Quando si progettano o si espandono sistemi alimentati a batteria, sorge una domanda comune: è possibile collegare in serie due pacchi batteria con la stessa tensione? La risposta breve èSÌ, ma con un prerequisito fondamentale:la capacità di tenuta alla tensione del circuito di protezionedevono essere attentamente valutati. Di seguito, spieghiamo i dettagli tecnici e le precauzioni per garantire un funzionamento sicuro e affidabile.
Comprensione dei limiti: tolleranza della tensione del circuito di protezione
I pacchi batteria al litio sono in genere dotati di una scheda di protezione (PCB) per prevenire sovraccarichi, sovrascaricamenti e cortocircuiti. Un parametro chiave di questa scheda èvalore nominale di tenuta alla tensione dei suoi MOSFET(gli interruttori elettronici che controllano il flusso di corrente).
Scenario di esempio:
Prendiamo come esempio due pacchi batteria LiFePO4 a 4 celle. Ogni pacco ha una tensione di carica completa di 14,6 V (3,65 V per cella). Se collegati in serie, la loro tensione combinata diventa29,2 VUn PCB di protezione della batteria standard da 12 V è solitamente progettato con MOSFET classificati per35–40 VIn questo caso, la tensione totale (29,2 V) rientra nell'intervallo di sicurezza, consentendo alle batterie in serie di funzionare correttamente.
Il rischio di superare i limiti:
Tuttavia, se si collegano quattro di questi pacchi in serie, la tensione totale supererebbe i 58,4 V, ben oltre la tolleranza di 35-40 V dei PCB standard. Questo crea un pericolo nascosto:
La scienza dietro il rischio
Quando le batterie sono collegate in serie, le loro tensioni si sommano, ma i circuiti di protezione operano in modo indipendente. In condizioni normali, la tensione combinata alimenta il carico (ad esempio, un dispositivo a 48 V) senza problemi. Tuttavia, seuna batteria attiva la protezione(ad esempio, a causa di una scarica eccessiva o di una sovracorrente), i suoi MOSFET disconnetteranno il pacco dal circuito.
A questo punto, la piena tensione delle batterie rimanenti in serie viene applicata ai MOSFET scollegati. Ad esempio, in una configurazione a quattro pacchi, un PCB scollegato si troverebbe ad affrontare quasi58,4 V—superando la sua potenza nominale di 35–40 V. I MOSFET potrebbero quindi guastarsi a causa dirottura della tensione, disattivando in modo permanente il circuito di protezione e lasciando la batteria vulnerabile a rischi futuri.
Soluzioni per connessioni in serie sicure
Per evitare questi rischi, seguire queste linee guida:
1.Controllare le specifiche del produttore:
Verificate sempre che il PCB di protezione della batteria sia idoneo per applicazioni in serie. Alcuni PCB sono progettati specificamente per gestire tensioni più elevate in configurazioni multi-pack.
2.PCB ad alta tensione personalizzati:
Per progetti che richiedono più batterie in serie (ad esempio, sistemi di accumulo solare o sistemi per veicoli elettrici), optate per circuiti di protezione con MOSFET ad alta tensione personalizzati. Questi possono essere adattati per resistere alla tensione totale della configurazione in serie.
3.Design bilanciato:
Assicurarsi che tutti i pacchi batteria della serie siano compatibili in termini di capacità, età e stato di salute, per ridurre al minimo il rischio di attivazione non uniforme dei meccanismi di protezione.
Considerazioni finali
Sebbene collegare batterie dello stesso voltaggio in serie sia tecnicamente fattibile, la vera sfida sta nel garantire cheil circuito di protezione può gestire lo stress di tensione cumulativaDando priorità alle specifiche dei componenti e alla progettazione proattiva, è possibile adattare in modo sicuro i sistemi di batterie alle applicazioni ad alta tensione.
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Data di pubblicazione: 22 maggio 2025
