电池电路配置(串联和并联)及其保护

电路

一个单元格对于某些设备来说是不够的。为了达到所需的电压，电池串联连接以增加电池的电压。为了达到预期的容量，电池并行连接，通过增加安培小时(Ah)来获得高容量。这种电池组合称为电池。
有时候，电池组在两种配置中同时使用，以获得所需的电压和高容量。这种结构在笔记本电池中可以找到，它有4个3.6 v 的锂离子电池串联起来得到14.4 v，每个电池彼此并联，得到6800毫安时的双倍容量。

笔记本电池配置。

连接在配置中的电池应该具有相同的电压和容量，因为较弱的电池导致不平衡。在串联结构中，电池和电池链中的薄弱环节一样强，因此高容量的电池不能比较弱的电池充电更多。较弱的电池也会先放电和充电，这也会导致设备出现过放电和过充电等问题。
单电池配置
单电池配置是最简单的电池组。这种配置可以在挂钟、内存备份和手表中使用。这些都是低功耗设备，所以他们使用1.5 v 的硷性电池。移动电话和平板电脑也有3.6 v 锂离子电池的单芯配置。下面的图片显示了锂离子电池的单电池配置。

正如我们所看到的，单个锂离子电池的标称电压为3.6伏。镍基电池的标称电压为1.2 v，硷性电池电池的标称电压约为1.5 v。另一种锂基电池的电压在3.0 v 到3.9 v 之间，锂磷酸盐为3.2 v，锂钛酸盐为2.4 v，锂锰和其他锂基电池通常使用3.7 v 或更高的电压。
系列配置
串联结构用于单个电池电压不足的场合。串联配置是通过连接一个细胞的正片到另一个细胞的负片来实现的，如下图所示。4个3.6 v 的锂离子电池串联在一起，可以产生14.4 v 的电压，这种结构被称为4s，因为4个电池串联在一起。

电池的数量可以根据单个电池的电压而改变。铅酸蓄电池的额定电压为2伏，因此需要串联六个电池才能达到12伏。六个电压为1.5 v 的碱性电池串联在一起，可以给你9伏电压。
如果设备需要一个奇数的电压，例如10伏，那么三个锂离子电池可以串联。但是当设备需要8.5伏的锂离子电压时，你需要知道设备的规格。如果它可以处理10v，那么它可以直接连接; 否则，一个降压或升压是用来达到8.5 v。
如果一个电池串联是错误的，电池匹配是一个挑战，在老化包在电池更换时。新的电池比其他电池有更高的容量，从而导致不平衡。这就是为什么电池组通常更换单位。
如下图所示，BMS (电池管理系统)或其控制器可以通过测量电池各点的电压来确定故障电池。其中一个电池出现故障，电池电压由3.6 v 降至2.8 v。由于这个原因，电池电压崩溃，并且设备会因为低电量信息而提前关闭。你可以通过更换这个电池来修理你的电池组。

并行配置
如果设备需要更高的电流，但是没有足够的空间容纳电池，则电池并联连接以满足更高的电流容量要求。该装置可以使用平行配置，以适应大电流能力在一个小的空间。并联的四个单元结构称为 P4，并联的三个单元结构称为 P3。下面的图片显示了 p4配置。电池组中的电压保持不变，但是电流容量(Ah)增加了。

产生高电阻或开路的电池在并联电路中的关键性不如串联电路，但是失效的电池会降低总的电流容量。另一方面，电短路更严重，因为有缺陷的电池从其他电池吸收能量，引起火灾。短波通过反向极化或枝晶生长发生。大型电池包括一个保险丝，当电池短路时可以断开它。在下面的图片中，蓝盒子中的第三个电池失效，容量降低到1500毫安时。它不影响电压，但降低了总容量。

串并联结构
在这种配置中，单元以串联和并联方式连接。串并联结构可以在尽可能小的尺寸下给出所需的电压和容量。你可以在下面的图片中看到两个3.6 v 3400mAh 电池并联连接，使电池容量从3400mah 提高到6800mah。由于这些并联组件串联在一起，电压也会从3.6 v 翻倍到7.2 v。这个电池组的总功率现在是48.96 Wh。这种配置称为2sp2。如果配置包括8个配置为4sp2的单元，两个单元并联，这个并联组合的四个单元串联在一起。这个电池组产生的总功率是97.92 Wh。

电池的保护
IEC 62133协调了便携式应用的镍基和锂基电池和电池的安全要求。锂离子电池是同类电池中最危险的一种，因为电池的化学成分具有***。电池需要保护，以防止任何损害，由于大电流放电，过充，温度上升等。保护可以内置在电池的结构中，或者可以使用外部保护电路断开电池。
电池内置保护装置
一些电池在电池结构中带有安全功能。下图展示了18650锂离子电池的安全特性。PTC (正热系数)是指在常温下电阻非常低。但当温度超过临界值时，电阻增大，电流减小。当温度低于临界范围时，PTC 就处于正常电阻下。
CID (电流中断装置)是一种熔丝型装置，当电池压力、温度或电压范围超过其极限时，它会永久性地切断电路。如果内部压力增加约1,000千帕，则顶部阀瓣与金属箔断开，与电流断开。在顶部有一个排气口，可以释放气体，并可以再次关闭。
蓄电池保护电路
大约18650个锂离子电池配有保护电路。保护电路的基本功能是保护蓄电池不受过电压、欠电压、过电流和过低温度的影响。这是 BMS 的一部分。为了安全操作，BMS 监控电池的状态，并在电池出现故障时将信号发送到保护电路。当保护电路连接到蓄电池的正极时，称为高侧保护。当它连接到电池的负面，然后它被称为负面保护。
下面给出了保护电路框图。这是一个高端保护电路。电池配置为 S4(串联四个) ，电池正极连接一个保险丝，当电流超过极限时关闭电池。有 BMS 监测每个小区电压的平衡和故障检测。当前的传感单元将感知充电和放电的电流，它发送到 BMS。如果任何电压或电流读数超过极限，BMS 就会将信号发送到用充电器或负载切断电池的保护电路。

蓄电池保护电路。

市场上有一些预先制造的电路，它们是根据你的电压或电流要求而固定的。你只需要知道电池保护模块的电流和电压规格，或者你也可以用市场上的 mosfet 和 BMS 建立你自己的模块。

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