锂离子电池串并联原理

把电池串联和并联起来使用，这听起来好象很简单，但是，遵循一些简单的规则，就可以避免不必要的问题。锂电池组包含两部分：电池和锂电池保护线路。

在电池组中是把多个电池串联起来，得到所需要的工作电压。如果所需要的是更高的容量和更大的电流，那就应该把电池并联起来。另外还有一些电池组，把串联和 并联这两种方法结合起来。一个笔记本电脑的电池有可能是把四节3.6V锂离子电池串联起来，总电压达到14.4V；然后，再把两组串联在一起的电池并联起 来，这样，电池组的总电量就可以从2000毫安时提高到4000毫安时。这种接法称作“四串两并”，它的意思是：把两组由四节电池串联在一起的电池组并联 起来。锂离子电池的标称电压则是3.6V。使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，它的额定电压一般为3.7V。如果要想得到像11.1V这种不常见的电 压，就得把三节这种电池串联在一起。串联需要高电量的便携设备，一般是由两节或更多节电池串联起来的电池组供电。使用高电压电池组所带来的另一个问题，就 是有可能遇到电池组里的某一节电池失效的情况。这就像一个链条，串联在一起的电池越多，出现这种情况的几率就越高。只要一节电池有问题，它的电压就会降 低。到最后，一节“断开”的电池可能会中断电流的输送。而要更换“坏”电池也绝非易事，因为新老电池是互不匹配的。一般说来，新电池的容量要比老电池的高 得多。随着工作电压的下降，它比正常电池组更快地达到放电结束的临界点，同时，它的使用时间也急剧缩短。一旦设备因电压过低而切断电源，其余单体电池仍然 完好的电池就不能把所存储的电量送出来了。这时，坏的那节电池电池还呈现很大的内阻，如果此时还带有负载，那么，将会导致整个电池链的输出电压将大幅度下 降。在一组串联电池中，一节性能差的电池，就像是一个堵住水管的塞子，会产生巨大的阻力，阻止电流流过去。其它电池也会短路，这将使终端的电压降低至 3.6V，或者，使电池组链路断开并切断电流。一个电池组的性能是取决于电池组里最差的那块电池的性能。

并联为了得到更多的电量，可以把两个或者更多个电池并联起来。除了把电池并联起来，另一个办法是使用尺寸更大的电池。由于受到可以选用的电池的限制，这个 办法并不适用于所有情况。此外，大尺寸的电池也不适合做成专用电池所需要的外形规格。大部分的化学电池都可以并联使用，而锂离子电池最适合并联使用。由四 节电池并联而成的电池组，电压保持为3.6V，而电流和运行时间则增大到四倍。与电池串联相比，在电池并联电路中，高阻抗或“开路”电池的影响较小，但 是，并联电池组会减少负载能力，并缩短运行时间。这就好比一个发动机只启动了三个汽缸。电路短路所造成的破坏会更大，这是因为，在短路时，出现故障的电池 会迅速地耗尽其他电池里的电量，并引起火灾 .
使用串并联这种连接方法时，在设计上很灵活，可以用标准的电池尺寸达到所需要的额定电压和电流。应当注意：总功率不会因为电池的不同连接方法而改变。功率 等于电压乘电流。 对锂离子电池而言，串并联的连接方法很常见。最常用的一种电池组是18650（直径为18mm，长度为650mm），它带有保护电路即锂电池保护板，锂电 池保护板能够监视串联在一起的每一节电池，因此，它的最大实际电压为14.4V。这个锂电池保护电路也可以用于监视串联在一起的每一节电池的状态。 在把几个电池串联起来使用时，必须遵照下面的基本要求：保持电池的连接点的洁净。把四节电池串联起来使用时，共有八个连接点（电池到电池室的连接点，电池 室到下一节电池的连接点）。每个连接点都存在一定的电阻，如果增加连接点，有可能会影响整个电池组的性能。不要混用电池，选择性能一致的电池。当电池的电 量不足时，更换所有的电池。在串联使用时，要用同一种类型的电池。要注意电池的极性。如果有一节电池的极性装反了，就会减少整串电池的电压，而不是增加电 压。

浅谈几种均衡充电技术
1 恒定分流电阻均衡充电
电阻分流均衡充电原理如图1所示。

每个锂离子电池单体上都并联一个分流电阻。从电路中可以看出，电阻上的分流电流必须远大于电池的自放电电流，才能达到均衡充电的效果。一般锂离子电池的自 放电电流为C/20000左右，所以流过分流电阻上的电流取C/200是比较合适的。另外，每个分流电阻的偏差也是影响均衡效果的重要因素。经过一定次数 的充放电循环后，单电池的偏差可以用下面的公式确定：V电池电压偏差=R分流×I自放电＋2×V单电池×K电阻偏差
若分流电阻取20Ω±0.05%，则电池电压偏差能够控制在50mV范围内。每个电阻的平均功率为0.72W，但是无论电池充电过程还是电池放电过程，分流电阻始终消耗功率。
2 通断分流电阻均衡充电
通断分流电阻均衡充电原理如图2所示。

通断分流电阻均衡充电与电阻分流均衡充电的区别就是增加了一个通断开关，这个开关的控制可以由单片机系统软件来实现，也可以通过简单的逻辑电路来实现。 采用这种控制方式的均衡电路只在TAPER充电的恒压充电段工作，其他时间通断开关始终断开，这样需要电池组放电时，分流电阻不消耗宝贵的能量。在光照 期，太阳电池发电功率是有富余的，这时均衡电路消耗一定的能量对于电源系统来说具有一定的合理性。在LEO轨道，这种均衡电路的工作时间只占10%左右， 所以要达到上面论述的均衡效果，电阻值需减小10倍，可见峰值热功耗是相当大的，这是这种电路的主要缺点。另外，通断开关的实效是致命故障，所以必须采用 冗余手段。
3 开关电容均衡充电

开关电容均衡充电原理如图3所示，从图中可以看出，顺序开关驱动电路主要由时钟电路构成，它驱动多路开关顺序闭合，顺序把锂离子电池单体接入传送电容器， 通过传送单电池之间的不平衡能量，达到均衡充电的目的。同时，通过测量传送电容器上的电压来监测各个单电池的电压。若某个单电池发生短路故障，低电压比较 器输出开关禁止信号，禁止短路的单电池接入传送电容器，防止影响其他单电池的正常工作，同时给恒流恒压变换器送入电池低电压报警信号，使恒流恒压变换器根 据单电池短路的情况确定正确的恒定电压。这种均衡电路的最大优点是能源浪费极低，缺点是电路复杂，多路开关的通态电阻、高共模限制都会影响均衡充电的实 现。另一方面，参数选取比较困难，针对不同的电源系统配置，电路参数需详细的设计与验证，这对研制周期是不利的。
4 降压型变换器均衡充电

降压型变换器均衡充电原理如图4所示。
降压型变换器均衡充电方案也是一种低消耗的均衡方案。它的思路很清晰，主回路是标准的降压式调节器，在储能电感上增加多组相同的次绕组，用于电池单体 的辅助充电。显然，电压低的单电池会从次绕组上得到更多的能量，电压高的得到能量少，这样就达到了均衡充电的目的。为了得到良好的均衡效果，次绕组的一致 性需要严格控制。但电感绕组的一致性是非常难于控制的，因此这是这种控制方法的一个最大缺点。这种充电方式的研究刚刚起步，充电效率、均衡效果、可靠性分 析等需要进一步的深入研究。
5 平均电池电压均衡充电

平均电池电压均衡充电原理如图5所示，图中只给出了一只单电池的均衡电路，其他各单电池也配备相同的均衡电路，其中，放大器由单电池供电。
这种均衡充电控制电路的思路是：单电池电压与平均单电池电压相比较，控制功率开关将电池电压高于平均电压的单电池分流。因此，所有单电池电压在均衡电路的作用下趋向平均电池电压。
此电路初看起来是开环控制，实际上由于电池内阻的作用，均衡电路工作在具有负反馈特性的闭环状态。为了防止均衡电路在电池组放电时工作，可以在功率开关下端串联稳压二极管，这样在电池放电时，电池电压较低而失去分流回路。
平均电池电压均衡充电电路模式已经深入研究，被认为是效果非常好的方案。这种电路被列入LEO轨道锂离子电池应用的首选方案，已经申请了法国和欧洲的专利。