两节电池串联还是并联的问题

西瓜冰乐

应该十分小白，但奈何刚入门，百度了一下感觉解释的并不是很通畅，故想讨教一下各位大佬
①输出的负载功率一致时，是否两节电池串联或并联都是一样的耗电时间
②两节电池串联是否需要平衡充保护
③两节电池串联的话，我看单片机直接AD采集已经不可用了，除了用电阻分压采集还有什么更好的办法吗

随梦惜缘

这个看你需要的电压多少！  比如只要3V  你两节电池并联 大于3V多  这个损耗最小！
比如你需要12V供电   那3v就需要升压到12V （4倍）  那就不如串联，串联6V 升压到12V  损耗会小一点点！

理论上，质量守恒， 2节电池不管你怎么用，也就那么多电量。现在就是看你需要的目标电压怎么接更接近！  

Jack315

西瓜冰乐 发表于 2022-5-13 17:35
大佬下午好！
我试了一下发现是可行的，但是还有如下疑问，不知道大佬能不能抽空帮我答疑解惑一下
①我 ...

回复 LZ 的问题：

①我发现MCU的AD采集推荐电阻只有50K，高了好像会有影响，
用这个方法是否能规避掉这个问题，我想用1M和2M来形成一个1:2的电压差，这样功耗也比较低

作为一般的设计原则，电阻一般在 1K~100K 内选择。100 ~ 1K 和 100K ~ 1M 是两个“灰色地带”。

②接地的那个10K电阻的作用有些不明白，不知道阻值是否能修改？

15楼的图是个参考电路，其中的三个电阻都需要根据实际情况进行设计，不能完全照抄。

③对三极管是否有什么特殊要求？普通的NPN都可以胜任吗？

三极管没有特殊的要求，普通的 NPN 一般都可以胜任。

④这个电路设计的时候会有什么隐患吗？比如什么情况需要规避掉这样的使用方案？
到时候可能会把电路板放在浴室的环境下

潮湿环境中使用的电子产品，线路板需要刷三防漆进行保护。

⑤Y=KX+B，这个K，B的值，只要电阻的大小和三极管的型号一致，
是否得出的KB的值也具有普遍性，在任意同配置的电路板上都能用

具体看实际使用情况对精度的要求而定：

• 精度要求低的情形，如电池电量的指示，可以考虑使用平均意义上的 k, b 值。
  即用 N 个电路板通过测试、计算后得到的 k, b 值取个平均。
• 精度要求高的情形，则每个电路板都要有自己的 k, b 值。
  

Jack315

西瓜冰乐 发表于 2022-5-15 16:57
感谢大佬的耐心回复！
不过我还想再请教一下
实际情况下，这三个电阻的取值需要考虑到哪些因素呢？

这是一个电路设计的问题。
这里把前后的输入输出画在一起，如下图所示：



图中 VBAT 代表电池的电压，VDD 是单片机的供电电压。
一般有 VBAT > VDD，这是需要有分压电路的原因。

【设计】
一般电池的电压的变化范围为标称值的 0.85~1.15 倍。
设计中放些余量，即设电池的电压范围为标称值的 0.8~1.2 倍。
当电池电压为 1.2 倍标称值（Vimax）时，应对应于 ADC 的满量程电压输入值（Vomax)。
因此得到 R1 和 R2 应满足的第一个关系式：

Vimax * R2 / (R1 + R2) = Vbe + Vomax

其中 Vbe 是 Q1 的导通压降，一般取为 0.65V ~ 0.70V
上面这个公式隐含一个假设条件：两个电阻上的电流远大于基极电流 Ib。
即：

VBAT / (R1 + R2) >> Ib

或

VBAT / (R1 + R2) = N1 * Ib
一般取 N1 = 10 或更大的数值。
由此即可求出 R1、R2 的值。

单片机的 ADC 电路可以等效为一个 RC 电路。
在 CADC 上的电压为 0，ADC 的输入电压为 Vomax 时有最大的充电电流：

Iadc = Vomax / RADC

此时应使得 R3 上的电流远小于这个电流。
即：

IR3 << Iadc

或

IR3 = Iadc / N2
一般取 N2 = 10 或更大的数值。
由此可确定：
① R3 = N2 * RADC
R3 的实际取值应大于计算值。
理论上可以取消 R3 这个电阻，工程上不建议这么做。

② 集电极的最大电流为：

Icmax = (1 + 1 / N2) * Iadc

根据三极管的电流放大倍数，即可求出计算分压电阻 R1、R2 时所需的基极电流这个参数。
一般三极管的电流放大倍数取 50，或查阅三极管的数据手册来确定。
由于元件参数的离散性，基极电流的取值也应比计算值略大一点。

即使做了比较保守的估计，射极跟随器的输出电压仍有可能大于单片机的供电电压，
因此这里需要一个钳位二极管 D1 以保护单片机。

另外参数 K，B 是否可以取一个统一的值，可以通过实验检查误差的大小是否满足要求来确定。

supercctv

西瓜冰乐 发表于 2022-5-9 17:31
感谢，我原先是两节电池并联升压到12V ，给一个12V2A的负载供电，但感觉有些吃力
现在想用两节电池串联 ...

从功耗角度，我建议串联后升压，这样电流小一点，损耗也小一点。

经典nn

串联电压增加一倍，并联电流增加一倍，这样说对吗？？

JuncoJet

1 电池串联内阻翻倍，并联内阻减半，自己品
2 看电池类型不同电池特性不同
3 ADC 一般是基准电压/增益倍数，超过这个的话需要分压

supercctv

个人理解，不一定正确，供参考。
1、串联还是并联，取决于你的dcdc电路是目标电压，如果差异很大，建议串联。、
2、同一个dcdc电路，串联电流略小一些，可能损耗i*i*r也相对小一些。
3、应当加保护板，防止电池过放电。
4、均衡看需要吧，现在保护板一般也都有带。
5、AD采集，电阻分压是最廉价的方式。

sjtx1971

串并联要看使用环境和电池种类，出题太模糊，无法回答

西瓜冰乐

JuncoJet 发表于 2022-5-9 16:49
1 电池串联内阻翻倍，并联内阻减半，自己品
2 看电池类型不同电池特性不同
3 ADC 一般是基准电压/增益倍 ...

感谢回复，我现在是直接从厂商那里拿串联电池，她问我串联需不需要加平衡充保护，因为加不加的价格不一样
从我的角度看应该是要加的 但是厂商那边说不用，所以想来问一下

西瓜冰乐

supercctv 发表于 2022-5-9 16:53
个人理解，不一定正确，供参考。
1、串联还是并联，取决于你的dcdc电路是目标电压，如果差异很大，建议串 ...

感谢，我原先是两节电池并联升压到12V ，给一个12V2A的负载供电，但感觉有些吃力
现在想用两节电池串联再升压到12V给负载供电，一开始担心电量不足，后来发现其实用完电的时间理应一样，所以问一问串并联的区别。
主要电池类产品都需要低功耗，所以还在思考用电阻分压做AD采集的电路该如何设计

西瓜冰乐

sjtx1971 发表于 2022-5-9 16:56
串并联要看使用环境和电池种类，出题太模糊，无法回答

我如今是两节电池并联升压到12V 2A给负载用
但是发现电压低于3.6V后的效率太差了
所以想能否用两节电池串联的方式
但发现改了之后所有都要改
这样讲的话，是否是串联更有优势些呢

西瓜冰乐

经典nn 发表于 2022-5-9 17:10
串联电压增加一倍，并联电流增加一倍，这样说对吗？？

对的！但我其实更关心可使用时间和效率

supercctv

西瓜冰乐 发表于 2022-5-9 17:31
感谢，我原先是两节电池并联升压到12V ，给一个12V2A的负载供电，但感觉有些吃力
现在想用两节电池串联 ...

电阻分压做AD采集的，这个一样可以把功耗降得很低，把电流变小，分压电阻选大的，即可。

经典nn

西瓜冰乐 发表于 2022-5-9 17:36
对的！但我其实更关心可使用时间和效率

这和设备有关

西瓜冰乐

supercctv 发表于 2022-5-9 17:40
电阻分压做AD采集的，这个一样可以把功耗降得很低，把电流变小，分压电阻选大的，即可。

感谢，但我今天找了一下午，发现好像串联电池的充电芯片不是很多了
您有什么推荐的嘛

supercctv

西瓜冰乐 发表于 2022-5-9 18:02
感谢，但我今天找了一下午，发现好像串联电池的充电芯片不是很多了
您有什么推荐的嘛

tb有的是成品模块，IC没研究，等待群里大神回复。

Jack315

电池串联还是并联，然后再 DC-DC 变换，从效率和使用时间上来说差别并不大。
选择的依据是 DC-DC 电路的相关电压和电流是否能使效率最高。

电池串联或并联的一个主要问题是各电池的差异性问题。
以两个电池并联为例：如果两个电池的电压不同，就会导致一个电池向另一个电池充电的现象。
所以无论是串联还是并联，电池组各电池的特性应尽可能保持一致。
【结论】：要加平衡充保护。

电阻分压做AD采集的电路供参考：




电池信号可认为是直流，所以用电阻分压后再加个（射极）跟随器即可。
电路中分压电阻需要根据实际进行改动。
用射极跟随器是从成本的角度考虑的。
如果电路中有多余的运放，则可以利用起来，效果相同。

电路组装后，需要进行标定：
① 用一个稳压电源代替电池供电；
② 改变电源电压，用万用表测量电源电压，同时用单片机读取 ADC 值；
③ 用这两组数据建立线性关系：y = k x + b 。用这个公式就可以根据 ADC 读数计算出电源电压。
由于元件的离散性，上述公式中的参数 k, b 对每个电路而言都是不相同的。
因此每个电路都需要分别进行标定。