Guia completo para conexões em série e paralelo de baterias de lítio: combinações comuns, montagem de baterias e práticas corretas.
01 Definição de conexões série-paralelo de baterias de lítio
Devido à voltagem e capacidade limitadas das baterias individuais, as conexões em série-paralelo são frequentemente necessárias na prática para atingir voltagens e capacidades mais elevadas e atender aos requisitos de energia do dispositivo.
Conexão em série de baterias de lítio
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Ao se somar tensões, a capacitância permanece constante e a resistência interna aumenta.
Conexão paralela de baterias de lítio
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A tensão permanece constante, a capacidade aumenta, a resistência interna diminui e a duração da alimentação é prolongada.
Conexão série-paralelo de baterias de lítio
:
Os conjuntos de baterias combinam conexões em paralelo e em série, aumentando a voltagem e a capacidade.
Tensão em série:
As baterias individuais de 3,7 V podem ser montadas em conjuntos de baterias com uma tensão de 3,7*(N) V (N: número de baterias individuais), conforme necessário.
Por exemplo, 7,4V, 12V, 24V, 36V, 48V, 60V, 72V, etc.
Capacidade paralela
:
Células de 2000mAh podem ser montadas em baterias com capacidade de 2*(N)Ah (N: número de células), conforme necessário.
Por exemplo, 4000mAh, 6000mAh, 8000mAh, 5Ah, 10Ah, 20Ah, 30Ah, 50Ah, 100Ah, etc.
Pacote de baterias de lítio 02
As baterias de lítio referem-se ao processamento, montagem e embalagem de conjuntos de baterias de lítio. O processo de montagem de células de bateria de lítio em grupos é chamado de conjunto. Este pode ser um conjunto de células individuais ou um conjunto de baterias de lítio em série-paralelo. Um conjunto de baterias de lítio normalmente consiste em uma carcaça de plástico, placa de proteção, células de bateria, eletrodos de saída, contatos para conexão e outros componentes, como fita isolante e fita dupla face.
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Célula de lítio
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O componente principal da bateria finalizada.
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Placa de proteção
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Oferece proteção contra sobrecarga, descarga excessiva, sobrecorrente, curto-circuito e controle de temperatura NTC.
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Invólucro de plástico
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A estrutura de suporte de toda a bateria; ela posiciona e fixa a placa de proteção; e suporta e limita a posição de todos os outros componentes que não fazem parte da carcaça.
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Terminais
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Oferece diversas interfaces de carga e descarga para vários produtos eletrônicos, dispositivos de armazenamento de energia e fontes de alimentação de reserva.
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Chapa/suporte de níquel
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Componentes que conectam e fixam as células da bateria.
03 Combinações Série-Paralelo de Baterias de Lítio
Por razões de segurança, as baterias de lítio devem ser conectadas a uma placa de proteção externa para monitorar cada célula. A operação em paralelo geralmente não é recomendada. Caso seja necessário o uso em paralelo, os parâmetros das baterias (capacidade, resistência interna, etc.) devem ser consistentes. Além disso, os parâmetros das baterias utilizadas em série também devem ser consistentes. Caso contrário, o desempenho do conjunto de baterias será significativamente inferior ao de uma única célula.
Padrões de emparelhamento de baterias de lítio: Diferença de tensão ≤ 10 mV, Diferença de resistência interna ≤ 5 mΩ, Diferença de capacidade ≤ 20 mA
O objetivo do pareamento de baterias de lítio é garantir que a capacidade, a voltagem, a resistência interna e o desempenho de cada bateria no conjunto sejam consistentes. Inconsistências farão com que os diversos parâmetros do conjunto de baterias de lítio variem durante o uso, resultando em desequilíbrio de voltagem. Com o tempo, isso pode levar à sobrecarga, descarga excessiva e capacidade insuficiente, representando risco de explosão ou incêndio.
Combinação de bateria de lítio
Pacote de baterias de lítio de 2 cordas (bateria de lítio de 7,4 V)
Bateria de lítio de 3 cordas (bateria de lítio de 11,1 V)
Bateria de lítio de 4 cordas (bateria de lítio de 14,8 V)
Bateria de lítio de 6 cordas (bateria de lítio de 22,2 V)
Cabos/Terminais para Baterias de Lítio
O comprimento do plugue e do cabo da bateria de lítio pode ser personalizado para se adequar ao equipamento elétrico do cliente.
Cálculo de baterias de lítio em série e em paralelo
Todos sabemos que conectar baterias de lítio em série aumenta a voltagem, enquanto conectá-las em paralelo aumenta a capacidade. Então, como calculamos quantas conexões em série e em paralelo um conjunto de baterias de lítio possui e quantas células ele contém?
Antes de realizar esse cálculo, precisamos saber as especificações das células utilizadas na bateria. Como diferentes células têm voltagens e capacidades diferentes, o número de conexões em série e em paralelo necessárias para montar uma bateria de lítio específica varia. Os tipos de células de bateria de lítio mais comuns no mercado incluem óxido de lítio-cobalto de 3,7 V, ternária de 3,6 V, fosfato de ferro-lítio de 3,2 V e titanato de lítio de 2,4 V. A capacidade varia dependendo do tamanho da célula, do material e do fabricante.
Tomando como exemplo uma bateria de lítio de 48V 20Ah.
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Considerando que as especificações da célula individual utilizada sejam 18650 3,7V 2000mAh
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Considerando que as especificações da célula individual utilizada sejam 18650 3,7V 2000mAh
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Número de células conectadas em paralelo: 20Ah/2Ah = 10, ou seja, 10 células em paralelo.
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O conjunto completo de baterias é composto por 13 conjuntos de 10 células = 130 células.
Combinações em série comuns de baterias de lítio
04 Processo de Montagem de Baterias de Lítio
Processo de montagem da bateria de lítio 18650-3S6P/11,1V/15600mAh
① Classificação da capacidade da bateria
ACEY-BCT506R-512H
máquina de carga e descarga de baterias de lítio
É projetado para testar a capacidade, tensão, corrente e desempenho de carga e descarga de células cilíndricas de lítio, como 18650, 21700, 26650, 32650 e 32700.
Diferença de capacidade ≤ 30mAh
Após a classificação por capacidade, deixe repousar por 48 a 72 horas antes de agrupar.
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Colagem de papel isolante de bateria
Aplique papel de liberação rápida e fita Mara para isolamento.
ACEY-BS01
máquina automática de colagem de papel isolante
É utilizado principalmente para colar uma camada de papel de cevada no eletrodo positivo ou negativo das baterias 18650/21700/26650/32650/32700, proporcionando bom isolamento, resistência ao desgaste, impermeabilização e outras características.
③ Classificação da tensão da bateria e da resistência interna
ACEY-AS11S
máquina de triagem de células de lítio
É um dispositivo eficiente e de alta precisão projetado para a triagem rápida de baterias cilíndricas de lítio. Utiliza um testador de resistência interna avançado para medir com precisão a tensão e a resistência interna da bateria. O equipamento é compatível com diversas especificações de baterias (18650/21700/26650/32700/etc.), com uma velocidade de triagem de até 5000 unidades/hora, o que melhora significativamente a eficiência da produção e permite a exportação de dados para facilitar o controle de qualidade.
Diferença de potencial ≤ 5mV
Diferença de resistência interna ≤ 5mΩ Oito células com voltagem e resistência interna semelhantes são emparelhadas.
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Soldagem por pontos de células de bateria
Utilize tiras de níquel moldadas para eliminar juntas de solda frias, curtos-circuitos, baixa eficiência e distribuição desigual de corrente.
ACEY-5000D
máquina de solda por pontos manual
É utilizado para soldar os terminais positivo e negativo de múltiplas baterias e materiais como chapas de níquel, garantindo a transmissão estável de corrente durante o processo de carga e descarga do conjunto de baterias. É amplamente utilizado na soldagem de diversos conjuntos de baterias, como baterias de energia, ferramentas elétricas e bicicletas elétricas, etc.
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Soldagem da placa de proteção
Confirme se não há componentes com vazamento na placa de circuito, soldas frias ou outros defeitos.
⑥ Teste abrangente da bateria
Série ACEY-BIT
testador completo de baterias
Permite realizar medições quantitativas e precisas de alguns parâmetros básicos da bateria. Pode medir a tensão de circuito aberto, a resistência interna, a carga, a descarga, a proteção contra sobrecorrente, a proteção contra curto-circuito e outras funções da bateria. Facilita a detecção de baterias defeituosas e aumenta a eficiência da produção.
⑦ Embalagem com filme termoencolhível de PVC
Primeiro, utilize o calor para encolher as extremidades e posicioná-las.
Em seguida, aplique calor para encolher o centro.
Certifique-se de que a película de PVC esteja centralizada e sem manchas brancas ou vazamentos.
ACEY-5035C
máquina de embalagem com filme termoencolhível
É utilizada na montagem e embalagem de baterias, especialmente baterias de íon-lítio e outros tipos de baterias recarregáveis. Essas máquinas são projetadas para envolver e selar baterias com segurança usando filme termoencolhível, proporcionando proteção, isolamento e um acabamento impecável.
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Impressão de código de lote por jato de tinta
A impressão deve ser nítida e legível.
ACEY-CP2
Máquina de codificação em lote por jato de tinta
É utilizado para imprimir informações como números de lote, datas de validade, datas de fabricação, códigos de barras e outros dados variáveis em produtos ou embalagens nas indústrias de manufatura e embalagem. Isso é essencial para a rastreabilidade do produto, controle de qualidade e conformidade com as normas regulamentares.
⑨ Envelhecimento da bateria
Determinar a qualidade da bateria e garantir a estabilidade, segurança e vida útil da bateria de lítio durante o uso.
Série ACEY-BA
máquina de envelhecimento de baterias
É utilizado principalmente para carga e descarga de baterias e testes de características relacionadas. Os canais de teste são completamente independentes e adequados para testes de envelhecimento de baterias ternárias, de fosfato de ferro-lítio, de chumbo-ácido, de níquel-hidreto metálico e de níquel-cádmio.
05
Precauções para conectar baterias de lítio em série e em paralelo
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Não utilize pilhas de marcas diferentes juntas.
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Não utilize baterias com voltagens diferentes em conjunto.
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Não misture baterias de capacidades diferentes ou baterias de lítio novas com usadas.
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Baterias com composições químicas diferentes não devem ser misturadas, como por exemplo, baterias de níquel-hidreto metálico e baterias de lítio.
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Quando a carga da bateria estiver baixa, substitua todas as baterias.
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Utilize uma placa de proteção para baterias de lítio com os parâmetros correspondentes.
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Selecione baterias com desempenho consistente. Geralmente, baterias de lítio usadas em série e em paralelo requerem o pareamento das células. Critérios de pareamento: diferença de tensão ≤ 10 mV, diferença de resistência interna ≤ 5 mΩ e diferença de capacidade ≤ 20 mA.
① Baterias de lítio de diferentes voltagens em série
Como as baterias de lítio apresentam problemas de consistência, mesmo quando usadas em paralelo e em série no mesmo sistema (como baterias ternárias ou de ferro-lítio), é importante selecionar baterias com tensão, resistência interna e capacidade consistentes. O uso de baterias com diferentes níveis de tensão e resistência interna em série pode fazer com que uma bateria carregue primeiro e descarregue por último em cada ciclo. Se uma placa de proteção estiver instalada e não apresentar mau funcionamento, isso reduzirá a capacidade de todo o grupo. Sem uma placa de proteção, a bateria inevitavelmente sofrerá sobrecarga ou descarga excessiva, causando danos.
② Baterias de lítio de diferentes capacidades em paralelo
Misturar baterias de lítio de diferentes capacidades ou baterias novas com usadas pode causar vazamento e tensão zero. Isso ocorre porque as diferenças de capacidade durante o processo de carregamento fazem com que algumas baterias sejam sobrecarregadas enquanto outras são subcarregadas. Durante a descarga, baterias de alta capacidade podem não ser totalmente descarregadas, enquanto baterias de baixa capacidade podem ser descarregadas em excesso. Esse ciclo vicioso danifica as baterias, causando vazamento ou baixa (ou nenhuma) tensão.
06 As baterias de lítio devem ser conectadas em paralelo ou em série primeiro durante a montagem?
Topologia Série-Paralelo de Baterias de Lítio
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Os métodos típicos de conexão para baterias de lítio incluem conexão em paralelo primeiro, depois em série, conexão em série primeiro, depois em paralelo, e métodos de conexão mista.
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Os conjuntos de baterias de lítio para ônibus puramente elétricos normalmente utilizam um método de conexão primeiro em paralelo e depois em série.
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Os conjuntos de baterias de lítio para armazenamento de energia em redes elétricas geralmente utilizam um método de conexão que começa em série e depois se conecta em paralelo.
Vantagens da conexão em paralelo primeiro e em série depois para baterias de lítio
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A falha de uma célula da bateria de lítio causa o desligamento automático. Além da redução na capacidade, isso não afeta a possibilidade de operação em paralelo.
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Se uma célula de bateria de lítio entrar em curto-circuito em uma conexão paralela, o circuito paralelo experimentará correntes muito altas, o que geralmente é evitado pela tecnologia de proteção por fusível.
Desvantagens de conectar baterias de lítio em paralelo (primeiramente)
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Devido às diferenças na resistência interna e à dissipação desigual de calor entre as células da bateria de lítio, a vida útil de um conjunto de baterias de lítio conectadas em paralelo pode ser afetada.
Vantagens de conectar baterias de lítio primeiro em série e depois em paralelo.
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Conectar as células da bateria de lítio primeiro em série, com base em sua capacidade (por exemplo, 1/3 da capacidade total) e, por último, em paralelo, reduz a probabilidade de falha em módulos de baterias de lítio de alta capacidade. Essa primeira conexão, em série seguida de paralelo, também melhora significativamente a consistência dos conjuntos de baterias de lítio.
Do ponto de vista da confiabilidade da conexão do conjunto de baterias de lítio, da tendência de inconsistência de tensão e seu impacto no desempenho, o método de conexão em paralelo primeiro e depois em série é superior ao método de conexão em série primeiro e depois em paralelo. A topologia de bateria de lítio em série primeiro e depois em paralelo facilita a detecção e o gerenciamento de cada célula de bateria de lítio no sistema.
07 Carregando baterias de lítio em série e paralelo
① Carregando baterias de lítio em série
Atualmente, as baterias de íon-lítio são geralmente carregadas em série, principalmente devido à sua estrutura simples, baixo custo e facilidade de implementação. No entanto, devido às diferenças de capacidade, resistência interna, características de atenuação e autodescarga entre as baterias individuais, ao carregar um conjunto de baterias de íon-lítio em série, a bateria menor do conjunto será totalmente carregada primeiro. Nesse ponto, as outras baterias não serão totalmente carregadas. Se o carregamento continuar em série, a bateria totalmente carregada poderá ser sobrecarregada.
A sobrecarga de uma bateria de íon-lítio pode danificar gravemente seu desempenho e até mesmo causar uma explosão, resultando em ferimentos. Portanto, para evitar a sobrecarga de baterias individuais de íon-lítio, os conjuntos de baterias de íon-lítio são normalmente equipados com um sistema de gerenciamento de bateria (BMS). Esse sistema fornece proteção contra sobrecarga para cada bateria individualmente. Durante o carregamento em série, se a tensão de uma única bateria de íon-lítio atingir a tensão de proteção contra sobrecarga, o BMS desconecta todo o circuito de carregamento em série e interrompe o carregamento para evitar a sobrecarga dessa bateria específica, o que, de outra forma, impediria que as outras baterias fossem totalmente carregadas.
②Carregamento de baterias de lítio em paralelo
Ao carregar baterias de íon-lítio em paralelo, certifique-se de que cada bateria seja carregada uniformemente. Caso contrário, o desempenho e a vida útil de todo o conjunto de baterias serão afetados. As técnicas comuns de equalização de carga incluem: equalização com resistor shunt constante, equalização com resistor shunt liga/desliga, equalização com tensão média da bateria, equalização com capacitor chaveado, equalização com conversor buck e equalização com indutor.
Há vários pontos a serem observados ao carregar baterias de lítio em paralelo:
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Baterias de lítio, com ou sem placas de proteção, não podem ser carregadas em paralelo. Baterias sem placas de proteção são propensas a sobrecarga e danos.
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Baterias carregadas em paralelo geralmente exigem a remoção da placa de proteção integrada da bateria e o uso de uma única placa de proteção.
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Se as baterias carregadas em paralelo não possuírem uma placa de proteção, a tensão de carregamento deve ser limitada a 4,2 V, e um carregador de 5 V não poderá ser utilizado.
Quando baterias de lítio são conectadas em paralelo, um chip de proteção contra sobrecarga garante a segurança durante o carregamento. Os fabricantes de baterias de lítio consideram as características variáveis das baterias em paralelo e projetam a corrente e selecionam as células com base nesses requisitos. Portanto, os usuários devem carregar as baterias de acordo com as instruções para baterias de lítio em paralelo, a fim de evitar possíveis danos causados por carregamento inadequado.
③ Precauções para o carregamento de baterias de lítio
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As baterias de lítio devem ser carregadas com um carregador específico. Caso contrário, podem não atingir a capacidade total, afetando seu desempenho.
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As baterias de lítio não precisam ser totalmente descarregadas antes de serem recarregadas.
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Não deixe o carregador conectado por longos períodos. Remova a bateria do carregador assim que estiver totalmente carregada.
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Remova a bateria de qualquer aparelho elétrico que não esteja em uso e descarregue-a completamente antes de guardá-lo.
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Não insira a bateria com a polaridade invertida, pois isso pode fazer com que ela inche ou se rompa.
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Não utilize carregadores de níquel e de lítio de forma intercambiável.