響はなく、電流は流れ続ける。 |
| 総電流 | 同じ合計電流Iがすべてのコンポーネントに流れる | 総電流は異なる枝に分割され、各枝には独自の電流があります。つまり、I = I1 = I2 = I3 =… = In |
| 合計電圧 | 総電圧Vはコンポーネント間で分割され、各コンポーネントは同じ電圧を持ちます。つまり、V = V1=V2=V3=…=Vn | 合計電圧はすべての分岐で同じです。つまり、V = V1=V2=V3=…=Vn |
| 総電力損失 | 総電力損失Pは、総電流I、総抵抗R、および時間tに関連しており、すなわちP=Iである。2右 | 総電力損失Pは、総電流I、総抵抗R、および時間tに関連しており、すなわちP=Iである。2右 |
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