Wie man die Batteriespannung berechnet

Die Batteriespannung ist einer der wichtigsten Parameter bei der Entwicklung oder Auswahl eines wiederaufladbaren Akkuspakets. Egal, ob die Batterie in einem POS-Terminal, medizinischen Gerät, tragbaren Geräten, smarten Beleuchtungssystemen, Energiespeichergeräten oder industriellen Anwendungen verwendet wird, die Spannung muss den elektrischen Anforderungen des Produkts entsprechen.

Für Ingenieure, Produktentwickler und Beschaffungsteams kann das Verständnis der Berechnung der Batteriespannung helfen, häufige Designprobleme wie unzureichende Ausgangsleistung, instabilen Betrieb, verkürzte Betriebszeit oder Kompatibilitätsprobleme mit Ladegeräten und Steuersystemen zu vermeiden.

Dieser Artikel erklärt, wie die Batteriebatterie-Spannung berechnet wird, anhand von zwei gängigen Lithiumbatterienchemiken: LiFePO4-Batterien und ternären Lithiumbatterien.

1. Grundspannung gängiger Lithiumbatteriezellen

Ein Batteriepack wird üblicherweise durch das Verbinden mehrerer Zellen in Reihe und parallel aufgebaut. Bevor die gesamte Batteriespannung berechnet wird, ist es wichtig, die Spannung einer einzelnen Zelle zu verstehen.

LiFePO4 Batteriezellenspannung

LiFePO4, auch bekannt als Lithium-Eisenphosphat, wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Sicherheit, eine lange Lebensdauer und eine stabile Entladungsleistung erfordern.

Typische Spannungswerte einer einzelnen LiFePO4-Zelle sind:

Vollgeladene Spannung: 3,65 V
Nennspannung: 3,20 V
Entladene Spannung: 2,50 V

LiFePO4-Batterien werden häufig für Energiespeichersysteme, Industrieanlagen, Notstromversorgung, elektrische Mobilität und Anwendungen ausgewählt, bei denen Sicherheit und Lebensdauer Priorität haben.

Ternäre Lithium-Batteriezellenspannung

Ternäre Lithiumbatterien beziehen sich üblicherweise auf Lithium-Ionen-Batterien mit NCM- oder NCA-Chemie. Sie werden häufig verwendet, wenn eine höhere Energiedichte und kompakte Größe erforderlich sind.

Typische Spannungswerte einer einzelnen ternären Lithiumzelle sind:

Vollgeladene Spannung: 4,20 V
Nennspannung: 3,70 V
Entladene Spannung: 3,00 V

Ternäre Lithiumbatterien werden häufig in Unterhaltungselektronik, medizinischen Geräten, POS-Terminals, smarten Wearables, Bluetooth-Audioprodukten, mobiler Beleuchtung, Schönheitsgeräten und vielen tragbaren elektronischen Produkten eingesetzt.

2. Was bedeutet "Batteriepack in Serie"?

Wenn Batteriezellen in Reihe geschaltet werden, steigt die Spannung, während die Kapazität gleich bleibt.

Zum Beispiel, wenn eine LiFePO4-Zelle eine Nennspannung von 3,2 V hat, dann hat ein Batteriepack der 20er-Serie:

3,2 V × 20 = 64 V Nennspannung

Deshalb werden Akkupakete oft als 13S, 16S, 17S, 20S oder 24S beschrieben. Der Buchstabe "S" steht für die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen.

Eine höhere Serienanzahl bedeutet eine höhere Batteriespannung.

3. Wie man die Batteriespannung berechnet

Die Formel ist einfach:

Batteriepackspannung = Einzelzellenspannung × Anzahl der Zellen in Serie

Diese Formel kann verwendet werden, um vollgeladene Spannung, Nennspannung und entladene Spannung zu berechnen.

Zum Beispiel, wenn wir ein LiFePO4-Batteriepack mit 20 Zellen in Reihe entwerfen:

Vollgeladene Spannung: 3,65V × 20 = 73,0V
Nennspannung: 3,20 V × 20 = 64,0 V
Entladene Spannung: 2,50 V × 20 = 50,0 V

Obwohl die Batterie als "60V-Batteriepack" bezeichnet werden kann, ändert sich ihre tatsächliche Spannung während des Ladens und Entladens. Das ist bei Lithiumbatterien normal.

4. Häufige Spannungen des LiFePO4-Batteriepacks

LiFePO4-Akkupakete werden häufig entsprechend den Anwendungsanforderungen konfiguriert. Im Folgenden sind mehrere gängige Spannungskonfigurationen aufgeführt.

Batteriepack-Typ	Anzahl der Serien	Vollgeladene Spannung	Entladene Spannung
48V LiFePO4-Batterie	16S	58,4V	40,0V
60V LiFePO4-Batterie	20ER	73,0V	50,0V
72V LiFePO4-Batterie	24S	87,6V	60,0V

Diese Konfigurationen werden häufig in Anwendungen verwendet, die sicherere Chemie, eine lange Lebensdauer und stabile Ausgangsleistung erfordern.

5. Häufige Spannungen des ternären Lithium-Batteriepakets

Ternäre Lithium-Batteriepacks verwenden eine höhere Einzelzellenspannung, daher unterscheidet sich die erforderliche Serienanzahl von der von LiFePO4.

Batteriepack-Typ	Anzahl der Serien	Vollgeladene Spannung	Entladene Spannung
48V ternäre Lithium-Batterie	13S	54,6V	39,0V
60V ternäre Lithiumbatterie	17S	71,4V	51,0V
72V-ternäre Lithiumbatterie	20ER	84,0V	60,0V

Da ternäre Lithiumbatterien eine höhere Energiedichte aufweisen, werden sie häufig in kompakten Batteriepack-Designs verwendet, bei denen Größe und Gewicht eine wichtige Rolle spielen.

6. Warum die Nennspannung nicht mit der tatsächlichen Spannung übereinstimmt

Viele Kunden fragen, warum eine Batterie, die mit 48V, 60V oder 72V gekennzeichnet ist, nicht immer genau diese Spannung anzeigt, wenn sie gemessen wird.

Der Grund ist einfach: Die Spannung der Lithiumbatterie ändert sich je nach Ladezustand.

Wenn die Batterie voll geladen ist, ist die Spannung höher. Während der Nutzung sinkt die Spannung allmählich. Wenn die Batterie ihre untere Spannungsgrenze erreicht, schaltet das BMS normalerweise die Entladung ab, um die Zellen vor Überentladung zu schützen.

Zum Beispiel kann ein 48V-LiFePO4-Akkupack im vollen Zustand 58,4V erreichen und nach Entladung auf etwa 40,0V sinken. Das bedeutet nicht, dass die Batterie defekt ist. Sie ist Teil des normalen Arbeitsspannungsbereichs.

7. Warum die Spannungsberechnung im Design von Batteriepacks wichtig ist

Ein korrektes Spannungsdesign ist für batteriebetriebene Produkte unerlässlich. Wenn die Spannung zu niedrig ist, startet das Gerät möglicherweise nicht richtig oder liefert nicht genügend Strom. Wenn die Spannung zu hoch ist, kann das Gerät, das Ladegerät, den Controller oder die elektronischen Komponenten beschädigt werden.

Spannungsdesign beeinflusst:

Gerätekompatibilität
Ladegeräteauswahl
BMS-Konfiguration
Motor- oder Steuerungsleistung
Laufzeit und Leistungsausgabe
Sicherheitsschutzeinstellungen
Zertifizierungs- und Testanforderungen
Langfristige Produktzuverlässigkeit

Deshalb sollte das Design von Batteriepacks nicht nur auf die Kapazität fokussiert sein. Spannung, Strom, Zellchemie, Schutzdesign, Temperaturbereich und Anwendungsumgebung müssen alle zusammen berücksichtigt werden.

8. LiFePO4 vs. ternäres Lithium: Welches sollten Sie wählen?

Sowohl LiFePO4- als auch ternäre Lithiumbatterien werden weit verbreitet eingesetzt, sind aber für unterschiedliche Anwendungen geeignet.

Vorteile der LiFePO4-Batterie

LiFePO4-Batterien sind bekannt für ihre Sicherheit, thermische Stabilität, lange Lebensdauer und hohe Haltbarkeit. Sie eignen sich für Produkte, bei denen eine lange Lebensdauer und Sicherheit wichtiger sind als kompakte Größen.

Häufige Anwendungen sind:

Energiespeichersysteme
Industrielle Antriebsanlagen
Notstromversorgungssysteme
Anwendungen der elektrischen Mobilität
Außenstromgeräte
Hochsicherheitsbatteriesysteme

Vorteile der ternären Lithiumbatterie

Ternäre Lithiumbatterien bieten eine höhere Energiedichte, ein geringeres Gewicht und eine kompaktere Struktur. Sie eignen sich für tragbare Geräte, die eine längere Laufzeit bei begrenztem Raum benötigen.

Häufige Anwendungen sind:

POS-Terminals
Medizinische Geräte
Smart Wearables
Bluetooth-Audioprodukte
Schönheitsgeräte
Smart-Home-Geräte
Tragbare Beleuchtungsprodukte
Unterhaltungselektronik

Die beste Batteriechemie hängt von der Spannung, Kapazität, Größe, Gewicht, Entladerate, Ladeanforderungen und Sicherheitsstandards des Produkts ab.

9. Unterstützung für Gloflux Custom Battery Pack

Bei Gloflux unterstützen wir Kunden bei der Entwicklung und Herstellung von Lithiumbatterielösungen basierend auf den tatsächlichen Anwendungsanforderungen. Anstatt einfach Standardbatterien bereitzustellen, bewertet unser Ingenieurteam die gesamten elektrischen und mechanischen Anforderungen jedes Projekts.

Gloflux unterstützt:

Individuelle Lithium-Ionen-Akkupakete
Li-Polymer-Batterielösungen
Entwicklung von LiFePO4-Batteriepacks
Zylindrische Batteriebatterien
Wiederaufladbare AA- und AAA-Batterielösungen
Design austauschbarer Batteriepacks
BMS- und Schutzschaltungsintegration
Maßgeschneidertes Spannungs- und Kapazitätsdesign
Anpassung von Steckverbinder, Leitungen, Etiketten, Gehäuse und Verpackung
Zertifizierungsunterstützung für globale Märkte

Egal, ob Ihr Produkt einen kompakten 3,7V-Akku, ein Mehrzellen-Batteriepaket, eine hochleistungsfähige wiederaufladbare Lösung oder ein maßgeschneidertes Batteriesystem mit spezifischen Spannungsanforderungen benötigt – Gloflux kann technische Unterstützung von der Probenentwicklung bis zur Massenproduktion bieten.

10. Abschließende Gedanken

Die Batteriespannung wird berechnet, indem die Spannung einer einzelnen Zelle mit der Anzahl der in Serie geschalteten Zellen multipliziert wird. Beim Batteriedesign geht es jedoch nicht nur um eine einfache Spannungsberechnung. Ein zuverlässiges Batteriepaket muss außerdem Chemie, BMS-Schutz, Lademethode, Entladestrom, Betriebstemperatur, Zykluszeit, Produktstruktur und Sicherheitszertifizierung berücksichtigen.

Das Verständnis des Unterschieds zwischen LiFePO4 und der ternären Lithiumbatterienspannung hilft Produktentwicklern, in der frühen Phase bessere Designentscheidungen zu treffen.

Wenn Sie ein batteriebetriebenes Produkt entwickeln und Hilfe bei der Spannungswahl, dem Design eines Batteriepacks oder der Herstellung maßgeschneiderter Lithiumbatterien benötigen, kann Gloflux Ihnen helfen, eine sicherere, zuverlässigere und produktionstaugliche Batterielösung zu entwickeln.