更換高爾夫球車、手電筒、備用電源或其他使用串聯儲存元件的設備中的電池(電芯)時,強烈建議:
A)同時更換所有電池 - 不要混合新的和用過的(或舊的未使用的)
B)使用相同的替換品 -不要混合品牌/型號/尺寸
C)對於可充電儲存系統,請確保在安裝前每個電池都已單獨充滿電
原因與稱為電池平衡的概念有關。在由串聯電池或電池組成的儲存系統的常見情況下,除非做出(昂貴且不方便的)特殊規定,否則電流只有一條路徑依序流過每個電池。這很像一列火車:如果車輪從一節火車車廂上掉下來,整列火車都會受到影響。
在這種佈置中,當所有儲存元件的容量和充電狀態都相符時,可以實現最大效能和壽命。老化和使用會導致容量損失,因此將新電池與已使用或未使用的舊電池混合會導致容量不匹配,因此出現上述(A)。類似地,使用相同的替換件可以最大限度地減少由於製造差異以及不同的磨損率導致的初始容量變化,這些變化會導致容量差異隨著時間的推移而出現,從而得出建議(B)。最後,由於沒有方便的方法來解決串聯電池中的充電狀態不平衡問題,因此最好在連接之前解決這個問題…請參閱(C)。
那麼如果更換時不做以上建議時會發生什麼事呢?首先,在容量不平衡的情況下,整個系統的有用容量受到最低容量電池的限制,並且在狀態不平衡的情況下,會受到最強和最弱電池之間的電荷差的影響電流輸出。
其次,隨著系統中的電池數量和/或初始容量或充電狀態不平衡的增加,電池損壞的風險變得更加可能和嚴重。當串聯系統中最弱的電池耗盡時,組件的輸出電壓開始急劇下降。如果它對整體輸出的貢獻很大(例如在 2 節電池中),則欠壓檢測機制可能會感知到這一點,並在事情發生之前將其關閉(在令人失望的短時間運行之後)。下圖說明了這個概念,假設典型的鹼性電池和假想的欠壓檢測電路的截止點為 0.9V 每節。
另一方面,如果弱電池對整體的貢獻相對較小,則其輸出電壓的單獨(急劇)下降通常不會導致整體輸出的充分降低,從而導致應用程式關閉。在這種情況下,剩餘的健康電池可以在弱電池完全放電之後繼續為應用供電,並且弱電池兩端的電壓實際上會改變極向而降低總電壓,如圖2所示。如果幸運的話,所發生的一切就是任何一個脆弱的電池將受到不可挽回的損壞,而使整個電池組裝停止運作,但不會再出現進一步的破壞性事情發生。不幸的是,這種情況可能會導致腐蝕性、有毒和/或易燃材料的釋放,令電池座受損,更甚是由於內部壓力積聚而導致電池破裂,火焰噴出,以及可能出現不能預計的意外。下圖 2 說明再次假設鹼性電池和 0.9V 每電池截止點。
上述內容適用於一次性和可充電儲存系統。然而,可充電系統可能會讓您在真正使用新電池之前就損壞它們。如果您只是將它們串聯安裝並為整個堆疊插入充電器,則充電狀態不平衡可能會導致對串中最強的元件造成過度充電損壞;這是與上述相同的充電狀態和眾多問題之一,只是朝著另一個方向運作。對於電動高爾夫球車之類的東西來說,這是一個很容易出現的問題 —— 在這種情況下,剛剛過度充電的新電池可能並不便宜…