¿Hay alguna diferencia práctica en conectar las baterías en serie o en paralelo cuando se enrutan a través de una salida conmutada/regulada?

Estoy construyendo un paquete de baterías que se conectará a un convertidor reductor para salida conmutada. Para aumentar la capacidad de mAh del paquete, puedo conectar un segundo conjunto de celdas similares en paralelo a la entrada del convertidor. Sin embargo, dado que la salida de la celda pasa a través de un regulador de modo de conmutación, ¿puedo lograr el mismo aumento de capacidad conectando todas las celdas en serie?

Conceptualmente, el regulador se encenderá con la mitad de frecuencia (cuando el voltaje de entrada se duplique), por lo que las celdas deberían descargarse a un ritmo más lento. Es posible que pueda simplificar algunas de mis conexiones y empaques mediante el uso de la conexión en serie y, por lo tanto, me pregunto si existe alguna diferencia práctica para conectar los arreglos de celdas en serie o en paralelo.

Ambas formas tienen ventajas y desventajas, por lo que depende de la protección para el equilibrio de voltaje en serie y el equilibrio de corriente en paralelo y el grado de desajuste entre las celdas. Parallel tiene más ventajas pero también más riesgo si las celdas están desequilibradas. Por lo tanto, las matrices ofrecen el mejor equilibrio cuando son grandes y las cadenas en serie cuando son pequeñas solo para reducir el exceso de riesgo actual.
Un microfusible de precisión ayuda a equilibrar la ESR y agrega seguridad para cadenas o celdas paralelas.
Si bien esto parece una buena pregunta al principio, en realidad es una pregunta muy amplia. Hay tantos compromisos de ingeniería que analizar. ¿Buscas eficiencia? ¿Sencillez? ¿Costo? ¿Cómo se ve su circuito de recarga en relación con este paquete de baterías? Esto también tendría que asumir que su convertidor reductor puede manejar el doble de voltaje.
@horta es correcto. La eficiencia de su convertidor disminuirá a medida que aumente la relación de voltaje de entrada/salida. No necesariamente encenderá la mitad de las veces, un esquema PWM modificará el ciclo de trabajo, no la frecuencia (aunque los controles histéricos cambiarán la frecuencia). La recarga de celdas en serie puede requerir el balanceo de celdas. Tendrá que hacer todas las compensaciones para ver cuál es el mejor enfoque para su aplicación específica.
@horta: Para simplificar, voy a recargar las celdas (NiMH) externamente. Voy a tratar con 6 V o 7,2 V para una matriz, o el doble para todas las celdas en serie. He visto varios módulos Buck económicos para proyectos Arduino que pueden manejar menos de 30 V en la entrada, así que estoy seguro de que puedo encontrar uno para mis necesidades. Dicho esto, primero me gustaría optimizar la eficiencia y luego la simplicidad en el cableado. Supongo que primero debería mirar la eficiencia del convertidor.
La eficiencia del convertidor debe ser lo primero que debe considerar. Obtener uno destinado a una corriente más alta probablemente ofrecerá una mejor eficiencia. Luego, para simplificar, mantendría todas las baterías en paralelo para ayudar a mantener las baterías equilibradas. En general, en SMPS, cuanto más cerca esté la entrada del voltaje de salida, más eficiente será, por lo que duplicar el voltaje no ayudará aquí.

Respuestas (1)

Considere dos baterías, que se pueden conectar en serie o en paralelo.

Cada batería tiene el mismo voltaje, y si asumimos que cada una entrega la misma potencia, se extrae la misma corriente de ella. La potencia de salida total para cualquiera de las conexiones será la misma.

Cada uno tendrá la misma potencia perdida por la resistencia interna, ya que la corriente en cada batería es la misma, por lo que la eficiencia será la misma.

Dado que están manejando un SMPS ideal, no importa si se alimenta con su potencia 2VI como 2VxI (serie) o Vx2I (paralelo), la potencia de salida SMPS será la misma.

No hay diferencia entre la conexión en serie y en paralelo para la potencia o la eficiencia. Sin embargo, puede haber algunas diferencias prácticas.

El cableado entre las baterías y el SMPS puede ser más ligero en el caso de serie, ya que lleva la mitad de la corriente.

La conexión en serie a menudo da como resultado un cableado más simple y menos.

El SMPS que tiene podría funcionar hasta V, pero no 2V, por lo que no podría usar la conexión en serie sin comprar cosas nuevas. Si puede funcionar con ambos voltajes, es posible que tenga una eficiencia diferente.

Las baterías paralelas deben equilibrarse en voltaje antes de conectarse, pero una vez conectadas, se pueden cargar/descargar como una sola, incluso pueden tener diferentes capacidades, siempre que tengan la misma química y voltaje. Las baterías en serie deben estar equilibradas en estado de carga en todo momento. Esto es fácil de mantener con baterías de plomo y níquel, ya que pueden aceptar sobrecargas para equilibrar su estado de carga. El litio necesita un equilibrio de estado de carga activo, ya que no se pueden sobrecargar de forma segura. En la práctica, esto no es una limitación, ya que los cargadores que se equilibran y los circuitos integrados BMS ahora están fácilmente disponibles.

¿Hay alguna diferencia práctica en conectar las baterías en serie o en paralelo cuando se enrutan a través de una salida conmutada/regulada?
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