没事吃饱撑，发个模拟电池并联的分析，看环流有多大多久

L555T_007 · 发表于 2012-1-13 11:28

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本帖最后由 L555T_007 于 2012-3-17 09:24 编辑

电池不好模拟，不过根据恒流充放电的电压近似线性规律，暂且用大电容代替做分析
不考虑其他温度/压力...etc等因数

可能有一些模拟不正确的地方，希望有这方面实践经验的技术人员指正

模拟图纸，恒流充放电仿真状态图

模拟图纸，恒流充放电仿真状态图

测试方式是2个 1000F 电容，内阻分别是1m/2m,模拟2种容量相同但内阻不同的电池

先用 I3 恒流预充到3.7V电压左右后断开(其实这个不影响恒流充放电的分析)

第一步  I1 以10A电流充 20秒，
第二步  静置 20秒，观察环流
第三步  I2 以10A电流放 20秒，
第四步  静置 20秒，观察环流

重复1，2，3，4截图是400秒后的稳定态

重点提示
1  电动势差决定环流是否存在
2  电动势差+内阻决定环流大小
3  电动势差+内阻+容量决定环流的存在时间

充电时，好像内阻低的电池，充电电流大，电动势上升快，咦，岂不是2节电池的电动势压差越来越大？
no ！
不要忘记充电电流是(端电压-电动势)/内阻，2节电池的端电压一样，电动势升高了电流就会减少，所以电流最终是趋向一致。同样的电流作用于相同的容量，电动势下降率一样，所以后期电动势差维持不变

反过来，放电也是一样。

充电末期，充电器由CC恒流模式转为CV恒压模式，2节电池的电动势肯定是一致的。这是充电器的特性
------------------------------------------------------
感觉1000F 电压上升太快，还不能模拟电池特性
再来一个 100000F的，同样10A恒流充放电，内阻不变
时间为10分钟充/停/放/停
模拟得出10A充10分钟，端电压上升35mV,有点靠谱

充放电功率为 3.8V*10A=38W

不同内阻的电池，充/放电流慢慢变成一致且均分，电动势差维持不变

可以看到环流的最大值为 2A,电动势差为5mV,损耗峰值为10mW，且慢慢降低，直到消失
10mW（peak） VS 38000mW （avg）

可以说这个损耗发热跟实际输出功率差得N远，也明显远远低于内阻的发热。
充电/放电时，内阻发热的功率是 (5*5*1m+5*5*2m)=75mW(avg)，这个不是峰值功率而是平均功率。
而环流只在停充/停放时发生一次而已,指数衰减，每次发热很低。
比方说内阻发热能令电池升10度，环流损耗连0.1度都升不了

请专家发话，环流损害究竟有多大

100000F电容模拟电池

两个同容量不同内阻的电池，电流稳定后的环流情况计算
1 电动势差峰值
Vdiff= (（Icha or Idis) /2）*（R1-R2）
2 环流峰值
Iloop=Vidff/(R1+R2)
Iloop=(（Icha or Idis )/2）*（R1-R2）/(R1+R2)

充放电流越小，内阻相差越小，电动势差越小，环流峰值越小

===================================================================================
关于大小电池并联，模拟得出一个有趣结论，

RC乘积(内阻*容量)一样时，充放电电流正比于容量，反比于内阻，电动势差最小，环流就最小，

通常容量小的电池内阻大，容量大的电池内阻小，刚好能配对

下图是100000F 1mΩ 和 50000F 2mΩ的模拟结果，完全无电动势差，自然也没有环流了，
这是理想情况，实际电池并联多少有点环流的

100000F 1m + 50000F 2m

看来，只要自放电不大，不要烂到短路故障，电池并联并没什么大问题。
同容量不同内阻，ok
容量小内阻大+容量大内阻小，ok
RC乘积越接近，环流越小
--------------------------------------------不过第一次并联时最好保证电压一致到mV级，否则@#￥%

充电和放电的电流脉动过大依然会产生环流，不过环流分量一如既往的低，无需考虑。
滤波电容能减少脉动，是电池者居家旅行杀人放火的必备良药。无论是单个/多个并联还是多个串联。
====================================================
可能是温度/压力等原因会导致环流异常增加，本人没有条件分析这些东东
否则，我实在不相信中国的 XX院 / xx所 / xx公司那成千上万的数目庞大的来势汹汹的博士砖家叫兽会如此害怕传说中的【环流】
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
希望那些说环流有害论的人举出有效的证据,
不要看多了中国古装侦探，以为一拍脑袋就能破案，那是扯蛋！工作中这个态度，基本是一拍屁股走人【国有单位除外】

摩托车的12V电池是什么工况？
这个充放够频繁了吧？脉动电流够大了吧？
一边是几十W白炽大灯负载，一边是发电机半波整流脉动充电，电压还跟转速同步忽高忽低，而且连滤波电容的毛都看不到
这些电池用个3年5年都是easy job！
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网上资料，实践，结论一致

电动自行车用铅酸蓄电池组并联充放电的研究
http://wenku.baidu.com/view/b26a463131126edb6f1a1060.html

环流个屁！

aakissyou · 发表于 2012-1-13 12:35

我要看结论

renjieah · 发表于 2012-1-13 12:54

问题是，恒流放电的时候。。。。不是cv而是cc

wcmwcmwcm5188 · 发表于 2012-1-13 13:02

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

L555T_007 · 发表于 2012-1-13 15:24

更新100000F 电容模拟图

本人结论，只考虑容量/内阻的话，环流损害就是扯蛋。
但是温度/压力...etc本人未做分析

L555T_007 · 发表于 2012-1-13 16:27

更新结论

看来，只要自放电不大，不要烂到短路故障，电池并联并没什么大问题。
同容量不同内阻，ok
容量小内阻大+容量大内阻小，ok
RC乘积越接近，环流越小
--------------------------------------------不过第一次并联时最好保证电压一致到mV级，否则@#￥%

====================================================
可能是温度/压力等原因会导致环流异常增加，本人没有条件分析这些东东
否则，我实在不相信中国的 XX院 / xx所 / xx公司那成千上万的数目庞大的来势汹汹的博士砖家叫兽会如此害怕传说中的【环流】

fat · 发表于 2012-1-13 16:32

电池并联用，目的是扩大容量，而电池串联用，是为了提高放电功率同时减小铜损，都是电池在实际应用场合必须的手段。

MAGLITE · 发表于 2012-1-13 16:50

精确到mV，这个基本上很难。电压，内阻，容量都要匹配。数百串后再并联，就不是那么简单了。先并后串就没那么麻烦。

BTW：配对的电池再精确、几十个充放后也会有差别。

L555T_007 · 发表于 2012-1-13 17:06

本帖最后由 L555T_007 于 2012-1-13 17:09 编辑

MAGLITE 发表于 2012-1-13 16:50

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精确到mV，这个基本上很难。电压，内阻，容量都要匹配。数百串后再并联，就不是那么简单了。先并后串就没那 ...

唉
精确到mV,只是减少电流冲击而已，这个是说给DIYer听的，很多坛友喜欢虐电池，比较变态

而且采用专业充电器预充电，例如 3.700V+/-10mv ，根本不存在任何问题，
测试聚合物锂电池时，4.2V电压差1%，容量差好大的

因为越到后期电流越小耗时越久。生产效率低
变态一点就是电池间接个0.1电阻,放一天就均的差不多了

使用时间长了，差别肯定有，但是上面的分析都指出，没啥大不了的。那个把单体2000次组成电池组后就阳痿到200次的砖家，是因为他的电池砖太烂，老出故障，而且基本是短路，所以200次后报废

btw：
有空问一下你们公司的几百个博士，看看环流方面有什么因素俺没考虑啊？

本人刚换了风骚的头像，难免风骚了一点

lyc4081 · 发表于 2012-1-13 17:14

学习了...

L555T_007 · 发表于 2012-1-13 17:59

其实这个帖子，斑竹居然没来加精，我都有点失望。

难道是因为本人太扯蛋，隐身几年，好不容易出来一次，结果还是惯性的跟人扯蛋扯个没完。

test01 · 发表于 2012-1-13 18:12

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

xmasjacky · 发表于 2012-1-13 21:44

L555T_007 发表于 2012-1-13 17:59

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其实这个帖子，斑竹居然没来加精，我都有点失望。

难道是因为本人太扯蛋，隐身几年，好不容易出来一次，结 ...

我再从井底爬起来驳LZ一下下
2节电池并联环流1mah也好、10mah也好、100mah也好或许这些都不是主要的。
问题是2节电池一个放电周期环流现象出现了1000次、1W次、甚至更多次，每次可能只有小到几个μAh，但是这样高频率小电流的充放电对电池的寿命会有怎么样的影响？

L555T_007 · 发表于 2012-1-13 22:09

xmasjacky 发表于 2012-1-13 21:44

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我再从井底爬起来驳LZ一下下
2节电池并联环流1mah也好、10mah也好、100mah也好或许这些都不是主要的。
问 ...

无语
第一电流脉动在没令端电压在电动势上下波动时，电池都是在一直放电/充电。
      在输出接了电容的情况下，即使PWM电源在0A~10A波动时，实际电池电流是在电流平均值波动，不可能导致环流的出现

      希望你反驳时，自己计算一下。

      特殊情况是PWM通断负载且无电容，大功率负载/电源设计中，这种情况几乎不可能出现

第二即使是那么特殊的情况，你有什么证据证明支持大电流的电池，微小电流充放会导致电池早衰？

fat · 发表于 2012-1-13 22:22

MAGLITE 发表于 2012-1-13 16:50

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精确到mV，这个基本上很难。电压，内阻，容量都要匹配。数百串后再并联，就不是那么简单了。先并后串就没那 ...

配对的电池再精确、几十个充放后也会有差别

这只能说明电池的生产工艺和品控水平有待提高，远未达到“成熟”阶段

fat · 发表于 2012-1-13 22:36

xmasjacky 发表于 2012-1-13 21:44

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我再从井底爬起来驳LZ一下下
2节电池并联环流1mah也好、10mah也好、100mah也好或许这些都不是主要的。
问 ...

问题是2节电池一个放电周期环流现象出现了1000次、1W次、甚至更多次，每次可能只有小到几个μAh，但是这样高频率小电流的充放电对电池的寿命会有怎么样的影响？

请问这个“一个放电周期环流现象出现了1000次、1W次、甚至更多次”现象，是否有存在的根据？是实验观察到现象还是凭空想象出来的啊？一直并在一起的两个电池，根据欧姆定律，电势差一直为0，为何会出现这许多次的环流？即使其中一个电池内部有漏电，那就仅是相当于一个大容量电池(并联后)对这个漏电负载放电，这N多次的环流是怎么产生的？{:4_322:}

xmasjacky · 发表于 2012-1-13 23:26

本帖最后由 xmasjacky 于 2012-1-14 00:06 编辑

L555T_007 发表于 2012-1-13 22:09

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无语
第一电流脉动在没令端电压在电动势上下波动时，电池都是在一直放电/充电。
在输出接了电容 ...

充电或者放电之后，端电压总会有所波动，或大或小的区别而已，但是波动不可能消除。
如果是最傻的傻充来充电，以50HZ的交流电变成100HZ的半波型充电每一个波就可能造成一次环流，1个小时就是可能出现36万次环流。实际的情况会更复杂一点，可能会多元36万次也可能会少于36万次。

xmasjacky · 发表于 2012-1-13 23:44

fat 发表于 2012-1-13 22:36

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问题是2节电池一个放电周期环流现象出现了1000次、1W次、甚至更多次，每次可能只有小到几个μAh，但是这 ...

借用LZ的图，红圈圈出来的就是环流。

fat · 发表于 2012-1-13 23:53

xmasjacky 发表于 2012-1-13 23:44

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借用LZ的图，红圈圈出来的就是环流。

两个充上电的电池，第一次并联，是会有环流，因为有电势差存在，但并联以后，两个电池的两端就一直是同电位，电池组的两个电池之间没有电压差，ΔV=0，I=V/R，哪里来的电流？更不用说什么千次万次的环流了，这是基本的欧姆定律，你不是准备推翻它吧{:1_301:}

among · 发表于 2012-1-14 01:03

又来了，容量低的电池会先放完，然后容量高的给低的充电，等等
实际使用差个100mv也很快就被拉平了

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[电池] 没事吃饱撑，发个模拟电池并联的分析，看环流有多大多久

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