串聯(lián)和并聯(lián)電池聽起來很簡單，遵循一些簡單的規(guī)則可以防止出現(xiàn)必要的問題。 鋰電池組由電板和鋰電池保護電路兩部分組成。 在電池組中，多個電板串聯(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)起來的兩組電池組串聯(lián)起來。 鋰離子電池標稱電流為3.6V。 對于鋰離子聚合物和其他類型的鋰離子電池，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，你必須將三個這樣的電池串聯(lián)起來。 需要串聯(lián)大功率的便攜式設(shè)備通常由兩個或多個串聯(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問題是電池組中的一個保護電池可能發(fā)生故障。 這就像一個鏈條，串聯(lián)的電池越多，發(fā)生這種情況的概率就越高。 只要電池有問題，它的電流就會降低。
最終，“斷開連接”的電池可能會中斷電壓傳輸。 而且更換“壞”電池也不容易，因為新舊電池不匹配。 一般來說，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到放電終止的臨界點，同時它的使用時間也縮短了。 一旦設(shè)備因電流過大而切斷電源，剩余完好無損的電芯就無法將儲存的電能送出。 這時候壞的節(jié)電電池還是會呈現(xiàn)出很大的電阻。 如果此時還有負載，那么整個電池鏈的輸出電流就會明顯下降。 在串聯(lián)的電池中，性能差的電池就像堵住水管的蓋子，會形成巨大的電阻，阻止電壓流過。 其他電池也會漏電，使到端子的電流增加到3.6V，否則，斷開電池組的鏈接，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。 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，而電壓和運行時間則降低到原來的四倍。 高阻抗或“開路”電池在電池并聯(lián)電路中的影響小于串聯(lián)，但是，并聯(lián)電池組會降低負載容量并縮短運行時間。 它就像一個只有三個汽缸被激活的底盤。 電路泄漏造成的損害會更大，因為一旦發(fā)生泄漏，失效的電池會迅速耗盡剩余的電池并引起火災(zāi)。
當采用串并聯(lián)這些連接方式時，設(shè)計非常靈活，用標準的電池規(guī)格就可以達到所需的額定電流和電壓。 需要注意的是，總功率不會因為電池的連接方式不同而改變。 功率等于電流乘以電壓。 對于鋰離子電池，串并聯(lián)是很常見的。 最常用的電池組是18650（半徑18mm，寬度650mm），它有一個保護電路，就是鋰電池擾流板，鋰電池擾流板還可以監(jiān)控每一個串聯(lián)的電池。 因此鋰電池串聯(lián)和并聯(lián)示意圖，其最大實用電流為14.4V。 該鋰電池保護電路還可用于監(jiān)測串聯(lián)的每個節(jié)電器的狀態(tài)。 多塊電板串聯(lián)使用時，必須遵循以下基本要求：保持電池連接點清潔。 四節(jié)電池串聯(lián)使用時，一共有八個連接點（電池到電池室的連接點，電池室到下一個節(jié)電器的連接點）。 每個連接點都有一定的內(nèi)阻，如果減小連接點，可能會影響整個電池組的性能。 不要混用電池，選擇性能一致的電池。 當電池電量低時，更換所有電池。 串聯(lián)使用時，請使用同一型號的電池。 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。
每個鋰離子電池單體并聯(lián)一個分流內(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)。 每個內(nèi)阻的平均功率為0.72W，無論電池充電過程還是電池放電過程，分流內(nèi)阻始終消耗功率。
2 開關(guān)分流內(nèi)阻均衡充電
開關(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關(guān)。 該開關(guān)的控制可以通過單片機系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，也可以通過簡單的邏輯電路實現(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，其他時間通斷開關(guān)一直處于斷開狀態(tài)，這樣當電池組需要放電時，并聯(lián)內(nèi)阻不消耗寶貴的能量。 在光照期間，太陽能電池產(chǎn)生的電能有剩余。 此時均衡電路消耗一定的能量，對電源系統(tǒng)來說是合理的。 在LEO軌道中，這些均衡電路的工作時間只占10%左右，所以要達到上述均衡效果，內(nèi)阻值需要降低10倍。 可以看出峰值熱幀率相當大，這是這些電路的主要缺點。 此外，通斷開關(guān)的有效性是致命的故障，因此必須使用冗余手段。
3 開關(guān)電容均衡充電
開關(guān)電容均衡充電原理如圖3所示，從圖中可以看出，時序開關(guān)驅(qū)動電路主要由時鐘電路組成，驅(qū)動多路開關(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到均衡充電的目的。 同時通過檢測傳輸電容上的電流來檢測每個單體電池的電流。 如果出現(xiàn)單節(jié)電池漏電故障，低電流比較器輸出開關(guān)嚴格禁止信號。 嚴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。 同時將電池的低電流送至恒流恒壓轉(zhuǎn)換器。 告警信號使恒流恒壓轉(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)點是能量浪費極低，缺點是電路復(fù)雜，多路開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和高紋波極限會影響均衡充電的實現(xiàn)。 另一方面，參數(shù)選擇更加困難。 針對不同的電源系統(tǒng)配置，需要對電路參數(shù)進行詳細的設(shè)計和驗證，不利于開發(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。 主電路為標準降糖穩(wěn)壓器，降壓儲能電感上多組相同的次級定子，對電芯進行輔助充電。 實際上，電流大的單體電池從次級定子獲得的能量多，電流大的電池獲得的能量少，從而達到均衡充電的目的。 為了獲得良好的平衡治療效果，必須嚴格控制次級定子的一致性。 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行比較，控制功率開關(guān)對電池電流低于平均電流的單體電池進行分流。 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環(huán)控制，但實際上，由于電池內(nèi)阻的作用，均衡電路工作在具有負反饋特性的閉環(huán)狀態(tài)。 為防止電池組放電時均衡電路不工作，可在電源開關(guān)上端串接穩(wěn)壓管，使電池放電時電池電流低，并聯(lián)電路丟失了。
對平均電池電流平衡充電電路模式進行了深入研究，被認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，并已在美國和法國申請了專利。
標簽： 鋰電池, 電路設(shè)計, 充電電路
