Bộ sạc lithium 48V (13S) so với 52V (14S): Tại sao điện áp sạc không thể thay thế cho nhau

Bất cứ ai dành thời gian trên các diễn đàn xe đạp điện đều từng thấy câu hỏi được đặt ra dưới hình thức này hay hình thức khác: Tôi có thể sạc pin 48V bằng bộ sạc 52V không? Câu trả lời ngắn gọn trung thực là một công ty không và câu trả lời đó không phải là một cảnh báo thận trọng về sản phẩm. Nó xuất phát từ cách cấu tạo của các bộ pin lithium và điện áp chính xác mà bộ sạc phải cung cấp để nạp chúng một cách an toàn.

Một gói lithium 48V thường được nối thành 13 ô nối tiếp, các kỹ sư cấu hình gọi là 13S. Một gói 52V được xây dựng dưới dạng 14S. Một tế bào bổ sung đó thay đổi điện áp danh định từ 48,1V lên 51,8V và quan trọng hơn là để sạc, tăng điện áp sạc an toàn tối đa từ 54,6V lên 58,8V. Hai gói yêu cầu điểm đặt sạc khác nhau nên bộ sạc của chúng không thể thay thế cho nhau.

Hóa học đằng sau cấu hình 13S và 14S

Các tế bào lithium-ion được sử dụng trong xe đạp điện, xe tay ga, máy bay không người lái, dụng cụ điện và AGV hoạt động với điện áp danh định là 3,6V hoặc 3,7V mỗi tế bào và điện áp sạc tối đa nghiêm ngặt là 4,2V mỗi tế bào. Khi các ô được mắc nối tiếp, điện áp của chúng sẽ được cộng lại với nhau. Do đó, gói 13S đạt điện áp danh định là 48,1V (13 ô ở mức 3,7V mỗi ô) và điện áp sạc đầy là 54,6V (13 ô ở mức 4,2V mỗi ô). Gói 14S đạt điện áp danh định là 51,8V (14 ô ở mức 3,7V mỗi ô) và điện áp sạc đầy là 58,8V (14 ô ở mức 4,2V mỗi ô).

tham số	48V (13S)	52V (14S)
Các tế bào nối tiếp	13	14
Điện áp danh định	48,1V	51,8V
Điện áp sạc đầy	54,6V	58,8V
Điện áp trống điển hình	~39V	~42V
Điểm đặt CV của bộ sạc	54,6V	58,8V

Khi số học này rõ ràng, vai trò của bộ sạc sẽ trở nên dễ hiểu hơn nhiều. Bộ sạc không chỉ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện mà còn có nhiệm vụ dừng ở điện áp được kiểm soát. Trong cấu hình sạc CC-CV, điện áp cuối cùng đó là giá trị duy nhất quyết định xem pin có đầy an toàn hay không.

Tại sao 54,6V và 58,8V là giới hạn tuyệt đối

Hầu hết các bộ sạc lithium đều tuân theo cấu hình sạc dòng điện không đổi, điện áp không đổi (CC-CV). Trong giai đoạn đầu tiên, bộ sạc cung cấp dòng điện cố định và điện áp của bộ sạc tăng lên. Khi gói đạt đến điểm đặt điện áp của bộ sạc, bộ sạc sẽ giữ điện áp đó và cho phép dòng điện giảm dần. Chỉ khi dòng điện giảm xuống một phần nhỏ so với giá trị ban đầu thì bộ sạc mới báo pin đầy. Do đó, điểm đặt điện áp không phải là một thông số kỹ thuật nhỏ; nó là cốt lõi của việc kiểm soát phí.

Bộ sạc có điểm đặt 54,6V theo thiết kế là bộ sạc 13S. Bộ sạc có điểm đặt 58,8V là bộ sạc 14S. Nhãn "48V" hoặc "52V" được in trên vỏ là cách viết tắt thuận tiện, nhưng điện áp sạc đầy là con số quyết định xem bộ sạc và pin có tương thích hay không. Bạn có thể tìm thêm thông tin cơ bản về mối quan hệ giữa điện áp di động và điểm đặt của bộ sạc trong hướng dẫn chi tiết của chúng tôi về điện áp sạc pin lithium .

Điều gì xảy ra khi điện áp bộ sạc và pin không khớp

Sử dụng Bộ sạc 52V trên Bộ sạc 48V (13S)

Lỗi nguy hiểm nhất là kết nối bộ sạc 52V với bộ 48V. Bộ sạc giữ đầu ra ở mức 58,8V và điện áp đó chỉ được đặt trên 13 ô. Với 13 ô nối tiếp, điện áp đặt vào là 4,52V trên mỗi ô. Pin lithium cao cấp được định mức tối đa 4,2V. Ở mức 4,52V, cực âm bị suy giảm, quá trình phân hủy chất điện phân tăng tốc, quá trình tạo khí bắt đầu và gói có thể phồng lên, thoát hơi hoặc bắt lửa. Ngay cả một kết nối duy nhất cũng có thể gây ra hư hỏng vĩnh viễn, vì vậy không bao giờ được thử kết hợp này.

Sử dụng Bộ sạc 48V trên Bộ sạc 52V (14S)

Lỗi ngược lại ít nghiêm trọng hơn ở chu kỳ đầu tiên nhưng vẫn không thể chấp nhận được. Bộ sạc 48V dừng ở mức 54,6V. Trên 14 ô, điện áp áp dụng chỉ ở mức 3,9V trên mỗi ô, tức là khoảng 60 đến 70% trạng thái sạc đối với các chất hóa học lithium-ion thông thường. Gói thường xuyên bị sạc thiếu, thời gian chạy giảm và BMS không bao giờ hoàn thành quá trình cân bằng vì cân bằng thường xảy ra ở đầu đường cong sạc. Qua nhiều chu kỳ, sự biến đổi giữa các tế bào sẽ mở rộng và dung lượng giảm dần nhanh hơn bình thường.

Bộ sạc 48V không thể thích ứng với bộ sạc 52V bằng cách cắm nó lâu hơn. Bộ sạc giữ nguyên điểm đặt trong khi dòng điện giảm; nó sẽ không bao giờ tạo ra điện áp vượt quá giới hạn thiết kế của nó. Tính phí quá thấp không phải là một sự bất tiện vô hại; đó là lỗi vận hành làm giảm tuổi thọ pin.

BMS không thể bảo vệ gói hoàn toàn

Một số người dùng mong đợi hệ thống quản lý pin sẽ tự động từ chối mọi bộ sạc sai. Trên thực tế, BMS là thiết bị giám sát và bảo vệ, không phải bộ điều khiển sạc. Nó có thể cắt đầu vào sạc khi điện áp di động vượt qua ngưỡng báo động, thường được đặt ở mức gần 4,25V trên mỗi tế bào. Trong kịch bản 52V trên 48V, mỗi ô tăng lên 4,52V. BMS có thể ngắt nhưng cũng có thể phản ứng quá chậm hoặc không mở được MOSFET sạc một cách ổn định. Ngay cả khi tính năng bảo vệ hoạt động, các tế bào đã bị đẩy vượt quá mức định mức của chúng.

Cân bằng tế bào cũng không giải quyết được vấn đề. Cân bằng thụ động chỉ chuyển dòng điện hàng chục milliamp, trong khi bộ sạc cung cấp dòng điện ampe. Nếu điện áp sạc sai, mạch cân bằng không thể hấp thụ phần dư thừa. BMS phải luôn được coi là tuyến phòng thủ cuối cùng, không được phép sử dụng bộ sạc tùy ý.

Ghép bộ sạc với số lượng tế bào, không chỉ nhãn

Khi lựa chọn bộ sạc thay thế và OEM/ODM, một lỗi phổ biến là chỉ định "bộ sạc 48V" hoặc "bộ sạc 52V" dựa trên nhãn trên vỏ mà không kiểm tra điểm đặt điện áp không đổi trong bảng thông số kỹ thuật. Đối với pin lithium, mã định danh có ý nghĩa là số lượng ô nối tiếp: 13S hoặc 14S. Điểm đặt CV của bộ sạc phải phù hợp với điện áp sạc đầy của gói và dòng điện cuối của nó phải phù hợp với yêu cầu của BMS. Điểm đặt sai sẽ tính phí thấp hơn một loại gói hoặc tính phí quá mức cho loại gói kia ngay từ chu kỳ đầu tiên.

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

Bộ sạc pin lithium 48V 52V có tính năng sạc nhanh và bảo vệ an toàn Bộ sạc này hỗ trợ gói lithium 48V và 52V cho xe đạp điện, xe tay ga điện tử và bộ lưu trữ. Nó có tính năng bảo vệ an toàn chín lớp và tự động phát hiện đối với Li-ion và LiFePO4, hữu ích khi xác minh điểm đặt CV để tích hợp. Xem sản phẩm →

Các nhà sản xuất bộ sạc có uy tín xây dựng mỗi kiểu máy dựa trên một số ô nối tiếp cố định và in cả điện áp danh định của pin và điện áp sạc đầy trên nhãn định mức. Đối với các nhà tích hợp làm việc trên xe tay ga điện tử, xe đạp điện, máy bay không người lái, dụng cụ điện hoặc AGV, bộ sạc là một phần của kiến trúc hệ thống chứ không phải là một suy nghĩ lại. Các biến thể sạc nhanh có thể tăng dòng điện ở pha dòng không đổi, nhưng chúng vẫn phải tuân theo cùng đường bao điện áp CC-CV. Khi bạn đánh giá bộ sạc cho dự án sản xuất hoặc tích hợp, hãy xác nhận điểm đặt CV, kiểm tra ngưỡng bảo vệ quá áp và xác minh rằng dòng điện cuối tương thích với BMS của gói. Quá trình kiểm tra này mất vài phút và ngăn chặn các lỗi hiện trường vốn tốn kém hơn nhiều nếu giải quyết sau này.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Tôi có thể sử dụng bộ sạc 52V trên pin 48V dù chỉ một lần không?

Không. Một kết nối duy nhất buộc gói 13S ở mức 4,52V trên mỗi ô. Ngay cả một sự kiện quá điện áp cũng có thể làm suy giảm cực âm, tạo ra khí và trong trường hợp cực đoan có thể đốt cháy gói điện. Đừng thử nó, thậm chí trong một thời gian ngắn.

Câu hỏi 2: Cuối cùng, bộ sạc 48V có sạc đầy pin 52V không?

Không. Điểm đặt CV của bộ sạc 48V là 54,6V. Trên gói 14S, điện áp này chỉ cung cấp khoảng 3,9V cho mỗi ô, khoảng 60 đến 70% trạng thái sạc. Cấu hình CC-CV giữ điện áp ở mức 54,6V và giảm dòng điện; điện áp gói không bao giờ đạt tới 58,8V.

Câu 3: Tại sao pin 48V của tôi báo 54,6V sau khi sạc?

Bởi vì 13 ô nối tiếp, mỗi ô có điện áp 4,2V, cộng lại thành 54,6V. Đó chính xác là điện áp sạc đầy chính xác cho gói lithium 48V (13S).

Câu hỏi 4: Có thể sử dụng bộ sạc axit chì cho gói lithium không?

Không. Bộ sạc axit chì sử dụng các ngưỡng điện áp và đường cong sạc khác nhau, đồng thời chúng có thể sạc quá mức hoặc sạc quá mức nghiêm trọng các tế bào lithium. Bộ sạc phải được thiết kế dành cho hóa chất lithium và số lượng tế bào theo dãy cụ thể của gói.

Kết luận: Điện áp là một thông số kỹ thuật, không phải là một ưu tiên

Các nhãn 48V và 52V là cách viết tắt thuận tiện nhưng chúng ẩn chứa một chi tiết kỹ thuật quan trọng. Gói 48V là gói 13S có ngưỡng sạc đầy 54,6V; gói 52V là gói 14S có ngưỡng 58,8V. Bộ sạc được thiết kế xung quanh các ngưỡng đó và sự khác biệt một cell khiến bộ sạc không tương thích về mặt điện.

Khi bạn chỉ định, mua hoặc thiết kế bộ sạc pin lithium, hãy xác minh điểm đặt điện áp không đổi so với số lượng ô nối tiếp của pin. Không bao giờ thay thế bộ sạc dành cho cấu hình khác. Nguyên tắc đơn giản này giúp ngăn ngừa tình trạng quá điện áp, bảo vệ tuổi thọ của pin và giữ cho xe đạp điện, xe tay ga, máy bay không người lái và AGV hoạt động an toàn bên trong đường bao điện áp được thiết kế của chúng.