Последовательное соединение
Аккумуляторы соединяют последовательно для увеличения напряжения. В этом случае положительную клемму (+) одного элемента соединяют с отрицательной клеммой (-) соседнего. Например, для сборки достижения аккумуляторной батареи 12 В нужно последовательно соединить 4 элемента LFP по 3,2 В.
Особенности последовательного соединения:
Если в такой связке одна ячейка выходит из строя, то общий вольтаж падает, и плата BMS может отключить батарею раньше времени, выдавая сообщение о низком заряде.
Параллельное соединение
Так аккумуляторы соединяют, чтобы увеличить емкость.
Особенности параллельного соединения:
В параллельной схеме неисправная ячейка снижает общую емкость, однако меньше влияет на работоспособность в случае повышенного сопротивления или размыкания. Однако при внутреннем коротком замыкании она отбирает энергию у других ячеек и может вызвать «тепловой разгон». В больших аккумуляторных элементах производители предусматривают предохранитель, отключающий их при коротком замыкании. На изображении ниже третья ячейка вышла из строя, общая емкость снизилась, но это не повлияло на вольтаж.
Эта конфигурация позволяет добиться нужного напряжения и емкости при минимально возможных размерах литиевой батареи. На рисунке ниже показаны два последовательно-параллельно соединенных элемента, что позволило удвоить емкость и напряжение.
Другой пример: литиевая батарея из восьми ячеек с конфигурацией 4S2P состоит из двух параллельно соединенных блоков, каждый из которых содержит четыре последовательно соединенных ячейки.
Защита в литиевых аккумуляторах
Литий-ионным аккумуляторам нужна защита предотвращения повреждений, связанных с избыточным током, перезарядом, повышением температуры. Схемы защиты бывают встроенными или внешними.
Встроенная защита
Многие аккумуляторные элементы защищаются производителями от критического перегрева, избыточного давления. Устройство прерывания тока CID отключает цепь, когда диапазон давления, температуры или напряжения в ячейке выходит за пределы. Например, при увеличении внутреннего давления верхний диск отсоединяется от металлической фольги и ток отключается. Образовавшие газы выпускаются через вентиляционные клапаны.
Внешняя защита
Литиевые аккумуляторы защищаются управляющими платами BMS, которые следят за состоянием ячеек и посылают сигнал в схему защиты при возникновении каких-либо неисправностей. Датчики определяют зарядный, разрядный токи, напряжение, температуру. Если показания превышают допустимые пределы, то срабатывает защита.