ما هي حاسبة حزمة بطاريات 18650؟
تساعدك هذه الأداة على تحديد مواصفات حزمة بطاريات ليثيوم-أيون مبنية من خلايا 18650 موصّلة بترتيب توالٍ-توازٍ (S×P). أدخِل عدد الخلايا الموصّلة على التوالي، وعدد الخلايا الموصّلة على التوازي، والجهد الاسمي للخلية الواحدة، وسعتها بالميلّي أمبير-ساعة، لتُرجع لك الحاسبة الجهد الكلي للحزمة، والسعة بالأمبير-ساعة، والعدد الإجمالي للخلايا، والطاقة المخزّنة بالواط-ساعة.
طريقة الاستخدام
حدِّد عدد خلايا التوالي (S)؛ فهذه تتراكم لرفع الجهد. ثم حدِّد عدد خلايا التوازي (P)؛ فهذه تتراكم لزيادة السعة. عادةً ما يكون للخلية 18650 جهد اسمي قدره \(3.7\,\text{V}\) وسعة تتراوح بين \(2500\!-\!3500\,\text{mAh}\). تتحدّث النتيجة فوراً لتعرض المواصفات الأربع الرئيسية للحزمة.
شرح المعادلة
حيث \(S\) = عدد الخلايا على التوالي، و\(P\) = عدد الخلايا على التوازي، و\(V_{cell}\) = الجهد الاسمي للخلية، و\(C_{cell}\) = سعة الخلية، تُحسب قيم الحزمة كالتالي:
$$V_{pack} = S \times V_{cell}, \qquad C_{pack} = P \times C_{cell}$$أما الطاقة بالواط-ساعة فهي حاصل ضرب الجهد في السعة بالأمبير-ساعة:
$$E = V_{pack} \times \frac{P \times C_{cell}}{1000}$$
مثال محلول
خذ حزمة 10S4P من خلايا بجهد \(3.7\,\text{V}\) وسعة \(3000\,\text{mAh}\):
$$V_{pack} = 10 \times 3.7 = 37\,\text{V}$$$$C_{pack} = \frac{4 \times 3000}{1000} = 12\,\text{Ah}$$$$E = 37 \times 12 = 444\,\text{Wh}$$تستخدم هذه الحزمة \(10 \times 4 = 40\) خلية في المجموع.
مقارنة تكوينات حزم 18650 الشائعة
يقارن الجدول أدناه تكوينات سلسلة متوازية (SxP) شهيرة باستخدام خلية أساسية تمثيلية بقوة 3.7 فولت اسمية و3000 مللي أمبير في الساعة (3.0 أمبير في الساعة). جهد الحزمة هو عدد خلايا السلسلة مضروباً في جهد الخلية؛ سعة الحزمة (أمبير في الساعة) هي عدد مجموعات التوازي مضروباً في سعة الخلية؛ الطاقة بالواط-ساعة هي حاصل ضرب الاثنين.
| التكوين (SxP) | عدد الخلايا | جهد الحزمة (V) | السعة (أمبير في الساعة) | الطاقة (Wh) | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|---|---|
| 3S2P | 6 | 11.1 | 6.0 | 66.6 | أجهزة محمولة صغيرة، مصابيح |
| 7S2P | 14 | 25.9 | 6.0 | 155.4 | حزم أدوات الكمبيوتر المحمول / 24 فولت |
| 10S4P | 40 | 37.0 | 12.0 | 444 | بطارية دراجة كهربائية بقوة 36 فولت |
| 13S5P | 65 | 48.1 | 15.0 | 721.5 | دراجة كهربائية / دراجة بخارية كهربائية بقوة 48 فولت |
| 14S10P | 140 | 51.8 | 30.0 | 1554 | جدار طاقة عالي السعة / وحدة مركبة كهربائية |
يمكن التحقق المتبادل من حزمة دراجة كهربائية بقوة 36 فولت بقدرة 444 واط-ساعة كأمبير-ساعة: 444 واط-ساعة ÷ 37 فولت = 12 أمبير في الساعة، مما يطابق سعة مجموعة 4P أعلاه.
مواصفات خلايا 18650 النموذجية
تأتي خلايا 18650 (قطر 18 ملم × طول 65 ملم) في كيمياويات وسعات متعددة. لديها خلايا الليثيوم-أيون (NMC/NCA) جهد اسمي قريب من 3.6–3.7 فولت وتشحن إلى حوالي 4.2 فولت، بينما خلايا فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) اسمية 3.2 فولت وتشحن إلى حوالي 3.65 فولت. عموماً تدعم الخلايا ذات السعة الأعلى تيارات تفريغ مستمرة أقل، بينما تبادل خلايا التصريف العالي السعة من أجل التيار.
| نوع/فئة الخلية | الكيمياء | جهد اسمي (V) | جهد الشحن (V) | السعة النموذجية (مللي أمبير في الساعة) | تفريغ مستمر نموذجي |
|---|---|---|---|---|---|
| ليثيوم-أيون عالي السعة | NMC / NCA | 3.6–3.7 | 4.2 | 3000–3500 | منخفض: ~5–10 أمبير |
| ليثيوم-أيون متوازن | NMC | 3.6–3.7 | 4.2 | 2500–3000 | معتدل: ~10–20 أمبير |
| ليثيوم-أيون عالي التصريف | NMC / NCA | 3.6–3.7 | 4.2 | 2000–2600 | عالي: ~20–30 أمبير |
| LiFePO4 | LiFePO4 | 3.2 | 3.65 | 1100–1800 | معتدل-عالي، مستقر جداً |
مثال على الطاقة لخلية واحدة بقوة 3.7 فولت / 3000 مللي أمبير في الساعة: 3.7 فولت × 3 أمبير في الساعة = 11.1 واط-ساعة. استخدم دائماً ورقة بيانات الخلية من الشركة المصنعة للحصول على التقييمات الدقيقة، حيث يختلف تيار التفريغ والسعة حسب النموذج.
شرح المصطلحات الرئيسية
- سلسلة (S)
- خلايا موصولة طرفاً بطرف بحيث تضاف فولتاجاتها بينما تبقى السعة كما هي. مجموعة 10S من خلايا 3.7 فولت تعطي 37 فولت بسعة خلية واحدة.
- متوازي (P)
- خلايا موصولة جنباً إلى جنب (نفس القطبية) بحيث تضاف سعاتها بينما يبقى الجهد كما هو. مجموعة 4P من خلايا 3000 مللي أمبير في الساعة تعطي 12000 مللي أمبير في الساعة (12 أمبير في الساعة) بجهد خلية واحدة.
- جهد اسمي
- متوسط الجهد التمثيلي لخلية أثناء التفريغ (عادة 3.6–3.7 فولت لليثيوم-أيون، 3.2 فولت لـ LiFePO4)، يُستخدم لتحديد حجم الحزم على الرغم من أن الجهد الفعلي يتراوح من الشحن الكامل (~4.2 فولت) إلى الحد الأدنى (~2.5–3.0 فولت).
- السعة (مللي أمبير في الساعة / أمبير في الساعة)
- الشحنة التي يمكن للخلية تسليمها. مللي أمبير-ساعة (مللي أمبير في الساعة) ÷ 1000 = أمبير-ساعة (أمبير في الساعة). خلية 3000 مللي أمبير في الساعة تحتفظ بـ 3.0 أمبير في الساعة.
- واط-ساعة (Wh)
- الطاقة المخزنة، تساوي الجهد × أمبير-ساعة. Wh هي الطريقة الأعدل للمقارنة بين الحزم ذات الفولتاجات المختلفة: \(E_{\text{واط-ساعة}} = V \times \text{أمبير في الساعة}\).
- نظام إدارة البطارية (BMS)
- إلكترونيات تحمي الحزمة بموازنة خلايا السلسلة والحماية من الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتيار الزائد ودرجة الحرارة الزائدة. يجب أن يطابق نظام إدارة البطارية عدد السلاسل في الحزمة (على سبيل المثال، "13S BMS").
- معدل C
- التيار نسبة إلى السعة. 1C هو التيار الذي يفرغ الحزمة بالكامل في ساعة واحدة؛ حزمة 12 أمبير في الساعة بـ 1C تسحب 12 أمبير، بـ 2C تسحب 24 أمبير.
- رمز SxP
- اختصار لتخطيط الحزمة: الرقم قبل "S" هو خلايا السلسلة (تحدد الجهد)، الرقم قبل "P" هو الخلايا المتوازية لكل مجموعة (تحدد السعة). إجمالي الخلايا = S × P. على سبيل المثال، 13S5P = 65 خلية.
الأسئلة الشائعة
هل يرفع التوالي أم التوازي الجهد؟ التوصيل على التوالي يرفع الجهد، بينما التوصيل على التوازي يزيد السعة (وقدرة التيار).
أي جهد ينبغي أن أستخدم؟ استخدم الجهد الاسمي (عادةً بين \(3.6\) و\(3.7\,\text{V}\)) عند تقدير الطاقة. أما الخلايا المشحونة بالكامل فتصل إلى نحو \(4.2\,\text{V}\).
لماذا نستخدم الواط-ساعة؟ تقيس الواط-ساعة إجمالي الطاقة المخزّنة، وتتيح لك مقارنة الحزم ذات الجهود المختلفة مقارنة عادلة.
