شارژرهای لیتیومی 48 ولت (13S) در مقابل 52 ولت (14S): چرا ولتاژهای شارژ قابل تعویض نیستند

هر کسی که وقت خود را در انجمن های دوچرخه برقی سپری می کند، این سوال را به شکلی دیده است: آیا می توانم باتری 48 ولتی را با شارژر 52 ولت شارژ کنم؟ پاسخ کوتاه صادقانه قاطعانه است نه ، و این پاسخ یک هشدار محافظه کارانه محصول نیست. این از نحوه ساخت بسته‌های باتری لیتیومی و ولتاژ دقیقی که یک شارژر برای پر کردن ایمن آنها باید ارائه دهد، ناشی می‌شود.

یک بسته لیتیومی 48 ولتی معمولاً به صورت 13 سلول به صورت سری سیم‌کشی می‌شود که مهندسان پیکربندی آن را 13S می‌نامند. یک بسته 52 ولتی به صورت 14S ساخته شده است. این یک سلول اضافی ولتاژ نامی را از 48.1 ولت به 51.8 ولت تغییر می دهد و مهمتر از آن برای شارژ، حداکثر ولتاژ شارژ ایمن را از 54.6 ولت به 58.8 ولت افزایش می دهد. این دو بسته به نقطه تنظیم شارژ متفاوتی نیاز دارند، بنابراین شارژرهای آنها قابل تعویض نیستند.

شیمی پشت پیکربندی های 13S و 14S

سلول های لیتیوم یون مورد استفاده در دوچرخه های الکترونیکی، اسکوترها، پهپادها، ابزارهای برقی و AGV با ولتاژ اسمی 3.6 یا 3.7 ولت در هر سلول و حداکثر ولتاژ شارژ 4.2 ولت در هر سلول کار می کنند. هنگامی که سلول ها به صورت سری متصل می شوند، ولتاژ آنها با هم جمع می شود. بنابراین یک بسته 13S به ولتاژ اسمی 48.1 ولت (13 سلول در هر 3.7 ولت) و ولتاژ شارژ کامل 54.6 ولت (13 سلول در هر کدام 4.2 ولت) می رسد. یک بسته 14S به ولتاژ اسمی 51.8 ولت (14 سلول در هر 3.7 ولت) و ولتاژ شارژ کامل 58.8 ولت (14 سلول در هر کدام 4.2 ولت) می رسد.

پارامتر	48 ولت (13S)	52 ولت (14S)
سلول های سری	13	14
ولتاژ اسمی	48.1 ولت	51.8 ولت
ولتاژ شارژ کامل	54.6 ولت	58.8 ولت
ولتاژ خالی معمولی	~ 39 ولت	~42 ولت
نقطه تنظیم CV شارژر	54.6 ولت	58.8 ولت

هنگامی که این محاسبات مشخص شد، درک نقش شارژر بسیار آسان تر می شود. شارژر نه تنها وظیفه انتقال جریان، بلکه توقف در یک ولتاژ کنترل شده را نیز بر عهده دارد. در پروفیل شارژ CC-CV، ولتاژ نهایی تنها مقداری است که تعیین می‌کند باتری به طور ایمن پر است یا خیر.

چرا 54.6 ولت و 58.8 ولت محدودیت مطلق هستند

اکثر شارژرهای لیتیومی از مشخصات شارژ جریان ثابت و ولتاژ ثابت (CC-CV) پیروی می کنند. در فاز اول شارژر جریان ثابتی را تامین می کند و ولتاژ پک افزایش می یابد. هنگامی که بسته به نقطه تنظیم ولتاژ شارژر می رسد، شارژر آن ولتاژ را نگه می دارد و اجازه می دهد تا جریان کاهش یابد. تنها زمانی که جریان به کسری کوچک از مقدار شروع کاهش می یابد، شارژر باتری را پر می کند. بنابراین، نقطه تنظیم ولتاژ یک مشخصات جزئی نیست. این هسته کنترل شارژ است.

شارژر با نقطه تنظیم 54.6 ولت از نظر طراحی یک شارژر 13S است. یک شارژر با نقطه تنظیم 58.8 ولت یک شارژر 14S است. برچسب "48 ولت" یا "52 ولت" که روی محفظه چاپ شده است کوتاه نویسی مناسبی است، اما ولتاژ شارژ کامل عددی است که تعیین می کند آیا شارژر و باتری سازگار هستند یا خیر. پیشینه بیشتر در مورد رابطه بین ولتاژ سلول و نقاط تنظیم شارژر را می‌توانید در راهنمای مفصل ما در مورد پیدا کنید ولتاژ شارژ باتری لیتیومی .

در صورت عدم تطابق ولتاژ شارژر و باتری چه اتفاقی می افتد

استفاده از شارژر 52 ولت در بسته 48 ولت (13S).

خطرناک ترین خطا اتصال شارژر 52 ولتی به پک 48 ولتی است. شارژر خروجی خود را روی 58.8 ولت نگه می دارد و این ولتاژ تنها در 13 سلول قرار می گیرد. با 13 سلول به صورت سری، ولتاژ اعمال شده به 4.52 ولت در هر سلول می رسد. سلول های لیتیوم ممتاز برای حداکثر 4.2 ولت رتبه بندی شده اند. در ولتاژ 4.52 ولت کاتد تحلیل می‌رود، تجزیه الکترولیت تسریع می‌شود، تولید گاز آغاز می‌شود و بسته می‌تواند متورم شود، تخلیه شود یا آتش بگیرد. حتی یک اتصال می تواند باعث آسیب دائمی شود، بنابراین هرگز نباید این ترکیب را انجام داد.

استفاده از شارژر 48 ولت در بسته 52 ولتی (14S).

خطای معکوس در چرخه اول کمتر چشمگیر است، اما هنوز قابل قبول نیست. شارژر 48 ولت در 54.6 ولت متوقف می شود. در 14 سلول، ولتاژ اعمال شده تنها به 3.9 ولت در هر سلول می رسد، که تقریباً 60 تا 70 درصد حالت شارژ برای شیمی های معمولی لیتیوم یون است. بسته به طور مزمن کم شارژ می شود، زمان اجرا کاهش می یابد، و BMS هرگز فرآیند تعادل خود را کامل نمی کند، زیرا تعادل معمولا در بالای منحنی شارژ اتفاق می افتد. در بسیاری از چرخه ها، تغییرات سلول به سلول افزایش می یابد و ظرفیت سریعتر از حالت عادی محو می شود.

یک شارژر 48 ولتی را نمی توان با یک بسته 52 ولتی وفق داد و آن را برای مدت طولانی تری به برق متصل کرد. شارژر نقطه تنظیم خود را در حالی که جریان کاهش می یابد حفظ می کند. هرگز ولتاژی بالاتر از حد طراحی خود تولید نخواهد کرد. شارژ کم یک ناراحتی بی ضرر نیست. این یک شکست عملیاتی است که عمر باتری را کوتاه می کند.

BMS نمی تواند به طور کامل از بسته محافظت کند

برخی از کاربران انتظار دارند که سیستم مدیریت باتری هر شارژر اشتباه را به طور خودکار رد کند. در عمل، BMS یک دستگاه نظارت و حفاظت است، نه یک کنترل کننده شارژ. هنگامی که یک ولتاژ سلولی از آستانه هشدار عبور می کند، که معمولاً نزدیک به 4.25 ولت در هر سلول تنظیم می شود، می تواند ورودی شارژ را قطع کند. در سناریوی 52 ولت روی 48 ولت، هر سلول به سمت ولتاژ 4.52 ولت بالا می رود. BMS ممکن است از کار بیفتد، اما همچنین ممکن است خیلی کند واکنش نشان دهد یا نتواند ماسفت شارژ را به طور قابل اعتماد باز کند. حتی زمانی که حفاظت کار می‌کند، سلول‌ها در حال حاضر فراتر از امتیاز خود رانده شده‌اند.

تعادل سلولی نیز مشکل را حل نمی کند. تعادل غیرفعال فقط ده ها میلی آمپر را شنت می دهد، در حالی که یک شارژر آمپر را ارائه می دهد. اگر ولتاژ شارژر اشتباه باشد، مدارهای متعادل کننده نمی توانند ولتاژ اضافی را جذب کنند. BMS همیشه باید به عنوان آخرین خط دفاع تلقی شود، نه به عنوان اجازه استفاده از شارژر دلخواه.

شارژر را با تعداد سلول مطابقت دهید، نه فقط برچسب

در انتخاب شارژر جایگزین و OEM/ODM، یک اشتباه رایج این است که «شارژر 48 ولتی» یا «شارژر 52 ولتی» را بر اساس برچسب روی محفظه بدون بررسی نقطه تنظیم ولتاژ ثابت در جدول مشخصات مشخص کنید. برای یک باتری لیتیومی، شناسه معنی دار تعداد سلول های سری است: 13S یا 14S. نقطه تنظیم CV شارژر باید با ولتاژ شارژ کامل بسته مطابقت داشته باشد و جریان پایان آن باید با الزامات BMS مطابقت داشته باشد. نقطه تنظیم نادرست از همان چرخه اول، یک نوع بسته را کم شارژ یا دیگری را بیش از حد شارژ می کند.

48V 52V Lithium Battery Charger with Fast Charging and Safety Protections

شارژر باتری لیتیومی 48 ولت 52 ولت با شارژ سریع و محافظ های ایمنی این شارژر از بسته های لیتیومی 48 ولت و 52 ولت برای دوچرخه های الکترونیکی، اسکوترهای الکترونیکی و ذخیره سازی پشتیبانی می کند. دارای حفاظت ایمنی 9 لایه و تشخیص خودکار برای Li-ion و LiFePO4 است که هنگام تأیید نقاط تنظیم CV برای یکپارچگی مفید است. مشاهده محصول →

سازندگان معتبر شارژر هر مدل را حول تعداد ثابت سلول های سری می سازند و ولتاژ اسمی باتری و ولتاژ شارژ کامل را روی برچسب رتبه بندی چاپ می کنند. برای ادغام‌کنندگانی که روی اسکوترهای الکترونیکی، دوچرخه‌های الکترونیکی، پهپادها، ابزارهای برقی یا AGV کار می‌کنند، شارژر بخشی از معماری سیستم است، نه یک فکر بعدی. انواع شارژ سریع می توانند جریان را در فاز جریان ثابت افزایش دهند، اما همچنان باید به همان پوشش ولتاژ CC-CV احترام بگذارند. هنگامی که شارژر را برای یک پروژه تولید یا یکپارچه ارزیابی می کنید، نقطه تنظیم CV را تأیید کنید، آستانه حفاظت از اضافه ولتاژ را بررسی کنید و بررسی کنید که جریان پایان با BMS بسته سازگار است. این بررسی‌ها چند دقیقه طول می‌کشد و از خرابی‌های میدانی که بعداً حل آنها بسیار گران‌تر است، جلوگیری می‌کند.

سوالات متداول

Q1: آیا می توانم حتی یک بار از شارژر 52 ولتی روی باتری 48 ولتی استفاده کنم؟

خیر. یک اتصال واحد، یک بسته 13S را به 4.52 ولت در هر سلول وادار می کند. حتی یک رویداد اضافه ولتاژ می تواند کاتد را تخریب کند، گاز تولید کند و در موارد شدید، بسته را مشتعل کند. آن را حتی برای مدت کوتاهی امتحان نکنید.

Q2: آیا یک شارژر 48 ولتی در نهایت یک باتری 52 ولتی را به طور کامل شارژ می کند؟

خیر. نقطه تنظیم CV شارژر 48 ولت 54.6 ولت است. در یک بسته 14S این تنها حدود 3.9 ولت در هر سلول، تقریباً 60 تا 70 درصد حالت شارژ را ارائه می دهد. پروفیل CC-CV ولتاژ را روی 54.6 ولت نگه می دارد و جریان را کاهش می دهد. ولتاژ پک هرگز به 58.8 ولت نمی رسد.

Q3: چرا باتری 48 ولت من پس از شارژ 54.6 ولت می خواند؟

زیرا 13 سلول به صورت سری، هر کدام در 4.2 ولت، به 54.6 ولت می رسد. این دقیقاً ولتاژ کامل شارژ کامل برای یک بسته لیتیومی 48 ولت (13S) است.

Q4: آیا می توان از شارژر سرب اسید برای بسته های لیتیومی استفاده کرد؟

خیر. شارژرهای سرب اسید از آستانه های ولتاژ و منحنی های شارژ متفاوتی استفاده می کنند و می توانند سلول های لیتیومی را به شدت اضافه یا کم شارژ کنند. شارژر باید برای شیمی لیتیوم و برای تعداد سلول های سری خاص بسته طراحی شود.

نتیجه گیری: ولتاژ یک مشخصات است، نه یک اولویت

برچسب‌های 48 ولت و 52 ولت کوتاه‌نویسی مناسبی هستند، اما جزئیات فنی مهمی را پنهان می‌کنند. بسته 48 ولتی یک بسته 13S با آستانه شارژ کامل 54.6 ولت است. یک بسته 52 ولتی یک بسته 14S با آستانه 58.8 ولت است. شارژرها حول این آستانه ها مهندسی شده اند و تفاوت یک سلولی باعث می شود شارژرها از نظر الکتریکی ناسازگار باشند.

وقتی شارژر باتری لیتیومی را مشخص، خریداری یا طراحی می‌کنید، نقطه تنظیم ولتاژ ثابت را در برابر تعداد سلول‌های سری باتری بررسی کنید. هرگز شارژر در نظر گرفته شده برای پیکربندی دیگر را جایگزین نکنید. این نظم ساده از اضافه ولتاژ جلوگیری می کند، از طول عمر باتری محافظت می کند و دوچرخه های الکترونیکی، اسکوترها، پهپادها و AGV ها را با خیال راحت در داخل پاکت ولتاژ طراحی شده خود کار می کند.