多節鋰離子電池串聯好嗎？

多節串聯鋰離子電池存安全隱患電阻均衡保護技術潛力大

近年來，鋰離子電池以高能量密度、高循環使用次數、體積小、重量輕以及綠色環保的優勢越來越受到人們的關注，其應用市場正在逐漸擴大，不僅廣泛應用于手機、筆記本電腦、攝像機、DVD等一系列小型移動式電子產品，也在以多串鋰離子電池為動力的電動工具、電動自行車、電動摩托車、輕型電動汽車及混合電動汽車等領域發展迅速。

五大原因致電池不均衡

為保證這些多節串聯鋰離子電池在各種應用中的安全及使用壽命的持久，除對單體電池自身安全性的持續改進外，如何解決長期使用過程中電池包內各單體電池的性能差異或不一致性造成的問題顯得越來越重要。在目前制造工藝水平及應用的條件下，單體電池在長期使用中性能差異是不可避免的，造成這些不一致性問題的主要原因可歸納為以下幾個方面：

第一，生產工藝、材質等的細微差異。在長時間的使用下，各電池的材質老化速度不同步，會使得單個電池的電壓、內阻、容量產生較大差異變化。

第二，不同的生產批次。由于初始時的條件及損耗不同，放在同一個電池包中會造成失衡，隨著時間推移，不均衡會加重。

第三，某些電池生產時的細微瑕疵可能使這些電池出現40kΩ以上的電阻漏泄通路，形成軟短路現象。而這軟短路是引起某些電池不均衡的主要原因之一。

第四，同批的電池性能通常很相似，但由于電池包工作的溫度變化大，造成部分電池受熱較多，使得自身損耗變大，從而引起不均衡。嚴重時，電池包內會出現熱點，這樣的失衡很危險。

第五，在電池包內，由于單體電池在串聯中的不同位置，在電池保護板上會產生不同的系統漏電。漏電量可能很小，但長時間內也會造成電池的不均衡。

電池不均衡威脅安全

這些不均衡現象不僅會使電池包容量變小，甚至還可能會造成嚴重的過充電、過放電等安全隱患。讓我們來對這兩種情況進行仔細分析：首先是針對電池包容量變小的情況;。以三串電池包應用為例，初始時，A、B、C三單體電池都為100%容量，但在長時間的使用下，各電池產生了不均衡，造成在某一時刻，A電池剩余80%容量，B電池剩余40%容量，C電池剩余60%容量；此時對電池包內進行充電，由于過高壓保護的作用，當A電池充滿100%而使充電器關閉時，B電池容量才為60%，C電池容量為80%，從而出現電池包內B電池和C電池有未充滿電現象。而在對該電池包進行放電時，由于過低壓保護的作用，當B電池放完電至0%(理想值)時，A電池將還有40%容量，C電池還有20%容量，出現電池包內A電池和C電池有未放完電現象。(三串電池失衡后的充/放電容量變化如表1)。

其次，針對可能造成嚴重過充電、過放電的情況。以4串電池包為例(單節過壓點為4.2V;欠壓點為3.0V;只對電池包總電壓進行保護，不加單體電池電壓監控。如圖1)，在長時間使用下，電池產生了不均衡。而無單體電池電壓監控的情況下，放電時，雖然該電池包滿足了12V的欠壓保護設置，但它卻是由3.6V+3.2V+3.2V+2.0V=12V組成，其中最低失衡電池電壓已低至2.0V，出現嚴重過放電現象。充電時，雖然滿足了16.8V的過壓保護設置，但4.7V+4.1V+4.1V+3.9V=16.8V組成，其中最高失衡電池電壓已達4.7V，這是很危險的過充電現象。

電阻均衡方式潛力大

了解造成電池不均衡的原因及缺點后，我們在設計電池均衡方案時應考慮適當的均衡電流大小,考慮均衡功能動作的時機,考慮電池均衡精準度,考慮對多個電池一起進行均衡,考慮整體均衡設計時散熱的問題。

如今，如何經濟可靠地解決多節電池包中單體失衡的問題，對電動工具、電動自行車、輕型電動車等應用的推廣顯得越來越重要。理論上均衡的方法有很多，而其中，電阻(分流)均衡方式被認為是目前最經濟、最實用的一種方式。在這基礎之上，凹凸科技提出了最新的智能均衡技術BatteryBleeding-on-Demand(BOD)技術。該技術所提供的各均衡參數的設置皆為設計電池均衡時整體散熱考慮的一部分。對均衡熱損耗限制高的應用，可選擇低均衡電流、較高的均衡啟動電壓、較低的均衡精度以及較少的同時均衡電池數來減低均衡熱損耗；而在電池包熱容量寬裕的情況下，可以選擇較高的均衡電流、較低的均衡啟動電壓、較高的均衡精度以及較多的同時均衡電池數來提高均衡的速度。