Voltaje de la batería LiFePO4 de un vistazo
Una sola celda LiFePO4 comúnmente tiene una potencia nominal de aproximadamente3,2 V nominales. Para crear un paquete de baterías de mayor-voltaje, se conectan varias celdas en serie para que sus voltajes se sumen.
Por ejemplo, cuatro celdas de 3,2 V conectadas en serie crean un voltaje nominal de paquete de:
3.2V × 4 = 12.8V
Esta es la razón por la que una batería que se vende como "batería LiFePO4 de 12 V" suele ser de 12,8 V nominal en lugar de exactamente 12,0 V.
Tabla de voltaje de la batería LiFePO4
| Sistema comercializado | Configuración común | Tensión nominal típica | Voltaje de carga máximo típico* |
|---|---|---|---|
| 12V | 4S | 12.8V | 14.6V |
| 24V | 8S | 25.6V | 29.2V |
| 36V | 12S | 38.4V | 43.8V |
| 48V | 16S | 51.2V | 58.4V |
La consistencia del voltaje en cada celda de un paquete es fundamental para una larga vida útil y seguridad. Incluso pequeñas diferencias en el voltaje de la celda amplificarán los ciclos de carga-descarga excesiva, creando un desequilibrio que reduce la capacidad utilizable y acorta la vida útil del paquete. En Greatech, nuestro-laboratorio interno de pruebas de celdas clasifica y combina celdas de Grado A dentro de ±15 mV antes del ensamblaje para maximizar la longevidad del paquete.
Para obtener un desglose técnico más profundo de la electroquímica LiFePO4, consulte esta guía independiente paraCaracterísticas de voltaje de la batería LiFePO4de la Universidad de Battery.
¿Qué significa el voltaje de la batería LiFePO4?
El núcleo de cada sistema LiFePO4 es la celda nominal individual de 3,2 V. Este voltaje proviene directamente del potencial electroquímico del cátodo de fosfato de hierro y litio y define las características de funcionamiento de toda la batería.
Una sola celda de LiFePO4 tiene una meseta de descarga característicamente plana, lo que significa que mantiene un voltaje casi-constante en la mayor parte de su capacidad. Esto es muy diferente de las celdas de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), que tienen un voltaje nominal más alto de 3,7 V pero una caída de voltaje más pronunciada a medida que se descargan.
Términos clave de voltaje
| Término | Significado | Por qué es importante |
|---|---|---|
| Tensión nominal | Voltaje de referencia utilizado para describir una batería. | Selección del sistema |
| Voltaje de carga | Voltaje aplicado durante la carga | Compatibilidad del cargador |
| Voltaje de reposo | Tensión medida con poca o ninguna carga. | Diagnóstico |
| Voltaje de trabajo | Tensión real bajo carga operativa | Rendimiento del sistema |
| Cortar-voltaje | Límite de protección o funcionamiento | Protección de la batería |
Una buena especificación de ingeniería debería distinguir entre estos valores en lugar de referirse simplemente al "voltaje de la batería".
Cómo las celdas en serie determinan el voltaje del paquete LiFePO4
Los sistemas de baterías aumentan el voltaje total conectando celdas individuales en serie. En una configuración en serie, el terminal positivo de una celda se conecta al terminal negativo de la siguiente. Esto suma el voltaje de cada celda y mantiene la capacidad total (Ah) igual que la de una sola celda.
La fórmula básica es:
Voltaje del paquete=Voltaje de celda × Número de celdas en serie
3,2 V × 4 celdas=12.8V nominal
Con una referencia de carga superior de 3,65 V-por-celda:
3,65 V × 4 celdas=14.6V
Configuraciones de serie comunes
| Configuración | Voltaje nominal de la celda | Celdas en serie | Paquete de voltaje nominal |
|---|---|---|---|
| 4S | 3.2V | 4 | 12.8V |
| 8S | 3.2V | 8 | 25.6V |
| 12S | 3.2V | 12 | 38.4V |
| 16S | 3.2V | 16 | 51.2V |
Las conexiones en serie aumentan el voltaje.
Las conexiones en paralelo aumentan la capacidad y la capacidad de corriente, mientras que el voltaje nominal permanece aproximadamente igual.
Por ejemplo:
4 celdas en serie → aproximadamente 12,8 V
8 celdas en serie → aproximadamente 25,6 V
16 celdas en serie → aproximadamente 51,2 V
Por ejemplo, si se utilizan celdas idénticas:
4S1P=cuatro celdas en serie, una cadena paralela
4S2P=cuatro grupos de series con dos celdas en cada grupo paralelo
Grupos de la serie 16S4P=16, cuatro celdas por grupo paralelo
Si una celda individual tiene una capacidad de 100 Ah, una batería 16S1P puede tener aproximadamente 51,2 V 100 Ah. Un sistema 16S2P que utilice las mismas celdas puede tener aproximadamente 51,2 V 200 Ah.
Greatech describe que sus instalaciones de fabricación incluyen equipos automatizados de clasificación de celdas, soldadura, ensamblaje de PACK, pruebas de BMS, pruebas de carga-descarga y envejecimiento, todos ellos relevantes para la producción controlada de-paquetes de baterías. Puede revisar los equipos de producción de baterías de la empresa y las capacidades de fabricación de PACK.
Comparación de sistemas LiFePO4 de 12 V, 24 V, 36 V y 48 V
Los sistemas de baterías aumentan el voltaje total conectando celdas individuales en serie. En una configuración en serie, el terminal positivo de una celda se conecta al terminal negativo de la siguiente. Esto suma el voltaje de cada celda y mantiene la capacidad total (Ah) igual que la de una sola celda.
Este principio de celda en serie es cómo se construyen todos los voltajes estándar del sistema LiFePO4. Debido a que cada celda tiene 3,2 V nominales, el voltaje total del sistema es simplemente 3,2 V multiplicado por la cantidad de celdas en serie.
Sistema LiFePO4 de 12V
Un paquete LFP típico de clase de 12 V-utiliza cuatro celdas en serie.
lo comúnVoltaje LFP de 12 Vlos valores son:
Configuración: 4S
Tensión nominal: aproximadamente 12,8 V
4 celdas en serie (4S)=12.8V nominal
Las baterías de clase 12V-se utilizan con frecuencia en:
sistemas eléctricos para vehículos recreativos,
energía auxiliar marina,
sistemas de energía portátiles,
equipo de respaldo,
pequeños sistemas solares,
liderar-proyectos de reemplazo de ácido.
Sistema LiFePO4 de 24 V
Un comúnPaquete LiFePO4 de 24 VUtiliza una configuración 8S.
Los valores de referencia típicos son:
Configuración: 8S
Tensión nominal: aproximadamente 25,6 V
8 celdas en serie (8S)=25.6V nominal
Referencia de carga máxima típica: aproximadamente 29,2 V
Sistema LiFePO4 de 36 V
Una arquitectura LiFePO4 de clase 36V-común es 12S.
Los valores típicos son:
Configuración: 12S
Tensión nominal: aproximadamente 38,4 V
12 celdas en serie (12S)=38.4V nominal
Referencia de carga superior típica: aproximadamente 43,8 V
Sistema LiFePO4 de 48 V
Muchas baterías LiFePO4 de clase 48 V-utilizan 16 celdas en serie.
TípicoVoltaje LFP de 48 Vlos valores son:
Configuración: 16S
Tensión nominal: aproximadamente 51,2 V
16 celdas en serie (16S)=51.2V nominal
Referencia de carga superior típica: aproximadamente 58,4 V
Greatech publicadoalmacenamiento-de energíaLa información del producto incluye sistemas basados en LiFePO4-con voltajes en serie más altos para aplicaciones a escala-comercial, lo que demuestra cómo el mismo principio de celdas en serie continúa más allá de los paquetes de 12 V a 48 V.
Comparación del sistema de voltaje
| Clase de sistema | Configuración común | Tensión nominal | Cargo máximo típico* | Aplicaciones de ejemplo |
|---|---|---|---|---|
| 12V | 4S | 12.8V | 14.6V | RV, marino, energía portátil |
| 24V | 8S | 25.6V | 29.2V | Equipos solares e industriales. |
| 36V | 12S | 38.4V | 43.8V | movilidad, maquinaria |
| 48V | 16S | 51.2V | 58.4V | ESS, telecomunicaciones, sistemas de mayor-energía |
Voltaje de carga de LiFePO4, voltaje en reposo y límites de bajo-voltaje
Por esta razón, cualquier útilTabla de voltaje de la batería LiFePO4debe identificar la condición de funcionamiento en lugar de proporcionar un número inexplicable.
Voltaje de carga
Durante la carga, el voltaje del paquete aumenta a medida que el cargador suministra corriente.
El BMS puede monitorear el voltaje de cada celda e interrumpir la carga si una celda alcanza un umbral de voltaje alto- programado. Dependiendo del diseño del BMS, el equilibrio de la celda también puede ocurrir cerca de la parte superior del ciclo de carga.
Un paquete 4S, por ejemplo, no debe cargarse utilizando la configuración prevista para un paquete 8S o 16S.
Voltaje de reposo
Después de que se detiene la carga o descarga, el voltaje de la batería puede cambiar a medida que las celdas se relajan hacia una condición de reposo.
Voltaje bajo carga
Una batería puede mostrar un voltaje de reposo saludable, pero caer significativamente cuando se suministra una corriente grande.
El BMS puede apagar la batería si el voltaje de una o más celdas cae por debajo de su umbral de protección configurado.
No utilice números de corte-genéricos a ciegas
Diferentes celdas y paquetes de baterías pueden usar límites diferentes.
Voltaje de la batería LiFePO4 versus voltaje de la batería de plomo-ácido
Una celda LiFePO4 típica tiene aproximadamente 3,2 V nominales.
Cuatro celdas en serie producen:
4 × 3.2V = 12.8V
Una batería de plomo-ácido tradicional de 12 V se construye a partir de seis celdas electroquímicas de aproximadamente 2 V.
Por lo tanto, ambos pueden describirse como sistemas de "clase 12 V-", aunque tienen diferentes curvas de voltaje y requisitos de carga.
El comportamiento de descarga es diferente
La química LiFePO4 generalmente mantiene un perfil de voltaje comparativamente plano durante una gran parte de su capacidad utilizable.
Esto significa que los equipos que estiman la capacidad únicamente a partir del voltaje pueden comportarse de manera diferente después de cambiar la química de la batería.
Cómo elegir entre sistemas LiFePO4 de 12 V, 24 V, 36 V y 48 V
No existe un único voltaje que sea automáticamente el mejor.
El voltaje correcto del sistema depende de la carga eléctrica, la arquitectura del equipo, los requisitos actuales y las limitaciones de la instalación.
1. Comience con el voltaje del equipo
La batería debe ser compatible con el rango de voltaje aceptado por el equipo.
Controlar:
límites del controlador del motor,
rango de entrada del inversor,
Entrada del convertidor CC/CC,
especificaciones del cargador,
arquitectura BMS,
Electrónica auxiliar.
Nunca elijas el voltaje de la batería independientemente del equipo que alimentará.
2. Calcular potencia y corriente
La relación eléctrica básica es:
Potencia=Voltaje × Corriente
Reordenado:
Corriente=Potencia ÷ Voltaje
Considere una carga simplificada de 2400 W.
A 12V:
2,400W ÷ 12V ≈ 200A
A 48V:
2,400W ÷ 48V ≈ 50A
3. Verifique la corriente máxima
La batería debe soportar:
corriente de descarga continua,
corriente máxima de descarga,
duración máxima,
condiciones de temperatura,
Límites de caída de tensión.
4. Considere el tiempo de ejecución
La energía de la batería se puede estimar usando:
Energía (Wh)=Voltaje nominal × Capacidad (Ah)
Por ejemplo:
25,6 V × 100 Ah=2, 560 Wh
Dos sistemas de baterías pueden tener diferentes voltajes y clasificaciones de Ah y al mismo tiempo almacenar cantidades similares de energía.
5. Haga coincidir el BMS
El BMS debe admitir el número correcto de celdas en serie.
Un BMS 8S no es intercambiable con un BMS 16S simplemente porque ambos se usan con química LiFePO4.
Cómo medir y solucionar problemas del voltaje de la batería LiFePO4
La medición de voltaje puede ayudar a diagnosticar un sistema de batería, pero la medición debe tomarse de manera segura e interpretarse en contexto.
Paso 1: use un multímetro adecuado
Utilice un multímetro digital con la clasificación adecuada y seleccione el rango de voltaje de CC correcto.
Confirme que el instrumento, las sondas y el método de prueba sean apropiados para el voltaje de la batería involucrada.
Paso 2: Mida el voltaje del paquete
Mida a través de los terminales de salida positivo y negativo designados en el paquete.
Compara el resultado con:
voltaje esperado del sistema,
estado de carga,
estado de BMS,
condición del cargador.
Paso 3: comparar el voltaje en reposo y cargado
Un proceso de diagnóstico útil es comparar:
voltaje sin carga significativa,
tensión mientras el equipo está en funcionamiento.
Una gran caída bajo carga puede indicar una demanda de corriente excesiva, conexiones deficientes, SOC bajo o mayor resistencia interna.
Paso 4: Revisar el nivel de voltaje-de la celda cuando sea apropiado
En sistemas reparables diseñados para técnicos calificados, cada individuoceldas en serieo se pueden comparar grupos de series.
Una diferencia significativa entre un grupo de la serie y los demás puede indicar un desequilibrio u otra condición que requiera mayor investigación.
No abra ni sondee paquetes de baterías sellados de alta energía-a menos que esté capacitado y el producto esté diseñado para el acceso al servicio.
Síntomas comunes
| Observación | Posible causa | Cheque recomendado |
|---|---|---|
| Voltaje del paquete inferior al esperado | SOC bajo o estado de protección | Cargador y BMS |
| El voltaje cae rápidamente bajo carga | Alta corriente o alta resistencia | Corriente de carga y conexiones. |
| Un grupo de series difiere notablemente | Desequilibrio celular o problema celular | Mediciones de grupo-celular |
| La batería no se carga | Problema con el cargador, el cableado o el BMS | Especificaciones del sistema |
| La batería se apaga al acelerar | Demanda actual máxima- | BMS y clasificación actual del paquete |
Si persisten diferencias anormales entre las celdas después de una carga y un equilibrio adecuados, se debe evaluar el funcionamiento continuo de acuerdo con las instrucciones de servicio del fabricante.
Para consultas técnicas, utilice la página de contacto y soporte técnico de baterías de Greatech.
Preguntas frecuentes sobre el voltaje de la batería LiFePO4
¿Cuál es el voltaje nominal de una celda LiFePO4?
Una celda LiFePO4 comúnmente tiene una clasificación de aproximadamente3,2 V nominales. El voltaje real varía durante la carga, el reposo y la descarga.
¿Cuál es el voltaje de una batería LiFePO4 de 12 V completamente cargada?
Para un paquete 4S común que utiliza 3,65 V como límite de carga de nivel de celda-, el voltaje de carga superior es aproximadamente14.6V.
La especificación de carga exacta siempre debe provenir del fabricante de la batería.
¿Por qué una batería LiFePO4 de 12 V tiene una potencia nominal de 12,8 V?
Una batería LiFePO4 típica de 12 V- utiliza cuatro celdas de 3,2 V en serie:
4 × 3.2V = 12.8V
Por lo tanto, "12 V" es una descripción de clase-del sistema en lugar del voltaje nominal preciso.
¿Cuántas celdas LiFePO4 se necesitan para una batería de 24 V?
Una batería LFP común de clase -de 24 V utiliza8 celdas en serie, dando como resultado aproximadamente:
8 × 3,2 V=25.6V nominal
¿Cuántas celdas se usan comúnmente en una batería LiFePO4 de 48 V?
Una configuración común es16S, o 16 celdas en serie.
Utilizando celdas nominales de 3,2 V:
16 × 3,2 V=51.2V nominal
¿Por qué una batería de 48 V suele tener una potencia nominal de 51,2 V?
Porque "48V" comúnmente se refiere a la clase del sistema.
Una configuración LiFePO4 16S produce aproximadamente 51,2 V nominales, mientras que el equipo está diseñado según el rango operativo real de la batería.
¿Puedo utilizar un cargador-de plomo para una batería LiFePO4?
Solo si el perfil del cargador es explícitamente compatible con los requisitos del fabricante de la batería LiFePO4.
No asuma la compatibilidad basándose únicamente en el voltaje nominal.
¿Puede el voltaje mostrar con precisión el estado de carga?
Sólo aproximadamente.
Las baterías LiFePO4 tienen un perfil de voltaje de descarga- relativamente plano en gran parte de su rango de capacidad, por lo que un sistema de conteo BMS o culombio- configurado adecuadamente puede proporcionar una estimación del SOC más útil que el voltaje solo.
¿Qué sucede si un grupo de celdas tiene un voltaje diferente?
Una diferencia significativa puede indicar desequilibrio, capacidad inconsistente, problemas de conexión u otra condición de la batería.
El BMS puede limitar la carga o descarga cuando una celda alcanza un umbral de protección antes que las demás.
¿Debo elegir 12V, 24V o 48V?
Elija según el rango operativo del equipo, la potencia, la corriente, el diseño del cable, el cargador, el BMS y los requisitos de instalación.
Un voltaje más alto puede reducir la corriente para una demanda de energía determinada, pero no es automáticamente la opción correcta para cada proyecto.
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Elegir la batería adecuada requiere más que seleccionar una etiqueta de voltaje.
Para un proyecto industrial o OEM, la especificación completa normalmente debe incluir:
| Parámetro del proyecto | Información para proporcionar |
|---|---|
| Tensión nominal | e.g. 12.8V, 25.6V, 38.4V, 51.2V |
| Capacidad | Ah o que |
| Corriente continua | A |
| Corriente máxima | A y duración |
| Tamaño físico | Largo × ancho × alto |
| Solicitud | ESS, movilidad, UAV, equipamiento industrial, etc. |
| Comunicación | CAN, RS485 o proyecto-específico |
| Conector | Tipo de conector requerido |
| Temperatura de funcionamiento | Requisito del proyecto |
| Proceso de dar un título | Mercado objetivo/requisito de aplicación |
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Conclusión final
El concepto más importante es simple: el voltaje del sistema LiFePO4 está determinado principalmente por el número de celdas conectadas en serie.
Una celda nominal común de 3,2 V produce aproximadamente:
4S = 12.8V
8S = 25.6V
12S = 38.4V
16S = 51.2V
Sin embargo, el voltaje nominal es sólo una parte de la selección de la batería. Se deben considerar en conjunto el voltaje de carga, los límites de descarga, la configuración del BMS, la capacidad actual, la compatibilidad del equipo, la temperatura y los requisitos de la aplicación.
Para compradores, ingenieros e integradores de sistemas, el enfoque más seguro es utilizar tablas de voltaje como herramienta de orientación y utilizar las especificaciones reales de la celda, el paquete, el cargador y el equipo para las decisiones finales de ingeniería.
Referencias y recursos de seguridad
Para los requisitos de cumplimiento específicos del proyecto-, los estándares aplicables dependen del mercado y la aplicación previstos. UL Solutions identifica estándares comoUL 1973, CEI 62619y otros estándares-específicos de baterías en casos de uso estacionarios, industriales y de transporte.
Las baterías de litio destinadas al transporte también se abordan enManual de Pruebas y Criterios de las Naciones Unidas, subsección 38.3.
Descargo de responsabilidad técnica:Este artículo proporciona información educativa general y no sustituye la hoja de datos del fabricante de la batería, la especificación BMS, el manual del cargador, la revisión de ingeniería eléctrica ni los requisitos de certificación y seguridad aplicables.
