آموزش کامل سری و موازی کردن باتری ۱۸۶۵۰؛ ساخت پک‌های 3S3P، 2S3P و 4S3P

وقتی یک سلول ۱۸۶۵۰ برای پروژه شما ظرفیت یا جریان کافی ندارد، دو راه دارید: افزایش ولتاژ با اتصال سری یا افزایش ظرفیت و جریان با اتصال موازی. اما برای بسیاری از پروژه‌ها، به هر دو نیاز داریم؛ یعنی چند سلول را ابتدا موازی و سپس گروه‌های موازی را با هم سری می‌کنیم. حاصل این ترکیب، آرایش‌هایی مانند 2S3P، 3S3P و 4S3P است. در این نام‌گذاری، عدد قبل از S تعداد گروه‌های سری و عدد بعد از P تعداد سلول‌های موازی در هر گروه را نشان می‌دهد.

در این راهنمای تخصصی الکترواکسپرس، روش ساخت پک‌های ترکیبی با سلول‌های لیتیوم‌یون ۱۸۶۵۰ را بررسی می‌کنیم، ولتاژ و ظرفیت هر آرایش را محاسبه می‌کنیم، اتصال BMS و شارژر مناسب را توضیح می‌دهیم و نکات مهم نقطه‌جوش، بالانس و ایمنی را به زبان ساده ارائه می‌کنیم. اگر ابتدا می‌خواهید با پک‌های فقط سری آشنا شوید، مقاله راهنمای سری کردن باتری‌های ۱۸۶۵۰ به صورت 2S، 3S و 4S را مطالعه کنید.

هشدار ایمنی: سلول‌های لیتیوم‌یون در برابر اتصال کوتاه، شارژ بیش از حد و حرارت زیاد حساس هستند. برای ساخت پک‌های چندسل، از سلول‌های سالم و همسان، دستگاه نقطه‌جوش، BMS متناسب و شارژر CC/CV استفاده کنید. در صورت نداشتن تجربه، مونتاژ پک را به تکنسین بسپارید.

مفهوم S و P در پک باتری چیست؟

حرف S از کلمه Series به معنی سری و حرف P از کلمه Parallel به معنی موازی گرفته شده است. در اتصال سری، مثبت هر سلول یا گروه به منفی گروه بعدی وصل می‌شود؛ بنابراین ولتاژها جمع می‌شوند، اما ظرفیت آمپرساعتی ثابت می‌ماند. در اتصال موازی، مثبت‌ها به هم و منفی‌ها به هم وصل می‌شوند؛ در نتیجه ولتاژ ثابت می‌ماند و ظرفیت و توان جریان‌دهی افزایش پیدا می‌کند.

فرض کنید هر سلول ۱۸۶۵۰ شما ۳.۷ ولت و ۲۵۰۰ میلی‌آمپرساعت ظرفیت دارد. در آرایش 3P، سه سلول موازی یک گروه ۳.۷ ولتی با ظرفیت ۷۵۰۰ میلی‌آمپرساعت می‌سازند. اگر دو گروه مشابه را سری کنید، پک 2S3P به دست می‌آید: ۷.۴ ولت اسمی و ۷۵۰۰ میلی‌آمپرساعت. بنابراین فرمول عمومی چنین است:

• ولتاژ اسمی پک: تعداد سلول‌های سری × ولتاژ اسمی یک سلول
• ظرفیت پک: تعداد سلول‌های موازی × ظرفیت یک سلول
• تعداد کل سلول‌ها: S × P
• انرژی ذخیره‌شده: ولتاژ اسمی پک × ظرفیت بر حسب آمپرساعت

محاسبه ولتاژ، ظرفیت و انرژی در 2S3P، 3S3P و 4S3P

برای مقایسه، سلول‌های ۱۸۶۵۰ با ولتاژ اسمی ۳.۷ ولت و ظرفیت ۲۵۰۰ میلی‌آمپرساعت را در نظر می‌گیریم. در هر سه آرایش، چون تعداد سلول‌های موازی سه عدد است، ظرفیت گروه برابر ۷۵۰۰ میلی‌آمپرساعت خواهد بود. تفاوت اصلی در تعداد گروه‌های سری و در نتیجه ولتاژ خروجی است.

جدول ۱ – مقایسه مشخصات پک‌های 2S3P، 3S3P و 4S3P

نکته مهم این است که موازی کردن سلول‌ها ظرفیت را سه برابر می‌کند، اما ولتاژ شارژ را تغییر نمی‌دهد. بنابراین برای 2S3P همچنان شارژر ۸.۴ ولت لازم است، نه شارژر ۱۲.۶ ولت. به همین شکل، 3S3P با وجود ۹ سلول، با شارژر ۱۲.۶ ولت شارژ می‌شود.

آماده‌سازی سلول‌ها پیش از سری و موازی کردن

کیفیت پک ترکیبی بیش از هر چیز به تطبیق سلول‌ها وابسته است. در اتصال موازی، اگر سلول‌ها اختلاف ولتاژ زیادی داشته باشند، هنگام اتصال جریان هجومی شدیدی میان آن‌ها ایجاد می‌شود. این جریان می‌تواند نوار نیکل، روکش سلول یا حتی خود سلول را داغ کند. پیش از مونتاژ، این موارد را کنترل کنید:

1. یکسان بودن مدل و ظرفیت: سلول‌های یک گروه موازی بهتر است از یک برند، مدل، ظرفیت و دوره تولید باشند.
2. یکسان بودن ولتاژ: اختلاف ولتاژ سلول‌هایی که قرار است موازی شوند، ترجیحاً کمتر از ۰.۰۵ ولت باشد. برای سلول‌های کاملاً جدا، پیش از اتصال موازی آن‌ها را با شارژر تک‌سل هم‌سطح کنید.
3. اندازه‌گیری مقاومت داخلی: سلول با مقاومت داخلی بالاتر در گروه موازی جریان کمتری می‌دهد و بیشتر گرم می‌شود. سلول‌های ضعیف، بادکرده، زنگ‌زده یا دارای روکش آسیب‌دیده را کنار بگذارید.
4. بررسی ظرفیت واقعی: ظرفیت درج‌شده روی سلول‌های استوک همیشه قابل اعتماد نیست. برای آزمایش، از تستر ظرفیت و مقاومت داخلی باتری استفاده کنید.
5. جدا کردن سلول‌های نو و کارکرده: ترکیب سلول نو با سلول قدیمی در یک گروه موازی یا یک پک سری باعث توزیع نامتوازن جریان و کاهش عمر می‌شود. مقاله باتری لیتیومی استوک چیست؟ در انتخاب سلول‌های کارکرده مفید است.

جدول ۲ – چک‌لیست تطبیق سلول‌ها

روش ساخت پک 2S3P با ۶ سلول ۱۸۶۵۰

در آرایش 2S3P، ابتدا دو گروه 3P می‌سازید و بعد این دو گروه را سری می‌کنید. هر گروه شامل سه سلول موازی است؛ بنابراین ظرفیت هر گروه سه برابر ظرفیت یک سلول خواهد بود.

مراحل ساخت 2S3P

1. سه سلول همسان را در گروه اول کنار هم قرار دهید. تمام قطب‌های مثبت این سه سلول باید به یک باس مثبت و تمام قطب‌های منفی آن‌ها به یک باس منفی متصل شوند.
2. همین کار را برای سه سلول گروه دوم انجام دهید. نتیجه دو بلوک 3.7 ولتی با ظرفیت ۷۵۰۰ میلی‌آمپرساعت است.
3. منفی گروه اول را به مثبت گروه دوم با نوار نیکل نقطه‌جوش‌شده وصل کنید. مثبت گروه اول، مثبت کل پک و منفی گروه دوم، منفی کل پک خواهد بود.
4. از BMS دو سل استفاده کنید: B- به منفی کل، B1 به اتصال بین دو گروه و B+ به مثبت کل وصل می‌شود. خروجی مصرف‌کننده و شارژر به P+ و P- متصل می‌شوند.
5. ولتاژ اسمی پک ۷.۴ ولت، شارژ کامل ۸.۴ ولت، ظرفیت ۷۵۰۰mAh و انرژی تقریبی ۵۵.۵Wh خواهد بود.
6. برای شارژ، از ماژول شارژر ۲ سل 8.4V با ورودی Type-C استفاده کنید.

شکل ۲: در 2S3P، سه سلول در گروه اول موازی و سه سلول در گروه دوم موازی هستند؛ سپس دو گروه با هم سری می‌شوند.

کاربردهای 2S3P: اسپیکرهای پرقدرت، پاورهای قابل‌حمل، چراغ‌های چندساعته، تجهیزات صوتی و پروژه‌هایی که به ۷.۴ ولت با زمان کارکرد بیشتر نیاز دارند.

روش ساخت پک 3S3P با ۹ سلول ۱۸۶۵۰

آرایش 3S3P از سه گروه موازی سه‌تایی تشکیل می‌شود. این پک ولتاژ اسمی ۱۱.۱ ولت، شارژ کامل ۱۲.۶ ولت و ظرفیت ۷۵۰۰ میلی‌آمپرساعت دارد. مزیت آن نسبت به 3S1P، سه برابر شدن ظرفیت و کاهش جریان واردشده به هر سلول است.

مراحل ساخت 3S3P

1. سه گروه جداگانه بسازید؛ در هر گروه، سه مثبت به هم و سه منفی به هم متصل می‌شوند.
2. منفی گروه اول را به مثبت گروه دوم و منفی گروه دوم را به مثبت گروه سوم وصل کنید. این دو اتصال، پل‌های سری پک هستند.
3. برای BMS سه سل، B- به منفی گروه اول، B1 به پل بین گروه اول و دوم، B2 به پل بین گروه دوم و سوم و B+ به مثبت گروه سوم وصل می‌شود.
4. قبل از نصب BMS، ولتاژ گروه‌ها را جداگانه اندازه بگیرید. هر گروه باید حدود ۳.۷ ولت و ولتاژ کل باید حدود ۱۱.۱ ولت باشد.
5. شارژ کامل با شارژر ۱۲.۶ ولت CC/CV انجام می‌شود. شارژر ۸.۴ یا ۱۶.۸ ولت برای این پک مناسب نیست.
6. برای پروژه‌های UPS، می‌توانید از ماژول UPS دوازده ولت مخصوص پک 3S و برای شارژ از شارژر ۳ سل 12.6V چهار آمپر استفاده کنید.

شکل ۳: پک 3S3P سه گروه 3P دارد و BMS آن به دو نقطه بالانس بین گروه‌های سری نیاز دارد.

کاربردهای 3S3P: UPS روتر و مودم، سیستم‌های روشنایی ۱۲ ولتی، اسپیکر و آمپلی‌فایر پرتابل، تجهیزات تصویربرداری، یخچال‌های کوچک و پروژه‌هایی که به ظرفیت بیشتری نسبت به 3S1P نیاز دارند.

روش ساخت پک 4S3P با ۱۲ سلول ۱۸۶۵۰

در آرایش 4S3P، چهار گروه سه‌تایی موازی شده و سپس به‌صورت سری متصل می‌شوند. این پک ۱۴.۸ ولت اسمی، ۱۶.۸ ولت در شارژ کامل، ظرفیت ۷۵۰۰mAh و انرژی تقریبی ۱۱۱Wh دارد. این آرایش برای ابزارهای پرتوان، تجهیزات فیلم‌برداری، سیستم‌های قابل‌حمل و برخی کاربردهای FPV استفاده می‌شود.

مراحل ساخت 4S3P

1. چهار گروه 3P بسازید و پیش از اتصال سری، ولتاژ هر گروه را بررسی کنید.
2. منفی گروه اول را به مثبت گروه دوم، منفی گروه دوم را به مثبت گروه سوم و منفی گروه سوم را به مثبت گروه چهارم وصل کنید.
3. سیم‌های BMS چهار سل را به ترتیب وصل کنید: B- به منفی گروه اول، B1 به پل اول، B2 به پل دوم، B3 به پل سوم و B+ به مثبت گروه چهارم.
4. از BMS مخصوص 4S استفاده کنید؛ BMS چهار سل را نمی‌توان با پک 2S3P یا 3S3P جایگزین کرد.
5. شارژ کامل پک با شارژر ۱۶.۸ ولت CC/CV انجام می‌شود. برای کاربردهای پرجریان، جریان BMS، ضخامت نوار نیکل، سطح مقطع سیم و جریان مجاز سلول را جداگانه محاسبه کنید.
6. برای پروژه‌های پرقدرت می‌توانید برد محافظ و فست‌شارژ 4S PD 100W و شارژر 4S با خروجی 16.8V را بررسی کنید.

شکل ۴: در 4S3P چهار گروه موازی به‌صورت سری به هم متصل می‌شوند و BMS به سه نقطه بالانس نیاز دارد.

جدول ۳ – مقایسه 2S3P، 3S3P و 4S3P از نظر کاربرد

BMS مناسب برای پک‌های ترکیبی چگونه انتخاب می‌شود؟

تعداد سلول‌های سری، نوع BMS را مشخص می‌کند؛ تعداد سلول‌های موازی ظرفیت و جریان قابل‌تحمل پک را افزایش می‌دهد. بنابراین برای 2S3P، BMS دو سل، برای 3S3P، BMS سه سل و برای 4S3P، BMS چهار سل لازم است. جریان نامی BMS باید با جریان مصرف‌کننده و جریان مجاز سلول‌ها هماهنگ باشد.

برای نمونه، اگر هر سلول مجاز به تخلیه مداوم ۱۰ آمپر باشد و سه سلول در هر گروه موازی باشند، از نظر تئوری گروه می‌تواند تا ۳۰ آمپر بدهد؛ اما این مقدار به کیفیت سلول‌ها، نوار نیکل، اتصالات، دمای محیط و افت ولتاژ BMS نیز وابسته است. BMS با جریان بالاتر همیشه به معنی توان نامحدود نیست. همچنین بعضی BMSها فقط محافظت دارند و بالانس فعال یا جریان بالانس مؤثر ارائه نمی‌کنند؛ پیش از خرید، مشخصات فنی و مقدار جریان بالانس را بررسی کنید. برای شناخت بهتر تفاوت بردهای محافظ، مقاله فرق PCM و BMS چیست؟ و راهنمای انتخاب ماژول BMS را بخوانید.

نکات مهم نقطه‌جوش، سیم‌کشی و عایق‌کاری

• برای اتصال سلول‌ها از نوار نیکل و دستگاه نقطه‌جوش استفاده کنید؛ تماس طولانی هویه می‌تواند به آب‌بندی و عایق داخلی سلول آسیب بزند.
• روی قطب مثبت همه سلول‌ها حلقه عایق نصب کنید و پس از اتمام کار از چسب کاپتون و وارنیش حرارتی استفاده کنید.
• مسیرهای مثبت و منفی گروه‌های موازی باید مقاومت مشابه داشته باشند تا جریان بین سه سلول به‌طور متعادل تقسیم شود.
• سیم خروجی را بر اساس بیشترین جریان واقعی انتخاب کنید، نه صرفاً بر اساس ظرفیت آمپرساعتی. در کاربردهای پرتوان، سیم سیلیکونی AWG مناسب به کار ببرید.
• برای هر پک از شارژر CC/CV با ولتاژ دقیق استفاده کنید: 2S3P برابر ۸.۴ ولت، 3S3P برابر ۱۲.۶ ولت و 4S3P برابر ۱۶.۸ ولت.
• هیچ‌گاه باتری را بدون BMS یا مدار بالانس مناسب در حالت بدون نظارت شارژ نکنید. راهنمای اصول ایمنی باتری‌های لیتیومی را نیز مطالعه کنید.

خطاهای رایج در ساخت پک 2S3P، 3S3P و 4S3P

پرسش‌های متداول

آیا ظرفیت 2S3P سه برابر 2S1P است؟

بله، اگر سه سلول موازی هم‌ظرفیت باشند، ظرفیت از ۲۵۰۰ به ۷۵۰۰ میلی‌آمپرساعت می‌رسد؛ اما ولتاژ اسمی همچنان ۷.۴ ولت و شارژ کامل ۸.۴ ولت باقی می‌ماند.

برای پک 3S3P چند سلول لازم است؟

به ۹ سلول نیاز دارید: سه گروه سری که هر گروه از سه سلول موازی تشکیل شده است.

آیا می‌توانم برای 4S3P از BMS چهار سل معمولی استفاده کنم؟

بله، اگر BMS از نظر جریان مداوم و جریان لحظه‌ای با مصرف‌کننده سازگار باشد و قابلیت بالانس سلول‌ها را داشته باشد. تعداد سلول‌های موازی، BMS را به مدل 6S یا مدل دیگر تبدیل نمی‌کند؛ ملاک انتخاب BMS تعداد گروه‌های سری است.

آیا برای 3S3P باید هر سه سلول هر گروه را جداگانه به BMS وصل کنم؟

خیر. سه سلول هر گروه موازی باید ابتدا به یک گره مثبت و یک گره منفی تبدیل شوند. BMS فقط گره‌های گروه‌های سری و نقاط بین آن‌ها را پایش می‌کند؛ با این حال همه اتصال‌های موازی باید از نظر مکانیکی و مقاومتی مطمئن باشند.

آیا می‌توان سلول‌هایی با ظرفیت متفاوت را موازی کرد؟

بهتر است این کار انجام نشود. اختلاف ظرفیت و مقاومت داخلی باعث توزیع نامتوازن جریان می‌شود. سلول‌های یک پک ترکیبی باید هم‌مدل، هم‌سن، هم‌ظرفیت و از یک تولیدکننده معتبر باشند.

آیا در پک 4S3P ظرفیت جریان سه برابر می‌شود؟

در حالت ایده‌آل، سه سلول موازی می‌توانند جریان‌دهی گروه را افزایش دهند؛ اما جریان واقعی به رتبه دشارژ سلول، کیفیت نوار نیکل، BMS، سیم‌کشی و دما بستگی دارد. جریان را صرفاً با ضرب ساده ظرفیت محاسبه نکنید.

جمع‌بندی

در آرایش‌های 2S3P، 3S3P و 4S3P، ابتدا سلول‌ها در گروه‌های سه‌تایی موازی می‌شوند و سپس گروه‌ها به‌صورت سری به هم متصل می‌گردند. با سلول ۲۵۰۰mAh، هر سه پک ظرفیت ۷۵۰۰mAh دارند؛ تفاوت آن‌ها در ولتاژ و انرژی ذخیره‌شده است: 2S3P برابر ۷.۴V و ۵۵.۵Wh، 3S3P برابر ۱۱.۱V و ۸۳.۲۵Wh، و 4S3P برابر ۱۴.۸V و ۱۱۱Wh.

سه اصل را همیشه به خاطر داشته باشید: سلول‌ها را قبل از موازی کردن هم‌ولتاژ و همسان کنید؛ BMS را بر اساس تعداد گروه‌های سری انتخاب کنید؛ و شارژر CC/CV را دقیقاً مطابق ولتاژ شارژ کامل پک به کار ببرید. برای خرید سلول، هولدر، تستر، BMS و شارژر، دسته باتری‌ها و شارژرهای الکترواکسپرس و محصولات مرتبط زیر را بررسی کنید.

محصولات و مقالات آموزشی مرتبط

• باتری‌های لیتیوم‌یون ۱۸۶۵۰
• ماژول شارژر ۲ سل 8.4V
• ماژول شارژر ۳ سل 12.6V
• ماژول شارژر ۴ سل 16.8V
• ماژول پاوربانک 100w بابرد محافظ 4S
• تستر ظرفیت و مقاومت داخلی باتری
• راهنمای اتصال باتری لیتیومی به BMS
• چرا BMS باتری را قطع می‌کند؟
• راهنمای ساخت UPS DC برای روتر و مودم
• روش تبدیل باتری ۱۸۶۵۰ به ۵، ۹ و ۱۲ ولت

تاریخ انتشار: پاییز ۱۴۰۵ | منبع نگارش و تصاویر: واحد تولید محتوای فنی الکترواکسپرس.