납축전지는 제조 공정, 사용 유형 또는 배터리 용량에 관계없이 단일 배터리의 정격 전압이 일반적으로 2V입니다. 따라서 배터리 팩의 정격 전압(24V, 48V 등)은 여러 개의 단일 배터리를 직렬로 연결하여 구성해야 합니다.
배터리 용량은 전기 장비의 사용 요구 사항에 따라 수 암페어시부터 수천 또는 수만 암페어시까지 결정됩니다. 그러나 제조, 운송, 취급, 설치 및 연결 등 다양한 이유로 배터리를 매우 크게 만드는 것은 불가능합니다. 따라서 단일 배터리의 연결 조합을 통해 필요한 정격 용량과 작동 전압을 해결해야 합니다.
직렬 연결(전압 증가)
배터리 팩의 직렬 연결 방식은 여러 배터리의 양극(+)과 음극(-)을 순차적으로 연결하고, 양 끝단을 전체 출력으로 사용하는 것입니다. 이 연결 방식에서 전체 전압 = 단일 셀 전압 × 배터리 개수, 전체 용량 = 단일 셀 용량(변하지 않음)입니다. 예를 들어, 12V 100Ah 배터리 4개를 직렬로 연결하면 전체 전압은 12V × 4 = 48V가 되고, 전체 용량은 여전히 100Ah(단일 셀과 동일)입니다.
이것은 가장 일반적인 연결 방식입니다. 필요한 배터리 용량과 배터리 팩 전압이 결정되면 용량이 1000Ah 미만인 경우 일반적으로 단일 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성합니다. 이 방식은 배터리 팩을 설치, 연결, 유지보수 및 수리하는 데 더 직관적이고 편리합니다. 배터리 팩의 실제 용량은 배터리 팩에서 가장 낮은 단일 셀 용량을 찾아 결정할 수 있습니다.
직렬 연결은 전기차, 태양광 시스템 및 산업 장비와 같이 더 높은 전압이 필요한 장치에 적합합니다. 그러나 전력 불균형으로 인한 과충전 또는 과방전을 방지하기 위해 직렬로 연결된 모든 배터리는 동일한 모델, 용량 및 사용 기간이어야 한다는 점에 유의해야 합니다. 또한 안전과 배터리 수명을 보장하기 위해 충전 시에는 일치하는 전압(예: 48V 충전기)의 충전기를 사용해야 합니다.
병렬 연결(용량 증가)
배터리 팩의 병렬 연결 방식은 모든 배터리의 양극과 음극을 연결하고, 병렬 그룹의 양 끝단에서 전체 출력을 인출하는 것입니다. 이 연결 방식에서 전체 전압 = 단일 셀 전압(변하지 않음), 전체 용량 = 단일 셀 용량 × 배터리 개수입니다. 예를 들어, 12V 100Ah 배터리 4개를 병렬로 연결하면 전체 전압은 여전히 12V이지만, 전체 용량은 100Ah × 4 = 400Ah로 증가합니다.
이 방식은 작동 전압과는 무관하며 용량만 확장합니다. 일반적으로 단일 셀을 직렬로 연결하여 구성된 두 개의 독립적인 배터리 팩을 병렬로 사용합니다. 이렇게 하면 두 배터리 그룹을 별도로 유지보수하고 수리할 수 있으며, 배터리 팩을 병렬로 작동시킨 후에는 단일 그룹의 방전 전류가 감소합니다. 따라서 동일한 종료 전압에서 두 병렬 배터리 그룹의 실제 방전 용량은 각 그룹의 정격 용량의 합보다 큽니다.
병렬 연결은 RV 에너지 저장 시스템, UPS 전원 공급 장치 등 더 큰 용량과 더 긴 배터리 수명을 필요로 하는 장치에 적합합니다. 그러나 병렬 배터리의 전압은 엄격하게 일치해야 하며(차이는 가급적 ≤0.1V), 그렇지 않으면 전압 차이로 인해 전류 역류가 발생하여 배터리가 손상될 수 있다는 점에 특별히 주의해야 합니다. 안전하고 안정적인 작동을 보장하기 위해 배터리 간 순환 문제를 방지하기 위해 배터리 밸런서를 사용하거나 절연용 다이오드를 추가하는 것이 좋습니다.
하이브리드(직렬-병렬, 전압과 용량 모두 고려)
배터리 팩의 하이브리드(직렬-병렬) 연결 방식은 먼저 직렬로 연결하여 전압을 높이고 그런 다음 병렬로 연결하여 용량을 높여(또는 역순으로 작동) 전압과 용량을 동시에 최적화하는 것입니다. 이 연결 방식에서 전체 전압은 단일 직렬 그룹의 전압과 같고, 전체 용량은 단일 병렬 그룹의 용량에 병렬 그룹의 수를 곱한 것과 같습니다.
2열 4병렬로 연결된 12V 100Ah 배터리 8개를 예로 들면, 먼저 2개의 배터리를 직렬로 연결하여 그룹을 형성하고(12V×2=24V, 용량은 100Ah 유지), 그런 다음 이러한 직렬 배터리 4그룹을 병렬로 연결하면 최종 시스템 출력은 24V 400Ah(100Ah×4)가 됩니다.
이 하이브리드 방식은 대규모 에너지 저장 발전소, 전기선박 및 기타 산업 응용 분야와 같이 높은 전압과 대용량 요구 사항을 모두 충족해야 하는 경우에 특히 적합합니다. 실제 작동에서는 배터리 매개변수의 일관성을 엄격하게 제어해야 하며, 각 직렬 배터리 그룹의 성능 매개변수가 고도로 일치해야 하고 병렬 그룹 간의 전압 차이는 0.2V를 초과해서는 안 됩니다.
복잡한 하이브리드 시스템의 경우, 시스템의 안정적이고 효율적인 작동을 보장하기 위해 실시간 모니터링, 밸런싱 관리 및 안전 보호를 달성할 수 있는 전문 배터리 관리 시스템(BMS)을 구성하는 것이 강력히 권장됩니다.
다음 핵심 사항에 유의하십시오.
배터리를 혼합할 때(즉, 직렬과 병렬을 결합할 때), 시스템의 안전과 안정성을 보장하기 위해 다음 핵심 문제에 특별한 주의를 기울여야 합니다:
배터리 일관성
모든 배터리는 동일한 모델, 동일한 용량 및 일관된 배터리 팩 사용 기간을 사용해야 하며, 각 배터리 간의 전압 차이가 0.1V를 초과하지 않도록 해야 합니다. 배터리 성능이 일치하지 않으면 전력이 더 높은 배터리가 전력이 더 낮은 배터리에 역으로 충전되어 배터리 과열 또는 손상을 일으켜 시스템의 수명과 안전에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
전선 및 커넥터 선택
라인 임피던스를 줄이기 위해 충분한 단면적을 가진 저임피던스 구리 케이블(예: 25mm² 전선은 100A 전류를 지원할 수 있음)을 사용하는 것이 좋습니다. 또한, 납축전지 부식을 방지하고 장기적으로 안정적인 전기 연결을 보장하기 위해 연결 단자는 주석 도금 또는 은도금되어야 합니다.
안전 보호 조치
각 직렬 회로에는 과전류 손상을 방지하기 위해 적절한 사양(예: 정격 전류의 1.25배)의 퓨즈를 설치해야 합니다. 병렬 연결을 사용하는 경우, 배터리 간 순환 전류를 피하기 위해 다이오드 절연 또는 배터리 밸런서를 사용하는 것이 좋으며, 이를 통해 에너지 손실 및 과열 위험을 줄일 수 있습니다.
충전 관리
충전기는 하이브리드 시스템의 전체 전압과 일치해야 합니다(예: 24V 충전기는 24V 배터리 팩에 적합함). 조건이 허락되면 균형 잡힌 충전을 보장하고 배터리 수명을 연장하기 위해 각 직렬 배터리 그룹에 독립적인 충전 포트를 구성할 수 있습니다.
위의 예방 조치를 따르면 하이브리드 배터리 시스템의 신뢰성과 안전성을 효과적으로 향상하고 잠재적인 위험을 피할 수 있습니다.
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