◆ 锂电并联靠谱吗？1P VS 2P 锂电池的概率分析：失效、误差、本质 ◆

Himalaya

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◆ 锂电并联靠谱吗？1P vs 2P 锂电池的概率分析：失效、误差、本质 ◆

前置声明：心态阳光的人受尊重，请自重。

上回书说道，谈内阻不提暖凉，等于耍流氓。关于电池就那么点儿事儿，这回聊点儿什么呢？要不，说说锂电并联？

这个题目，其实一开始我是拒绝的，因为并联门前是非多，这个争议（其实也就模友争议，业界早成熟应用多年）的题目一直没敢碰——胆小，又懒得码字，真没敢碰。。。直到一些颇具社会心理学研究价值的坛友用力推了我一把，DUANG! DUANG! 在此表达无尽的谢意，感谢你们促成此文。

在正式开聊之前，请允许我武断地认为读者已经具备了高中文化程度，毕业证是自己考下来的而不是街边小广告上买的。。。。
我还认为您已经认同现代电子技术最基本的定理：
* ） 串联电压累加；并联电压相等。串联处处电流相等；并联支路电流累加成主路。
      如果这些最最最.....（此处略去一万个“最”）基本的公理不成立，也就不存在现代电子学了，您兜里的手机会瞬间化为沙尘。。。

假如，我是说假如，您具有如下特征的其中一条或多条，就不必继续往下看了。
*） 相信 "俩电池并联，一个会向另一个放电，造成一个过充另一个过放...." 之类水往高处流的超自然现象。
*） 信奉 “并是可以并，但是仅限放电，充电的时候一定要分开。” 之类风水迷信。
*） 不求甚解，思考对您而言不是乐趣而是负担。
*） 过于接地气：“爱谁谁，能用不就得了，费什么劲呐” 。
*） 甚至，豪迈派个人哲学 “少跟我扯什么分析计算，分析个P！计算个P！老子只信经验”

若有以上情形，壮士，请您果断关闭浏览器，放本贴一条生路吧，功德无量烧高香。

为便于阅读理解，本文尽量避免枯燥的数学运算，用通俗易懂的文字故事 + 图片、视频的方式阐述原理。

OK，托付完了，现在开始。
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人物介绍：（排名不分先后左右忠奸）
路人甲：
不明真相的围观群众，没头脑没主见，谣言倒是听了不少并深信不疑。纯种“杠头”一块。
小明同学：
模友，正宗倒霉蛋一枚，世界上最烂最烂的电池都被他碰到了。
楼主：
Himalaya，本文作者。“蝎子”、“蝎尾兄”、“高山兄”、”“那个晃着尾巴到处转悠的家伙”、“不懂装懂死要面子误导新手的无知货”......

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◆ 什么是 xS1P、xS2P ...... xSnP

干巴巴码一堆字儿，那不是咱的风格。我画了个图，示意电池组内部串联/并联的结构 。后面会反复用到这个图。以3S电池为例。

路人甲：就看你JJYY一大堆，还以为多么高深复杂呢，也就这么半瓶子醋逛荡。行啦，这么简单的结构谁都懂！你看，你2P并联的多用了一倍的电芯单体，那么出问题的概率肯定就比纯串联的1P结构大了一倍！
楼主：的确如此！在电芯质量相同的情况下，2P结构会用到2倍的单体，遇到缺陷单体的概率也是1P结构的二倍。但是！注意，但是！同样是遇到缺陷单体，带来的后果可是完全不同的。且听详解。

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◆ 内部2P并联的可靠性分析
其实电池组的结构很简单，一块电池在飞行中失效，无外乎这么几个部位。
*） 插头融化，开焊。—— 公共通路，与电池内部串并联无关，回去苦练焊功，或者干脆找厂家算账去。
*） 硅胶线破皮短路。—— 公共通路，与电池内部串并联无关，自己安装使用时注意点吧。
*） 内部PCB铜箔断裂。—— 公共通路，奸商只用了17μm的铜箔冒充70μm，顶你个肺。换个PCB配套供应商吧。
*） 电池单体失效。—— 单体质量问题、人品问题。也是本文讨论的内容。注意！电池从来不甘心孤独地自绝于人民，它一定要拉个垫背的——飞机。
      1P纯串联 vs 多P并联，飞机的命运完全两样：


对于1P纯串联电路而言，一点断开则全部电流为零。不用说，瞬间，“整个世界清静了”，Newton万有引力显灵，自由落体s=gt，h=gt²/2。。。。结局轰轰烈烈，现场惨绝人寰。


而2P的情形呢？一旦单侧一枚单体失效，电流不会断，会全部走对侧的单体。由这枚尚存的单体来承担全部电流。
结果就是，电池坏了一片，飞机却没掉下来，还在飞！

路人甲：扯吧你！剩下那个电芯岂不成了独木桥啦？它受得了吗？
楼主：好问题！本来只承担一半电流的单体，现在承担全部电流，它做得到吗？
最典型的多旋翼续航时间在20min左右，即1/3h，平均放电只有3C。坏掉一侧，电流全走另一侧，对它而言就是6C的放电电流，这对于动辄20~30C的电池实在轻松非常。

路人甲：扯吧你！暂时是没掉下来，可是它能扛住一时，还能扛住一世？
楼主：好问题！
    话说这片单体因为挨着个倒霉的邻居而独自承担了2倍于正常工况的电流，甚感不爽。但它没有气馁。不幸的遭遇激发了它潜藏已久的斗志：我撑，我撑，我撑了好几分钟了还让我继续撑下去吗？..... 我撑.... 嘿！下边的主人——小明同学——你没发现什么不对劲吗？.... 我撑.... 我撑不住啦..... 此时BB响检测到一节电芯电压低开始疯狂 “B...B....B....”，“智能电池”则会在OSD显示电池异常请立即降落。模友小明见状： “嗯？什么情况，怎么今天续航这么短？”于是果断操控着陆。下来一看，明白了，某片电压偏低，有惊无险。。。。

路人甲：要是小明把飞机悬停就去拉粑粑了呢？
楼主：汗！佩服小明的心理素质，鄙视他的肠胃素质。。。哦，刚才说哪儿了？对，一片电池电压偏低。“智能电池”的话，会检测到单体低压，并触发飞机自动下降；普通电池的话会“B....B....B....”个没完，眼看这片单体 3.5V -> 3.4V -> 3.2V -> 3.0V...... 电压加速下降，小明你拉完了没有啊！2.8V-> 2.5V-> 2.0V  ！！！此时电池组整体电压明显下降，但电流通路仍然不断，飞控低压保护被触发，一边狂闪红灯一边开始自动下降。。。。
。。。。小明把剩下的半卷厕纸卷绕整齐，妥妥收好，叼着烟卷踱着方步回来一看：嗯？飞机什么时候自己下来了？

路人甲：要是小明拉半天没完腹泻不止被送医了呢？
楼主： 滚！
---------------- 朴素的分割线 ----------------
结论：
当空中不幸坏掉一片单体的时候：
1P纯串联：自由落体轰击地球，全无半点挽回的余地。
2P/多P：仍有很大机会返航，安全着陆。

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Himalaya

待审核

Himalaya

待审核

Himalaya

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◆ 一切电池的并联本质

一件东西，要想究其本质，拆开看看吧。这里有一个航模锂电的拆解视频。层叠结构的。
（只看图像即可，请关闭声音，或进入充耳不闻模式，屏蔽其自相矛盾的解说。）

[flash]http://player.ku6.com/refer/cb0-VW9b-hBARBOXrN-5zg..==.html[/media]?st=1_9_1_1&nr=1[/media]

LiPo生产过程，加深理解。



结构看明白了吧，一大堆正极铝箔接在一起；一大堆负极铜箔接在一起；正负金属箔一对一。哪位大侠解释一下这里面不是并联是什么联？ 谁能保证里面的每一片容量都一样大？特性完全一致？连金属箔褶皱都完全一致？涂布都一样厚？电解液都一样多？这么多片片，有人给它们一一作了检测分容了吗？每片测内阻了吗？有人办得到吗？



路人甲： 妈呀！这么多P啊，2P都被视为洪水猛兽，这么多P可怎么办啊！
楼主：办什么办！正因为是多P并联，所以什么也不用办，它们自然工作的踏踏实实。

想完全避免多P并联的电池？明确讲，做不到！电池厂已经做好了nP，包成一整片。然后就你觉得这是一个完整的**元件了。实际上呢？这是一个厂内并联好的模组，早已经nP过了，我们还纠结什么呢？ 纯属庸人自扰。

路人甲：你说谁是庸人？你敢骂人！你再说一个试试。。。。
楼主： 。。。。我们每个人都是庸人。另外注意绷着点别露了老底。。。

结论：每一片电芯的实质都是1SnP。你改变不了。

如果电芯内有10片极板（每片是一对金属箔+之间的反应物），他们是怎么并联的？

路人甲：就是10P喽。
楼主：对了N分之一。你可以理解为：
*） 这是10片并联在一起，10P，每片都对等。
*） 这是9片并联好了之后，再并一片。容量比9:1相并联！
*） 这是8片对2片，8+2.
*） 5+2+3
*） 3+1+4+2
....
....
再看简化的结构剖面示意图（百度图片）。

这仅仅是示意图，简化到了3片。如果每一片的容量是100mAh，你可以认为：
*） 这是3片100mAh并联。
*） 这是上面2片100mAh并联成200mAh，之后200mAh与下面的100mAh并联。
*） 这是上面1片100mAh 与下面预先并联成200mAh的2片.... 再并联。
....... 随你怎么认为。

结论：什么容量不容量，随便并！（有前提！后面讲。）
每个动力锂电里面都是一大堆成对极板（单体中的单体）并联而成的。纯正1SnP，你无从选择。

继而，你拿起一片极板，手起刀落，剪去一半面积，这片极板会怎样？

路人甲： 当然容量减半喽。
楼主：为什么容量减半？
路人甲： 因为...因为.... 对啊，因为什么啊？

楼主：你剪掉一半面积，就是去掉了内部相并联的一半电池！ 就像一块2P5000mAh 拆成 2块1P2500mAh，一样一样的。
开窍没？一块电池里面的一片电芯里面的一对极板，内部仍然无限可分！实质上也是在并联，而且是无限并联。你可以认为它是两个一半容量的半张极板并联；或者3张1/3极板并联；或者3/4张与1/4张并联...或者5/7与2/7并联.... 随你怎么切.... 或者一万块的万分之一小极板并联。。。

路人甲：行了行了，再切下去就微积分了。
楼主：正解！ 你一不小心说出了电池的本质！加十分！

            所以，还在纠结电芯要不要并联的兄弟们，你们最好能买到单个分子电化学反应的锂电池，否则纯正的不并联真心做不到。
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◆ 不同容量并联

想通了上面所述事实，自然也就不再纠结 “容量不同的3S2200 和 3S2600，能并联吗？”之类的问题。只要配方/结构相同 [决定了放电C率（即Ri*Ah常数的变形）]，10Ah大块头跟100mAh小蚕豆并联也未尝不可。

想通了上面所述事实，自然也就明白了如下这些问题：
*）同样长x宽的电池，为什么2000mAh 的 比1000mAh的厚度大一倍？ —— 因为里面相并联的极板多一倍。比如20片--> 40片。
*） 为什么同一系列的电池，2200mAh的内阻有6mΩ，4400mAh的内阻3mΩ？ —— 因为4400mAh实质就是2200mAh x2内部并联，内阻当然减半。
*）为什么3S5200mAh 跟 6S2600mAh 一样大一样重？—— 你把三块砖都剁成两半，然后码成六层。每层就小了一半，但体积不变。（此处不计6 cell 多用的铝塑膜厚度。 ）
*） 为什么普通电池用极板卷绕结构，而动力电池用极板层叠结构？—— 大电流需要更多更短的电流通路。
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◆ 普遍的，大规模的，匪夷所思的概念颠倒。

原理说的差不多了，现在让我们来做几个习题看看理解的怎么样：

这样串联可以吗？—— No，绝对不行。那个小瘦子必然最先放光电量，继续放电的话就是反向充电，鼓胀、冒烟接踵而至。常识了，不必多言。


这样并联可以吗？—— 没问题！只要电池的C率（Ri*Ah常数的另种表达）接近就没问题。因为它：
*） 只要任何一个单体有电，就不会有任何一个单体过放。
*） 只要任何一个单体未满，就不会有任何一个单体过充。
原因再简单不过：并联电路电压相同，古老的公理。

所以，并联电池不需要分容，不需要配对！毁三观吗？这是事实！

路人甲：那DJI Inspire1 的那个6S2P那么多人骂它，不就是因为12片电芯匹配起来困难吗？
楼主：为什么要做匹配？ 恰恰是因为串联！不是并联！并联在这里纯属躺枪，它起到的作用恰恰是改善串联的种种弊端。
路人甲：这么看起来，貌似反而是串联更难伺候。
楼主：有戏！你要开窍。
我说个事，不知你想过没有：这些年，手机啊Pad啊充电宝啊，锂电的用量数十倍于十年前笔记本的时代，但发生事故的新闻似乎反而比笔记本的时代少了，或者最多持平（回忆一下SONY电池召回门....）。究其原因，除了技术进步功不可没之外，一个重要原因就是，手机、Pad、充电宝他们全都是 1S 供电！避免了串联，就躲开了太多太多的麻烦甚至危险。

不论是理论上还是实践中，锂电串联带来的麻烦远多于并联：
*） 因为串联，轻微的不匹配也会使容量最小的单体每次都经历最深度的放电，它总是第一个英年早逝。
*） 因为串联，容量最小的单体每次都最先充满，甚而过充。即使在平衡充条件下，同样的充电电流对小容量单体也意味着更大的C率。串联是欺负弱者的赤裸裸的丛林法则；而并联呢，大家不管胖瘦，一律平起平坐，充电放电电流自动按能力均分。
*） 因为串联，为了避免上面的情况，不得不做平衡口、保护板、检测电路...，增加电池组复杂度和造价；而并联呢，无需平衡，也无法平衡，因为他们互相直连，想“不平衡”都做不到。
*） 因为串联，充电器不得不做成“平衡充”，对每片电芯监测、旁路放电，以确保所有的单体都截止在4.2V。并联的话完全不需要这般啰嗦，直接捅上去4.2V限流电源就完事。

因此，我们不是要避免并联，反而是要尽量避免串联。可惜，单片锂电电压太低，我们不得不串联，尽管它有那么多缺点。这就是现实世界。
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Himalaya

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◆ 关于内阻

路人甲（还在头晕中）：对了，终于想起来那个词儿了：内阻！据说那玩意不配对的话会带来很大麻烦。
楼主：同样工艺下，容量加倍则内阻减半（原因如前所述，内部并联）。并联时，在同样放电电流下，内阻小的那个（同时也是容量大的）自动承担更多电流。
路人甲：凭什么呀！他们又没有头脑。
楼主：凭欧姆老大爷的那个Law！（西文中，“定律”和“法律”是同一个词！）。看下图，容量加倍->内阻减半->电流2倍于邻居。这一切都被上帝（物理规律）安排好了，我们无需操心。大小不同的电芯并联没问题。对于大电流场合，比如航模，相并联的电芯容量无所谓，只需C数接近。而小电流场合甚至连这点限制也不需要。

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◆ 总结
*） 并联是一切化学电池的本质结构，无法避免，也无需避免。
*） 并联比串联更安全、更简单、更省事、更低成本、对电芯品质有更大宽容度。
*） 电池串联带来的麻烦众多，但为了得到高电压，在发现超高化学电势的材料之前，不得已而为之。

路人甲：还是晕。那啥，受不了了，我得回去缓缓。你来两句结束语，大伙都散了吧。Come on, Man! 。
楼主：
*） 知其然，知其所以然。
*） 做有主见的人，跟盲从势不两立。
*） 串并联概有优劣乎？ 习之，则优劣立显；不习，则优者亦劣，劣者亦优。甚而指优为劣，优劣莫辨，疑窦丛生。

最后，前面说了那么多，我想说，都在放P（好大一个P啊）！那些完全不重要！选择1P纯串联 还是 选择2P或多P串并联，完全是你自己的喜好决定，通俗说法就是 —— 爱咋咋地。这不是一个技术问题，而在于维护心理健康。没么比这个更重要了，大家都听说了，头两天又有精神病砍人事件。。。。
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后置声明：
*） 分析计算过程可能不严谨，甚至错误。如果发现请一定要果断为学生我指出不妥之处，您也不忍心眼睁睁看我丢人现眼对吧。
*） 欢迎提出您自己的分析计算方法来一起讨论。
*） 仅仅根据自己的“感觉”或所谓“经验”就忙着扣帽子的，请免开尊口。拿出你的理论！
*） 谈笑有鸿儒，往来无白丁。您是鸿儒，不是白丁，请珍惜自己的声誉。
*） 消化道两端颠倒的（不论先天缺陷还是后天造成），请免开尊X（Sorry，我也不知该如何称呼那个器官，但真心很同情您）。

希望能帮到您。

Himalaya

待审核

mgxyun108

楼主好辛苦

梦幻海蓝蓝

这么多字码得，幸苦了!

dalrc

牛逼了

WAMX168

学习了         

sdxgy

谢谢分享  

zhenxuewang

lz是科学家

supertankhzt

对于飞行中突然某片电芯出问题的坠机（无输出）概率，楼主只考虑了电芯断路一种情况，这种情况多见于断极耳、焊锡熔化。

断极耳本人遇到过，但未试过电芯内部断路，被我玩死过的电芯继续使用也就是进入反向冲电，它在整个电池组中相当于变成了一个电阻存在，并不会完全开路，但会拖低电池组电压。

3s1p出现这种情况只要电调低压保护设置为【软关断】或【关闭】还是可以迫降的。

因为死电芯而断路的概率感觉很小啊，所以个人认为采用2p结构不一定是为了安全性，也可能是为了匹配电池仓尺寸，1p找不到合适的。

阿友爸爸

向楼主致敬，这长文码的整整齐齐。内容学习了。

scfox

技术贴，我飞六轴一直是外部并联，也就是两块电池并联飞。感觉还好。

hefengeagle

顶起，顶起

wangzhengtatata

我靠，突然看到这么长，有点蒙圈，仔细看一看，理解一下再回复

zc007vip

特意登陆来顶！

不管怎么并联串联，关键还是看单体电芯的一致性啊

accordhobby

诙谐幽默，通俗易懂，又见大师技术贴！学习了，点赞！

南极光

北落师门

楼主码字辛苦！！！
其实并联的问题，看看笔记本厂商就好了，电芯大部分是3S2P的，这就是所谓的6芯电池，有些本子续航长，3S3P的，就是9芯电池..这种做法已有多年了

huzi127

scfox 发表于 2015-5-15 07:55
技术贴，我飞六轴一直是外部并联，也就是两块电池并联飞。感觉还好。

刷卡太快

牛比，可以出书了！！！