คู่มือแรงดันไฟแบตเตอรี่แบบกำหนดเอง: การออกแบบ 24V-72V และการปฏิบัติตาม UN 38.3

การออกแบบชุดแบตเตอรี่แบบกำหนดเองก็เหมือนกับการออกแบบนาฬิกาที่มีความแม่นยำ นั่นคือ ทุกส่วนประกอบจะต้องเรียงกันอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ แม้ว่าปัจจัยต่างๆ เช่น ความจุ ขนาด และคุณสมบัติทางเคมีมักจะเป็นหัวข้อหลักในการอภิปราย แรงดันไฟฟ้ายังคงเป็นฮีโร่ที่ไม่มีใครรู้จักซึ่งกำหนดความเข้ากันได้ ประสิทธิภาพ และความปลอดภัย. At Vade Battery, we specialize in crafting custom rechargeable battery solutions—including ชุดแบตเตอรี่ 18650, Li-ion, ลิเธียมโพลิเมอร์ (LiPo) และ LiFePO4—that prioritize optimal voltage configurations for industrial, medical, and consumer applications.

In this guide, we’ll break down how voltage impacts your product’s performance, how to calculate requirements for diverse applications, and why partnering with an expert manufacturer like Vade Battery ensures โซลูชันพลังงานที่คุ้มต้นทุนและได้รับการรับรองความปลอดภัย เหมาะกับความต้องการของคุณ

แรงดันไฟฟ้าคืออะไร?

Voltage, measured in volts (V), represents the electrical potential difference between two points in a circuit. Think of it as the “pressure” that pushes electrons through your device. Too little voltage, and your product underperforms; too much, and you risk damaging components or violating safety regulations.

The Three Voltage States You Can’t Ignore

แบตเตอรี่ทุกก้อนทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้า 3 ระดับที่สำคัญ:

1. แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยระหว่างการคายประจุ (เช่น 3.6V สำหรับเซลล์ Li-ion มาตรฐาน).
2. แรงดันไฟชาร์จเต็ม:แรงดันสูงสุดที่การชาร์จ 100% (เช่น 4.2V สำหรับลิเธียมไอออน).
3. แรงดันไฟที่ปล่อยออกจนหมด: แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่ปลอดภัยก่อนปิดเครื่อง (เช่น 2.8V สำหรับลิเธียมไอออน).

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ:อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ IoT หรือโดรน ต้องมีช่วงแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรจึงจะทำงานได้ การเกินเกณฑ์เหล่านี้อาจนำไปสู่:

• แบตเตอรี่เสื่อมสภาพก่อนเวลา
• อันตรายด้านความปลอดภัย (เช่น การรั่วไหลของความร้อนในแบตเตอรี่ Li-ion)
• การไม่ปฏิบัติตามกฎระเบียบการขนส่ง เช่น ยูเอ็น 38.3

ที่ Vade Battery เราบูรณาการ ระบบจัดการแบตเตอรี่อัจฉริยะ (BMS) ลงในแพ็คเกจที่กำหนดเองของเราเพื่อบังคับใช้ข้อจำกัดแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้มั่นใจถึงความสอดคล้องและอายุการใช้งานที่ยาวนาน

แรงดันต่ำเทียบกับแรงดันสูง

Low-Voltage Applications (≤24V)

เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพา อุปกรณ์สวมใส่ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบแรงดันต่ำให้ความสำคัญเป็นอันดับแรก ขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน.

ตัวอย่าง:เซ็นเซอร์ IoT ไร้สายที่ทำงานบน แบตเตอรี่ LiPo 3.7V (เช่นเดียวกับเรา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอุณหภูมิต่ำพิเศษ) สามารถทำงานได้หลายเดือนด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียวขณะทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ข้อดีหลัก:

• ความเสี่ยงต่ออันตรายจากไฟฟ้าลดลง
• การปฏิบัติตามกฎการขนส่งที่ง่ายขึ้น
• การออกแบบน้ำหนักเบา (เช่น แพ็คแบบ 18650 สำหรับโดรน)

High-Voltage Applications (48V–72V+)

ระบบไฟฟ้าแรงสูงมีความต้องการจากระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า หุ่นยนต์อุตสาหกรรม และการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน เอาต์พุตกำลังสูงและการดึงกระแสไฟลดลง, ลดการสูญเสียพลังงานให้เหลือน้อยที่สุด

ตัวอย่าง:ชุดแบตเตอรี่ LiFePO4 72V (ดูของเรา 48V–72V solutions) ขับเคลื่อนรถยกไฟฟ้าด้วย 50% อายุการใช้งานยาวนานขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับทางเลือกอื่นที่ไม่ใช่กรดตะกั่ว

ข้อดีหลัก:

• ชาร์จเร็วขึ้นสำหรับแอปพลิเคชั่นที่มีความต้องการสูง
• การสูญเสียความต้านทานต่ำกว่าในระบบสายไฟยาว
• ความสามารถในการปรับขนาดสำหรับการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่

แรงดันไฟตามเคมีของแบตเตอรี่

Your choice of chemistry directly impacts voltage behavior, safety, and application suitability. Below, we compare the four most common types used in Vade Battery’s custom packs:

ลิเธียมไออน (Li-ion): อุปกรณ์เอนกประสงค์

ด้วย แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 3.6Vเซลล์ลิเธียมไอออน (เช่นของเรา แบตเตอรี่ 18650) ครองตลาดสมาร์ทโฟนและแล็ปท็อปเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม ชาร์จสูงสุด 4.2V ต้องมีการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4): ความปลอดภัยที่มาพร้อมความทนทาน

LiFePO4’s แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 3.2V และเส้นโค้งการปล่อยประจุแบบแบนทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการพลังงานที่เสถียร เช่น ยานยนต์ไฟฟ้า แพ็ค LiFePO4 51.2V ส่งมอบ มากกว่า 5,000 รอบ ด้วยการสูญเสียความจุขั้นต่ำ

ลิเธียมโพลีเมอร์ (LiPo): บางและยืดหยุ่น

แบตเตอรี่ LiPo เหมาะกับอุปกรณ์ที่มีพื้นที่จำกัด แบต LiPo 7.4V (เซลล์สองเซลล์ที่ต่ออนุกรมกัน) สามารถจ่ายไฟให้โดรนได้นานกว่า 30 นาที ในขณะที่มีน้ำหนักเบากว่าแบตเตอรี่ NiMH ถึง 40%

นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ (NiMH): ทางเลือกที่คุ้มต้นทุน

While NiMH’s แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 1.2V จำกัดการใช้งานในระบบพลังงานสูง แต่ยังคงเป็นที่นิยมสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ไฟต่ำ เช่น รีโมทคอนโทรล

สูตรคำนวณแรงดันไฟฟ้า

วิธีการคำนวณความต้องการแรงดันไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ของคุณ

Voltage calculation isn’t just about Ohm’s Law—it’s about balancing your device’s power demands with real-world constraints like size, weight, and safety. Here’s a step-by-step approach used by Vade Battery engineers:

Step 1: Define Your Device’s Power Profile

• ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน:กำหนดแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดและสูงสุดที่อุปกรณ์ของคุณทนได้
• กระแสไฟสูงสุด:วัดกระแสไฟสูงสุด (เป็นแอมป์) ที่จำเป็นระหว่างการทำงาน
• รอบการทำงาน:ประมาณเวลาที่ใช้งานจริงและเวลาที่ไม่ได้ใช้งาน (เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์อาจทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน เมื่อเทียบกับเครื่องมือที่ใช้งานไม่ต่อเนื่อง)

ตัวอย่าง:เซ็นเซอร์ IoT ในอุตสาหกรรมต้องใช้ 3.0–3.6V ด้วยกระแสสูงสุด 0.5A และรอบหน้าที่ 10%

Step 2: Apply Ohm’s Law (V = I × R)

Calculate the voltage needed to push the required current through your device’s resistance:

Voltage (V) = Current (I) × Resistance (R)  

If your motor has a resistance of 10Ω and needs 5A to start:

V = 5A × 10Ω = 50V  

ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่ของคุณต้องส่งมอบ อย่างน้อย 50V ในระหว่างการเริ่มต้นใช้งาน

ขั้นตอนที่ 3: คำนึงถึงการสูญเสียประสิทธิภาพ

Real-world systems lose 10–20% of energy to heat, wiring resistance, and PCB inefficiencies. Always overshoot your target voltage by 15%:

Adjusted Voltage = Calculated Voltage × 1.15  

ที่ Vade Battery เราใช้ เครื่องทดสอบโหลดที่แม่นยำ เพื่อจำลองสภาพโลกแห่งความเป็นจริงและปรับปรุงความต้องการแรงดันไฟฟ้า

กลยุทธ์การกำหนดค่าเซลล์

Series vs. Parallel: What’s the Difference?

• การกำหนดค่าซีรีส์: เพิ่มแรงดันไฟฟ้า
• ตัวอย่าง : สี่ เซลล์ลิเธียมไอออน 3.6V แบบอนุกรม = 14.4V (ดูแพ็ค 14.4V).
• การกำหนดค่าแบบขนาน: เพิ่มความจุ (mAh)
• ตัวอย่าง: เซลล์ 3,000mAh สี่เซลล์ขนานกัน = 12,000mAh ที่ 3.6V

การออกแบบแบบไฮบริด:รวมทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูง และ ความจุ.

• ชุด LiFePO4 48V อาจใช้ 15 cells in series (3.2V × 15 = 48V) พร้อมด้วยสตริงคู่ขนานสองตัวเพื่อการขยายเวลาการทำงาน

กรณีศึกษา: การเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่ของจักรยานไฟฟ้า

ลูกค้าต้องการ แบตเตอรี่ 72V สำหรับจักรยานไฟฟ้าความเร็วสูงแต่มีปัญหาเรื่องน้ำหนักและขนาด โซลูชันของเรา:

1. ใช้แล้ว เซลล์ LiFePO4 จำนวน 20 เซลล์ในซีรีส์ (3.6V × 20 = 72V).
2. เพิ่ม ระบบ BMS อัจฉริยะ เพื่อสมดุลเซลล์และป้องกันการคายประจุมากเกินไป
3. ลดน้ำหนักบรรจุภัณฑ์ลง 30% โดยใช้โมดูลที่เชื่อมด้วยเลเซอร์ซึ่งใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ
   ผลลัพธ์: ก แบต 72V, 20Ah โดยมีระยะทางวิ่งสูงสุด 60 ไมล์ สอดคล้องกับมาตรฐานการขนส่ง UN 38.3

กฎระเบียบการขนส่งและมาตรฐานความปลอดภัย

กฎสำคัญสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม

1. การรับรอง UN 38.3:บังคับใช้กับแบตเตอรี่ลิเธียมทั้งหมดที่จัดส่งทั่วโลก การทดสอบได้แก่ การจำลองระดับความสูง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการทนต่อแรงกระแทก
2. ขีดจำกัดสถานะการชาร์จ (SoC):

• ≤30% SoC for standalone batteries.
• ≤100% SoC if installed in equipment (with protective circuitry).

1. ข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์:

• บรรจุภัณฑ์ภายในทนไฟ
• “Lithium Battery” labels and Class 9 hazard placards.

การไม่ปฏิบัติตาม อาจส่งผลให้การขนส่งถูกยึด ค่าปรับ หรือขึ้นบัญชีดำโดยผู้ให้บริการขนส่ง

แบตเตอรี่ Vade รับประกันความสอดคล้องได้อย่างไร

• การทดสอบก่อนการจัดส่ง:เราดำเนินการทดสอบการสั่นสะเทือน การบีบอัด และการลัดวงจรภายในองค์กร
• ชุดเอกสารประกอบ:รวมถึงสรุปการทดสอบ แผ่น MSDS และการรับรองความปลอดภัย (UL 1642, IEC 62133)
• บรรจุภัณฑ์ที่กำหนดเอง:วัสดุหน่วงการติดไฟที่มีสารยับยั้งประจุในตัวสำหรับชุดแรงดันไฟฟ้าสูง (เช่น ระบบ LiFePO4 51.8V).

กรณีศึกษา

อุปกรณ์ทางการแพทย์: แบตเตอรี่ลิเธียมไออนอุณหภูมิต่ำพิเศษ

ท้าทาย:หน่วยจัดเก็บวัคซีนจำเป็นต้องมี แบตเตอรี่ 24V operating at -40°C.
สารละลาย:

• ใช้แล้ว เซลล์ลิเธียมไอออน 7 ซีรีส์ พร้อมตัวเรือนเหล็กชุบนิกเกิล
• Integrated self-heating circuitry to maintain cell temperature above -20°C.
• สำเร็จแล้ว 200 cycles at -40°C โดยไม่มีการสูญเสียความจุเลย
  สินค้าที่ใช้: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอุณหภูมิต่ำพิเศษ.

หุ่นยนต์: LiPo แรงดันสูงสำหรับการเคลื่อนไหวที่คล่องตัว

ท้าทาย:หุ่นยนต์ในคลังสินค้าต้องมีรอบการชาร์จ/ปล่อยอย่างรวดเร็วที่ 36โวลต์.
สารละลาย:

• ออกแบบ การกำหนดค่า LiPo 10S (3.7V × 10 = 37V).
• เพิ่มขั้วบวกที่เสริมด้วยกราฟีนสำหรับอัตราการคายประจุ 15 องศาเซลเซียส
• ลดเวลาในการชาร์จเหลือ 45 นาที
  สินค้าที่ใช้: แพ็ค LiPo แบบกำหนดเอง 36V.

Vade Battery’s Design Process

1. การวิเคราะห์ความต้องการ: กำหนดแรงดันไฟฟ้า ความจุ ขนาด และความต้องการด้านสิ่งแวดล้อม
2. การเลือกวิชาเคมี:จับคู่แอปพลิเคชันของคุณกับ Li-ion, LiFePO4 หรือ LiPo
3. การสร้างต้นแบบ:โมเดลจำลองที่พิมพ์ 3 มิติสำหรับการตรวจสอบความพอดีและการสร้างแบบจำลองความร้อน
4. การทดสอบ:การทดสอบรอบมากกว่า 200 รายการ การรับรองความปลอดภัย และการจำลองสถานการณ์จริง
5. การผลิตจำนวนมาก:การเชื่อมอัตโนมัติ การควบคุมคุณภาพที่ขับเคลื่อนด้วย AI และการบรรจุภัณฑ์ที่เป็นไปตามมาตรฐาน

บทสรุป

Whether you’re powering a consumer gadget or an industrial robot, voltage design impacts every aspect of performance and safety. By partnering with Vade Battery, you gain access to:

• ความเชี่ยวชาญที่ได้รับการรับรอง:การออกแบบและการผลิตที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001
• โซลูชันที่เหมาะกับความต้องการ: จาก แบต Li-ion 3.6V ขนาดกะทัดรัด ถึง ระบบไฟแรงสูง 72V.
• การสนับสนุนแบบครบวงจร: การปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกฎหมาย การขนส่ง และการจัดการวงจรชีวิต

พร้อมที่จะทำให้ผลิตภัณฑ์ของคุณเป็นไฟฟ้าหรือยัง? ติดต่อเรา หรือส่ง คำขอออกแบบที่กำหนดเอง วันนี้.

หมายเหตุสุดท้าย:แบตเตอรี่ Vade ทุกชุดมาพร้อมการรับประกัน 2 ปีและการสนับสนุนทางเทคนิคเฉพาะ อีเมล บริการ@vadebattery.com สำหรับแผ่นข้อมูลหรือการปรึกษาหารือ