本文将使工程师轻松确定电池容量。
电力已成为现代世界最重要的需求之一。为了争取清洁和免费的能源利用，工程师们提出了太阳能和电动汽车等电池系统，引发了电池利用率的增长。这些电池旨在满足特定标准，工程师需要能够确定此类电池的尺寸。
什么是电池大小？
电池是一种 硬件设备，用于为另一台设备供电，允许该设备在不连接电源线的情况下工作。此类设备包括笔记本电脑、手机、电动汽车和收音机，可分为可充电设备和不可充电设备。电池按所用材料可分为锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池和镍氢电池。
电池大小正在平衡给定系统的电源需求，并提供满足客户要求的电池。大小决定了特定电池中存储的千瓦时数。这是赋予产品生命周期的重要行动。尺寸过小的电池会缩短电子产品的保质期。
要调整电池大小，请收集以下信息：
- 将由要设计的电池支持的负载
- 电池应承受的最小电压
- 备份时间
IEEE 尺寸计算
我们的计算基于 IEEE 提供的镍镉和铅酸电站应用电池的尺寸标准。这是对所有用户的指示，除非您参考其他类型制造商提供的指南，否则此处的计算不得用于设计任何其他电池类型。
在调整大小过程中，以下内容将指导您：
-
收集电池将支持的总负载。此步骤将帮助设计人员确定电池应提供的总负载。
-
制定负载配置文件。负载曲线是使用自主方法确定的，IEEE 标准给出了自主、放电或备用时间的指导方针。
-
选择要设计的电池类型。选择电池类型，例如铅酸电池，并遵循 IEEE 提供的充电和放电特性指南；细胞方向要点；环境温度的阈值；细胞寿命；通风和维护要求；其他物理特性，例如电池端子和重量。
使用制造商的数据表，确定电池单元的特性，包括电池温度；电池浮动电压；放电结束电压（EODV，在大多数电池中，如果放电时间超过 1 小时，则每个电池的电压范围在 1.75 V 至 1.8 V 之间；如果放电时间少于 15 分钟，则为 1.66 V）；AH电池单体容量；铅酸电池的电解液密度。
选择可以串联方式连接的电池单元。对于特定尺寸的铅酸，下表显示了可以装入其中的电池数量。
|
额定电压 (V) |
细胞 |
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6个 |
3个 |
|
12 |
6个 |
|
24 |
12 |
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48岁 |
24 |
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120 |
60 |
表 1.显示不同电池额定电压和铅酸电池所需电池数量的表格
我不会建议设计人员始终坚持上面的列表，因为他们可以执行计算并确定所需的电池数量以匹配特定负载。此处的公式将指导设计人员确定所需的单元格数量，该数量不应低于或高于此限制：
[数学处理错误]Nmax=Vdc(1+Vload,max)Vcharging
[数学处理错误]Nmin=Vdc(1−Vload,min)VEODV
在哪里
N max = 每个电池所需的最大电池数
N min = 每个电池所需的最小电池数
V dc = 电池的标称电压
V charging = 电池的充电电压
V load, max = 以 % 计算的最大电池负载容差
V load, min = 以 % 计算的最小电池负载容差
V EODV = 放电结束电池电压
选择两个限制之间的单元格数时，始终选择两个限制之间的平均单元格数以获得最佳结果。
以安时计算电池容量
这可以通过使用以下等式计算
[数学处理错误]Cmin=Ede(kafktcfkcrt)Vdckmdodkse
在哪里
C min = 电池所需的最小容量
E de = 备用时间内所需的总能量 (VAH)
k tcf = 温度修正系数
k af = 电池老化系数
k crt = 电池容量额定系数
k se = 系统效率百分比
k mdod = 最大放电深度
V dc = 标称电池电压
确保选择的电池容量大于上面计算出的最小值。
让我们快速浏览一下上面公式的重要元素。
电池容量额定系数。该系数代表放电过程中电池电压的降低。
电池的老化因素。这会捕获电池性能如何根据使用时间而降低。
系统效率。这代表电池和电子功率损耗。
温度修正系数。电池单元设计为在特定温度下工作，如果违反此温度，则必须实施校正系数。
电池容量计算示例
收集所有连接的负载并开发负载配置文件。
图 1. 由要确定大小的电池供电的负载。图片由 Simon Mugo 提供
从上图中，我们可以计算出总设计能量需求。值得注意的是，该图表示能量矩形堆叠在一起。
- 高度代表负载（VA）
- 宽度代表时间（自治）
- 矩形面积为负载的总能量
从图中，
设计能源需求，E tle = 图中矩形的总面积 = 2700 Vah
设计能源需求，E de = E tle (1+k cont ) (1+k dm )
让 k cont = 10% 和 k dm = 10%
E de = 2700(1+0.1) (1+0.1) = 3267 瓦
电池类型
对于设计计算示例，我们正在使用铅酸电池。
让我们假设一些值如下来计算电池的电池数量
直流电压 = 120
V充电 = 2.25V/电池
Vl负载，最大值 = 30
V负载，最小 = 15
V EODV = 1.75V/电池
串联连接所需的最大电池数
[数学处理错误]Nmax=Vdc(1+Vload,max)Vcharging
[数学处理错误]Nmax=120(1+0.3)2.25=70cells
串联连接所需的最少电池数
[数学处理错误]Nmin=Vdc(1−Vload,min)VEODV
[数学处理错误]Nmin=120(1−0.15)1.75=58cells
单元格总数是最大值和最小值之和的平均值，由 (70+58)/2 = 64 个单元格给出
计算安时电池容量
让我们假设以下值来计算安时电池容量。
Cmin = 最小电池所需容量
E de = 3267VAh
k tcf = 0.94
kaf = 0.2
kcrt = 0.15
k mdod = 0.75
直流电压 = 120V
通过使用上面列出的参数，计算最小电池使用
[数学处理错误]Cmin=Ede(kafktcfkcrt)Vdckmdodkse
[数学处理错误]Cmin=3267(1.2×0.94×1.15)120×0.75=47.09Ah
从上面的计算中，选择容量大于上面计算的电池容量的电池尺寸。
电池容量的关键要点
- 电池是用于为需要它的电子和电气设备供电的硬件。
- 电池容量是确定足以支持负载的电池容量的计算。
- 读者已经了解了在确定电池容量时所采用的步骤。
- 读者已经掌握了电池容量计算所需的公式，并提供了一个完全解决的例子。