串聯(lián)和并聯(lián)電池聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，遵循一些簡(jiǎn)單的規(guī)則可以防止出現(xiàn)必要的問(wèn)題。 鋰電池組由電板和鋰電池保護(hù)電路兩部分組成。 在電池組中，多個(gè)電板串聯(lián)以獲得所需的工作電流。 如果需要更高的容量和更高的電壓，電池應(yīng)并聯(lián)連接。 也有一些電池組結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)兩種方法。 筆記本電腦的電池可能串聯(lián)四節(jié)3.6V的鋰離子電池，總電流達(dá)到14.4V。 mAh 提升至 。 這些連接也叫“四串兩并”，意思是：將四節(jié)電池并聯(lián)起來(lái)的兩組電池組串聯(lián)起來(lái)。 鋰離子電池標(biāo)稱(chēng)電流為3.6V。 對(duì)于鋰離子聚合物和其他類(lèi)型的鋰離子電池，其額定電壓通常為 3.7V。 如果你想得到像 11.1V 這樣的異常電壓，你必須將三個(gè)這樣的電池串聯(lián)起來(lái)。 需要串聯(lián)大功率的便攜式設(shè)備通常由兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的節(jié)電電池組成的電池組供電。 使用高電流電池組的另一個(gè)問(wèn)題是電池組中的一個(gè)保護(hù)電池可能發(fā)生故障。 這就像一個(gè)鏈條，串聯(lián)的電池越多，發(fā)生這種情況的概率就越高。 只要電池有問(wèn)題，它的電流就會(huì)降低。
最終，“斷開(kāi)連接”的電池可能會(huì)中斷電壓傳輸。 而且更換“壞”電池也不容易，因?yàn)樾屡f電池不匹配。 一般來(lái)說(shuō)，新電池的容量要比舊電池高很多。 隨著工作電流的增加，它比普通電池組更快地達(dá)到放電終止的臨界點(diǎn)，同時(shí)它的使用時(shí)間也縮短了。 一旦設(shè)備因電流過(guò)大而切斷電源，剩余完好無(wú)損的電芯就無(wú)法將儲(chǔ)存的電能送出。 這時(shí)候壞的節(jié)電電池還是會(huì)呈現(xiàn)出很大的電阻。 如果此時(shí)還有負(fù)載，那么整個(gè)電池鏈的輸出電流就會(huì)明顯下降。 在串聯(lián)的電池中，性能差的電池就像堵住水管的蓋子，會(huì)形成巨大的電阻，阻止電壓流過(guò)。 其他電池也會(huì)漏電，使到端子的電流增加到3.6V，否則，斷開(kāi)電池組的鏈接，切斷電壓。 電池組的性能取決于最差電池組的性能。 并聯(lián)為了獲得更多的電力，可以將兩塊或多塊電池板并聯(lián)起來(lái)。 不僅將電池并聯(lián)，另一種方法是使用更大的電池。 由于可使用電池的限制，此方法并不適用于所有情況。 據(jù)悉，大型電池不適合制作專(zhuān)用電池所需的尺寸。 大多數(shù)物理電池都可以并聯(lián)使用，鋰離子電池最適合并聯(lián)使用。 由四節(jié)電池并聯(lián)組成的電池組，電流保持在3.6V，而電壓和運(yùn)行時(shí)間則降低到原來(lái)的四倍。 高阻抗或“開(kāi)路”電池在電池并聯(lián)電路中的影響小于串聯(lián)，但是，并聯(lián)電池組會(huì)降低負(fù)載容量并縮短運(yùn)行時(shí)間。 它就像一個(gè)只有三個(gè)汽缸被激活的底盤(pán)。 電路泄漏造成的損害會(huì)更大，因?yàn)橐坏┌l(fā)生泄漏，失效的電池會(huì)迅速耗盡剩余的電池并引起火災(zāi)。
當(dāng)采用串并聯(lián)這些連接方式時(shí)，設(shè)計(jì)非常靈活，用標(biāo)準(zhǔn)的電池規(guī)格就可以達(dá)到所需的額定電流和電壓。 需要注意的是，總功率不會(huì)因?yàn)殡姵氐倪B接方式不同而改變。 功率等于電流乘以電壓。 對(duì)于鋰離子電池，串并聯(lián)是很常見(jiàn)的。 最常用的電池組是18650（半徑18mm，寬度650mm），它有一個(gè)保護(hù)電路，就是鋰電池?cái)_流板，鋰電池?cái)_流板還可以監(jiān)控每一個(gè)串聯(lián)的電池。 因此鋰電池串聯(lián)和并聯(lián)示意圖，其最大實(shí)用電流為14.4V。 該鋰電池保護(hù)電路還可用于監(jiān)測(cè)串聯(lián)的每個(gè)節(jié)電器的狀態(tài)。 多塊電板串聯(lián)使用時(shí)，必須遵循以下基本要求：保持電池連接點(diǎn)清潔。 四節(jié)電池串聯(lián)使用時(shí)，一共有八個(gè)連接點(diǎn)（電池到電池室的連接點(diǎn)，電池室到下一個(gè)節(jié)電器的連接點(diǎn)）。 每個(gè)連接點(diǎn)都有一定的內(nèi)阻，如果減小連接點(diǎn)，可能會(huì)影響整個(gè)電池組的性能。 不要混用電池，選擇性能一致的電池。 當(dāng)電池電量低時(shí)，更換所有電池。 串聯(lián)使用時(shí)，請(qǐng)使用同一型號(hào)的電池。 注意電池的極性。 如果將一節(jié)電池的極性接反，也會(huì)降低整串電池的電流，而不是降低電壓。淺談幾種平衡充電技術(shù)
1恒分流內(nèi)阻均衡充電
內(nèi)阻分流均衡充電原理如圖1所示。
每個(gè)鋰離子電池單體并聯(lián)一個(gè)分流內(nèi)阻。 從電路中可以看出，內(nèi)阻上的分流電壓必須遠(yuǎn)小于電池的自放電電壓鋰電池串聯(lián)和并聯(lián)示意圖，才能達(dá)到均衡充電的效果。 通常鋰離子電池的自放電電壓約為C/20000，所以流過(guò)電流內(nèi)阻的電壓取C/200比較合適。 此外，各分流器的內(nèi)阻誤差也是影響均衡治療效果的重要因素。經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的充放電循環(huán)后，單體電池的誤差可由下式確定： V電池電流誤差=R分流×I自放電+2×V單體電池×K內(nèi)阻誤差
若分流器內(nèi)阻為20Ω±0.05%，則電池電流誤差可控制在50mV范圍內(nèi)。 每個(gè)內(nèi)阻的平均功率為0.72W，無(wú)論電池充電過(guò)程還是電池放電過(guò)程，分流內(nèi)阻始終消耗功率。
2 開(kāi)關(guān)分流內(nèi)阻均衡充電
開(kāi)關(guān)分流內(nèi)阻均衡充電原理如圖2所示。
通斷分流內(nèi)阻均衡充電與內(nèi)阻分流均衡充電的區(qū)別在于減少了通斷開(kāi)關(guān)。 該開(kāi)關(guān)的控制可以通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯電路實(shí)現(xiàn)。 采用這些控制方式的均衡電路只在TAPER充電的恒壓充電部分起作用，其他時(shí)間通斷開(kāi)關(guān)一直處于斷開(kāi)狀態(tài)，這樣當(dāng)電池組需要放電時(shí)，并聯(lián)內(nèi)阻不消耗寶貴的能量。 在光照期間，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能有剩余。 此時(shí)均衡電路消耗一定的能量，對(duì)電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是合理的。 在LEO軌道中，這些均衡電路的工作時(shí)間只占10%左右，所以要達(dá)到上述均衡效果，內(nèi)阻值需要降低10倍。 可以看出峰值熱幀率相當(dāng)大，這是這些電路的主要缺點(diǎn)。 此外，通斷開(kāi)關(guān)的有效性是致命的故障，因此必須使用冗余手段。
3 開(kāi)關(guān)電容均衡充電
開(kāi)關(guān)電容均衡充電原理如圖3所示，從圖中可以看出，時(shí)序開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路主要由時(shí)鐘電路組成，驅(qū)動(dòng)多路開(kāi)關(guān)依次閉合，依次接通鋰離子電池單體到傳輸電容。 單體電池之間的能量不平衡達(dá)到均衡充電的目的。 同時(shí)通過(guò)檢測(cè)傳輸電容上的電流來(lái)檢測(cè)每個(gè)單體電池的電流。 如果出現(xiàn)單節(jié)電池漏電故障，低電流比較器輸出開(kāi)關(guān)嚴(yán)格禁止信號(hào)。 嚴(yán)禁將漏液的單體電池接在傳輸電容上，以免影響其他單體電池的正常工作。 同時(shí)將電池的低電流送至恒流恒壓轉(zhuǎn)換器。 告警信號(hào)使恒流恒壓轉(zhuǎn)換器能夠根據(jù)單體電池的漏液確定正確的恒流電流。 這些均衡電路的最大優(yōu)點(diǎn)是能量浪費(fèi)極低，缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，多路開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和高紋波極限會(huì)影響均衡充電的實(shí)現(xiàn)。 另一方面，參數(shù)選擇更加困難。 針對(duì)不同的電源系統(tǒng)配置，需要對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，不利于開(kāi)發(fā)周期。
4、降糖轉(zhuǎn)換器均衡充電
圖4為降糖轉(zhuǎn)換器均衡充電原理。
降糖轉(zhuǎn)換器的均衡充電方案也是低耗均衡充電方案。 它的思路非常清晰。 主電路為標(biāo)準(zhǔn)降糖穩(wěn)壓器，降壓儲(chǔ)能電感上多組相同的次級(jí)定子，對(duì)電芯進(jìn)行輔助充電。 實(shí)際上，電流大的單體電池從次級(jí)定子獲得的能量多，電流大的電池獲得的能量少，從而達(dá)到均衡充電的目的。 為了獲得良好的平衡治療效果，必須嚴(yán)格控制次級(jí)定子的一致性。 但感應(yīng)定子的一致性極難控制，因此這是這些控制方法的最大缺點(diǎn)之一。 這些充電方式的研究才剛剛起步，需要在充電效率、均衡效能、可靠性分析等方面進(jìn)一步深入研究。
5 平均電池電流均衡充電
平均電池電流均衡充電原理如圖5所示，圖中只給出了單體電池的均衡電路，其他單體電池也配置了相同的均衡電路。 其中，放大器由單節(jié)電池供電。
這些平衡充電控制電路的思想是：將單體電池電流與平均單體電池電流進(jìn)行比較，控制功率開(kāi)關(guān)對(duì)電池電流低于平均電流的單體電池進(jìn)行分流。 為此，所有單體電池電流在均衡電路的作用下趨于平均電池電流。
該電路乍一看像是開(kāi)環(huán)控制，但實(shí)際上，由于電池內(nèi)阻的作用，均衡電路工作在具有負(fù)反饋特性的閉環(huán)狀態(tài)。 為防止電池組放電時(shí)均衡電路不工作，可在電源開(kāi)關(guān)上端串接穩(wěn)壓管，使電池放電時(shí)電池電流低，并聯(lián)電路丟失了。
對(duì)平均電池電流平衡充電電路模式進(jìn)行了深入研究，被認(rèn)為是一種特別有效的解決方案。 這些電路被納入LEO軌道鋰離子電池應(yīng)用的優(yōu)選方案，并已在美國(guó)和法國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利。
標(biāo)簽： 鋰電池, 電路設(shè)計(jì), 充電電路
