Quando si progettano o si espandono sistemi alimentati a batteria, sorge spontanea una domanda: è possibile collegare in serie due pacchi batteria con la stessa tensione? La risposta breve èSÌma con un prerequisito fondamentale:la capacità di tenuta alla tensione del circuito di protezionedeve essere valutato attentamente. Di seguito, illustriamo i dettagli tecnici e le precauzioni per garantire un funzionamento sicuro e affidabile.
Comprensione dei limiti: tolleranza di tensione del circuito di protezione
I pacchi batteria al litio sono in genere dotati di un circuito stampato di protezione (PCB) per prevenire sovraccarico, scarica eccessiva e cortocircuiti. Un parametro chiave di questo PCB è iltensione nominale di tenuta dei suoi MOSFET(gli interruttori elettronici che controllano il flusso di corrente).
Esempio di scenario:
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 V. Un PCB di protezione della batteria standard da 12 V è solitamente progettato con MOSFET con valori nominali per35–40VIn questo caso, la tensione totale (29,2 V) rientra nell'intervallo di sicurezza, consentendo alle batterie di funzionare correttamente in serie.
Il rischio di superare i limiti:
Tuttavia, se si collegano in serie quattro di questi pacchi, la tensione totale supererebbe i 58,4 V, ben oltre la tolleranza di 35-40 V dei circuiti stampati standard. Questo crea un pericolo nascosto:
La scienza alla base del rischio
Quando le batterie sono collegate in serie, le loro tensioni si sommano, ma i circuiti di protezione funzionano in modo indipendente. In condizioni normali, la tensione combinata alimenta il carico (ad esempio, un dispositivo da 48 V) senza problemi. Tuttavia, seun pacco batterie attiva la protezione(ad esempio, a causa di una scarica eccessiva o di una sovracorrente), i suoi MOSFET disconnetteranno quel pacco dal circuito.
A questo punto, la tensione completa delle batterie rimanenti in serie viene applicata ai MOSFET scollegati. Ad esempio, in una configurazione a quattro batterie, un PCB scollegato si troverebbe ad affrontare quasi58,4 V—superando la sua tensione nominale di 35–40V. I MOSFET potrebbero quindi guastarsi a causa diguasto elettrico, disattivando in modo permanente il circuito di protezione e rendendo la batteria vulnerabile a rischi futuri.
Soluzioni per connessioni in serie sicure
Per evitare questi rischi, segui queste linee guida:
1.Verificare le specifiche del produttore:
Verificate sempre che il circuito stampato di protezione della batteria sia adatto per applicazioni in serie. Alcuni circuiti stampati sono specificamente progettati per gestire tensioni più elevate in configurazioni con più batterie.
2.Circuiti stampati ad alta tensione personalizzati:
Per progetti che richiedono più batterie in serie (ad esempio, sistemi di accumulo solare o per veicoli elettrici), è consigliabile optare 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 equilibrato:
Assicurarsi che tutti i pacchi batteria della serie siano identici per capacità, età e stato di salute, al fine di ridurre al minimo il rischio di attivazione irregolare dei meccanismi di protezione.
Considerazioni finali
Sebbene il collegamento in serie di batterie della stessa tensione sia tecnicamente fattibile, la vera sfida consiste nell'assicurare chei circuiti di protezione possono gestire lo stress di tensione cumulativoDando priorità alle specifiche dei componenti e adottando una progettazione proattiva, è possibile dimensionare in sicurezza i sistemi di batterie per applicazioni a tensione più elevata.
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Data di pubblicazione: 22 maggio 2025
