Gibt es einen praktischen Unterschied zur Reihen- oder Parallelschaltung von Batterien, wenn sie über einen geschalteten/geregelten Ausgang geleitet werden?

Ich baue einen Akku, der an einen Abwärtswandler für geschalteten Ausgang angeschlossen wird. Um die mAh-Kapazität des Packs zu erhöhen, kann ich ein zweites Array ähnlicher Zellen parallel zum Eingang des Konverters anschließen. Da der Zellenausgang jedoch durch einen Schaltregler geleitet wird, kann ich die gleiche Kapazitätssteigerung erreichen, indem ich alle Zellen in Reihe schalte?

Konzeptionell schaltet der Regler halb so oft ein (wenn sich die Eingangsspannung verdoppelt), sodass sich die Zellen langsamer entladen sollten. Ich kann möglicherweise einige meiner Verbindungen und Verpackungen vereinfachen, indem ich die Reihenschaltung verwende, und frage mich daher, ob es einen praktischen Unterschied zur Reihen- oder Parallelschaltung der Zellarrays gibt.

Beide Möglichkeiten haben Vor- und Nachteile, daher hängt es vom Schutz für den Spannungsausgleich in Reihe und den Stromausgleich parallel und den Grad der Fehlanpassung zwischen den Zellen ab. Parallel hat mehr Vorteile, aber auch mehr Risiko bei unausgeglichenen Zellen. Arrays bieten also die beste Balance, wenn sie groß sind, und Reihenstrings, wenn sie klein sind, nur um das Risiko eines übermäßigen Stroms zu reduzieren.
Eine Präzisions-Feinsicherung hilft beim ESR-Ausgleich und erhöht die Sicherheit für parallele Stränge oder Zellen.
Während dies auf den ersten Blick wie eine gute Frage erscheint, ist dies eigentlich eine sehr weit gefasste Frage. Es gibt so viele technische Kompromisse zu prüfen. Sind Sie auf Effizienz aus? Einfachheit? Kosten? Wie sieht Ihre Ladeschaltung in Bezug auf diesen Akku aus? Dies müsste auch davon ausgehen, dass Ihr Abwärtswandler die doppelte Spannung verarbeiten kann.
@horta ist richtig. Ihre Wandlereffizienz sinkt, wenn das Spannungsverhältnis zwischen Eingang und Ausgang zunimmt. Sie werden nicht unbedingt halb so oft einschalten, ein PWM-Schema ändert das Tastverhältnis, nicht die Frequenz (obwohl Hysteresesteuerungen die Frequenz ändern). Das Wiederaufladen von Zellen in Reihe kann einen Zellenausgleich erfordern. Sie müssen alle Kompromisse eingehen, um zu sehen, welcher Ansatz für Ihre spezifische Anwendung der bessere ist.
@horta: Der Einfachheit halber werde ich die Zellen (NiMH) extern aufladen. Ich werde es mit 6 V oder 7,2 V für ein Array oder mit dem Doppelten für alle Zellen in Reihe zu tun haben. Ich habe mehrere preiswerte Buck-Module für Arduino-Projekte gesehen, die knapp 30 V am Eingang verarbeiten können, also bin ich mir sicher, dass ich eines für meine Bedürfnisse finden kann. Allerdings möchte ich zuerst die Effizienz optimieren und dann die Einfachheit der Verkabelung. Ich denke, ich sollte zuerst auf die Effizienz des Konverters schauen.
Die Effizienz des Konverters sollte Ihre erste Sache sein, die Sie untersuchen sollten. Einen für höheren Strom zu bekommen, wird wahrscheinlich einen besseren Wirkungsgrad bieten. Dann würde ich der Einfachheit halber alle Batterien parallel halten, um die Batterien im Gleichgewicht zu halten. Im Allgemeinen ist es bei SMPS umso effizienter, je näher Ihr Eingang an der Ausgangsspannung liegt, sodass das Verdoppeln Ihrer Spannung hier nicht hilft.

Antworten (1)

Stellen Sie sich zwei Batterien vor, die entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden können.

Jede Batterie hat die gleiche Spannung, und wenn wir davon ausgehen, dass jede die gleiche Leistung liefert, wird ihr der gleiche Strom entnommen. Die Gesamtausgangsleistung für beide Verbindungen ist gleich.

Jeder hat die gleiche Energie, die an den Innenwiderstand verloren geht, da der Strom in jeder Batterie gleich ist, sodass der Wirkungsgrad derselbe ist.

Da sie ein ideales SMPS ansteuern, spielt es keine Rolle, ob es mit seiner 2VI-Leistung als 2VxI (seriell) oder Vx2I (parallel) versorgt wird, die SMPS-Ausgangsleistung ist dieselbe.

Es gibt keinen Unterschied zwischen Reihen- und Parallelschaltung für Leistung oder Effizienz. Es kann jedoch einige praktische Unterschiede geben.

Die Verkabelung zwischen den Batterien und dem SMPS kann im Serienfall leichter sein, da sie den halben Strom führt.

Die Reihenschaltung führt oft zu einer einfacheren Verdrahtung und weniger davon.

Das SMPS, das Sie haben, kann möglicherweise mit bis zu V, aber nicht mit 2 V arbeiten, sodass Sie die Reihenschaltung nicht verwenden konnten, ohne neue Sachen zu kaufen. Wenn es mit beiden Spannungen arbeiten kann, hat es möglicherweise einen unterschiedlichen Wirkungsgrad.

Parallele Batterien müssen in der Spannung ausgeglichen werden, bevor sie angeschlossen werden, aber sobald sie angeschlossen sind, können sie als eine geladen/entladen werden, sie können sogar unterschiedliche Kapazitäten haben, solange sie die gleiche Chemie und Spannung haben. Serienbatterien müssen jederzeit im Ladezustand ausgeglichen sein. Dies ist bei Blei- und Nickelbatterien leicht zu warten, da sie eine Überladung akzeptieren können, um ihren Ladezustand auszugleichen. Lithium benötigt einen aktiven Ladezustandsausgleich, da es nicht sicher überladen werden kann. In der Praxis ist dies keine Einschränkung, da Ladegeräte, die ausgleichen, und BMS-ICs jetzt leicht verfügbar sind.

Gibt es einen praktischen Unterschied zur Reihen- oder Parallelschaltung von Batterien, wenn sie über einen geschalteten/geregelten Ausgang geleitet werden?
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