锂离子电池
整理一些锂离子电池相关概念。
1 容量单位
Capacity
安时: Ah(安培小时)表示电池容量,指电池可为设备供电的时间。
比如: 5 Ah 电池理论上可以提供 1 安培电流 5 小时或 5 安培电流 1 小时。
Energy
瓦时: Wh(瓦特小时)同样表示电池容量,该电池或电池组总共可以做多少功。
换算:
瓦时=电压*安时, Wh=V*Ah, 类比P=UI
2 放电倍率
C-Rate
放电倍率: 动力电池的关键参数之一,最大放电倍率指该电池支持的最大工作电流。当然瞬时电流可以更大。
Rate capability
1 C 意味着放电电流将在1 小时内放电完整个电池。 比如2Ah电池,1C倍率放电,则该电池以2A电流持续1小时内释放完。
最大工作电流A=电池放电倍率C*容量Ah
2.1 放电倍率与电池容量成反比:
由于工艺的限制,最大放电倍率与电池容量成反比。 低倍率大容量。小电流长续航,手电筒,小台扇等。 高倍率低容量。大电流大功率,吸尘器,电动工具等。
2.2 C-Rate与时间成倒数关系,理想状态下
以1C来看,是在1小时内将电池内所有的容量全部释放出来, 2C是在0.5小时(30分钟)内将电池所有的容量释放出来, 10C是在0.1小时(6分钟)内将电池所有的容量释放出来来, 0.5C是在2小时(120分钟)内将电池所有的容量释放出来, 0.1C是在10小时(600分钟)内将电池所有的容量释放出来。
2.3 按照放电倍率大小分类
容量电池: 3c以下,容量较大,低电流,长续航。充电宝,太阳能路灯,玩具,手电筒,小风扇等... 动力电池: 5c以上,容量偏小,大电流,强动力。电动工具,吸尘器等… 倍率电池: 10c以上,超大电流,超强动力。航模…
3 电池组
series
S 串联: 电压升高,容量不变. 串联数量视负载需求。
航模无刷电机使用的电调,通常不直接标识工作电压,而是标识(2s~3s)指支持2串到3串,约8v~12v。(2s~6S)支持2串到6串,约8v~24v。
parallel
P 并联: 电压不变,容量增加. 并联无限制,受限于(空间, 重量)
航模电池常用的缩写3S,表示3颗电池串联,即(3*4v=12v)输出.
Internal resistance 内阻
Self-discharge (rate) 自放电(率)
Constant-Current (CC) 恒流
Constant-Voltage (CV) 恒压
3.1 串并联
影响现实电路的因素, 由于每个电池的个体差异
1. 组内不均衡状态. 串联需要做均衡,并联不需要
2. 电池故障,导致断路
3. 电池故障,导致短路. 可能性很低
3.2 2*3=6颗电池组合
对比:单颗电池按4v计算,容量设为2ah。可作功为8wh。 6颗电池做串并联电池组,如下4种组合。 |
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先串 VS 先并 |
2串3并 | 3并2串 | 3串2并 | 2并3串 | 先串 VS 先并 |
4v*2串=8v; | 2ah*3并=6ah; | 4v*3串=12v; | 2ah*2并=4ah; | ||
2ah*3并=6ah | 4v*2串=8v | 2ah*2并=4ah | 4v*3串=12v | ||
电压(V) | 8 | 8 | 12 | 12 | 电压(V) |
电压更高,可支持更高电压负载 | |||||
容量(ah) | 6 | 6 | 4 | 4 | 容量(ah) |
容量更大,放电时间更长 | |||||
5c放电: | 5c*6ah=30A | 5c*6ah=30A | 5c*4ah=20A | 5c*4ah=20A | 5c放电: |
电流更大,支持更大电流负载 | |||||
wh: | 可作功为:8v*6ah=48wh | 可作功为:12v*4ah=48wh | wh: | ||
可作功总数相同 (6颗*8wh=48wh)... | |||||
均衡版 | 3 | 1 | 2 | 1 | 均衡版 |
断路损失 | ‘-1.3 | ’-1/6 | ‘-1/2 | ’-1/6 | 断路损失 |
短路保险丝 | 3 | 6 | 2 | 6 | 短路保险丝 |
2s3p | 3p2s | 3s2p | 2p3s | ||
市面上的电池组多数会使用先并联再串联。方便均衡。 若需要8v电压输出,则会用到3并2串,3p2s。 若需要12v电压输出,则会用到2并3串,2p3s。 |
3.3 3*3=9颗电池组合
单颗电池按4v计算,容量设为2ah。 可作功为8wh。9颗电池串并联。 |
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先串 VS 先并 |
3串3并 | 3并3串 | 先串 VS 先并 |
3颗串联12v;再并联增加容量 | 3颗并联6ah;再串联升压到12v | ||
4v*3串=12v;2ah*3并=6ah | 2ah*3并=6ah;4v*3串=12v | ||
wh: | 可作功为:12v*6ah=72wh 放电能力与容量均相同。 |
wh: | |
1 均衡 | 3串需要3个均衡版 | 只需要1个均衡版 | 1 均衡 |
2 断路 | 故障电池所在的串整串失效, 整组容量损失1/3。 |
故障电池所在的并联组电压不变, 整组容量损失1/9 |
2 断路 |
3 短路 | 3个保险丝 | 9个保险丝 | 3 短路 |
注: 较廉价的,中小功率的更多使用先并再串,方便均衡。 |