电池均衡与更换

当为高尔夫球车、手电筒、备用电源或其他使用串联储能元件的设备更换电池/电芯时,强烈建议:

A) 同时更换所有电芯 / 电池 —— 不要混用新旧电池(或长期闲置的旧电池)
B) 使用完全相同的替换品 —— 不要混用品牌 / 型号 / 尺寸
C) 对于可充电储能系统,确保每个电芯 / 电池在安装前已单独充满电

这背后的原理与"电池均衡"概念相关在由串联电池/电芯组成的储能系统中,除非采用(昂贵且不便的)特殊设计,电流只能依次流经每个电芯这很像火车:若某节车厢轮子脱落,整列火车都会受影响

在这种配置下,只有当所有储能元件的容量和充电状态都匹配时,才能实现最佳性能和最长寿命老化与使用会导致容量衰减,因此新旧电池混用会造成容量失配,这就是建议(A)的原因同理,使用相同替换品能最小化制造差异导致的初始容量差异,以及随时间推移因磨损率不同产生的容量差异,故有建议(B)最后,由于串联电芯的充电状态失衡难以修正,最好在连接前解决这个问题…见建议(C)

若不遵循这些建议会怎样?首先,容量失衡时整个系统的可用容量受限于最低容量电芯;充电状态差异时则因最强与最弱电芯间的电荷差而降低

其次,随着系统电芯数量增加或初始容量/充电状态失衡加剧,电池损坏的风险及后果会显著加重当串联系统中最弱电芯耗尽时,总输出电压会急剧下降若该电芯对整体输出影响显著(如双电池系统),欠压检测机制可能及时察觉并切断电路(在令人失望的短暂运行后),避免情况恶化下图以典型碱性电池为例,假设某虚构欠压检测电路的截止点为0.9V/电芯

反之,若弱电芯对整体影响较小,其输出电压的骤降往往不会导致总输出降至设备关机阈值此时,健康电芯会持续供电,直到弱电芯完全放电且两端电压极性反转幸运的话,弱电芯仅会不可逆损坏且整个组件报废,不会引发更多问题不幸者可能遭遇腐蚀性/毒性/易燃物质泄漏、内压导致的电池破裂、喷火,或这些问题的组合…下图仍以碱性电池和0.9V/电芯截止点为例

上述原则适用于一次性与可充电储能系统但可充电系统还可能在初次使用前就让你损坏崭新的电池若仅以串联方式安装电池组并接入充电器,电量不均衡会导致串联组中最强单体遭受过充损伤;这与前文所述的电量均衡性及"众体之一"问题本质相同,只是作用方向相反。这类问题在高尔夫球车等场景极易发生——此时那个刚遭遇过充的新电池,恐怕价格不菲……