Меню

Как изменяется емкость при последовательном соединении аккумуляторов

Как изменяется емкость при последовательном соединении аккумуляторов

В этой статье мы расскажем, как правильно соединять аккумуляторы, объясним, чем отличаются разные типы соединений, и зачем вообще все это нужно.

Для чего соединять несколько аккумуляторов

Основные причины, по которым аккумуляторы объединяют в сборки, можно свести к следующим:

  1. Уменьшить омические потери (или потери тепла при передаче электроэнергии) путем увеличения сопротивления системы. Сила тока и сопротивление обратно пропорциональны друг другу, а чем слабее ток, тем меньше потери.
  2. Собрать батарею, подходящую для питания приборов с более высокими диапазонами напряжений.
  3. Увеличить емкость аккумулятора.
  4. Увеличить и мощность, и напряжение.

Одним словом, создают АКБ, которая подходит под конкретные нужды. Проще и удобнее комбинировать имеющиеся под рукой аккумуляторы, чем покупать десятки различных батарей. А в некоторых случаях это банально дешевле.

СПРАВКА. Электроэнергия, которая накапливается в АКБ, складывается из энергий составляющих элементов. Поэтому и при последовательном, и при параллельном, и при комбинированном соединении она будет одинаковой, если используются одни и те же элементы в одном и том же количестве.

Какие виды соединения существуют

Чаще всего используется последовательное и параллельное соединение аккумуляторов. Есть еще третий вид, комбинированный, или последовательно-параллельный.

Можно ли соединять АКБ разной емкости

Последовательно – нет. Дело в том, что от емкости зависит внутреннее сопротивление. Чем больше емкость, тем ниже сопротивление. В сборке образуется большая разница напряжения, и где-то оно может оказаться сильно выше предела, а где-то – намного ниже. При подключении зарядного устройства аккумулятор с меньшей емкостью зарядится быстрее и на нем будет избыток напряжения, что приведет к порче и потере емкости, в то время как аккумуляторы с большей емкостью так и не зарядятся до конца.

При подключении нагрузки произойдет обратная ситуация: маленький аккумулятор разрядится ниже допустимой границы (так называемый глубокий разряд), в результате потеряв часть своей емкости.

ВАЖНО! Нельзя соединять последовательно аккумуляторы разной емкости, разного типа, разной степени зарядки. Они должны быть максимально похожи, лучше – из одной партии.

На вопрос о том, можно ли параллельно соединять аккумуляторы разной емкости, ответ – да. Но осторожно. Убедитесь, что напряжение на их клеммах равно. Если оно будет сильно отличаться, это может вызвать короткое замыкание либо порчу меньшего аккумулятора. Еще стоит учитывать, что клеммы конкретного аккумулятора могут не выдержать слишком сильный ток в течение длительного времени. Смотрите технические характеристики перед сборкой.

Особенности последовательного соединения АКБ

Последовательное соединение АКБ – задача не такая уж сложная. К плюсу электрической схемы подсоединяем плюс первой батареи, к минусу первой батареи подключаем плюс второй, и так далее. Минус последней подключается к минусу электросхемы. Перед тем как последовательно соединить аккумуляторы, убедитесь в том, что они одинаковы по параметрам.

Формулы (U – напряжение, I – ток, C – емкость, E – электрическая энергия):

Схема

Емкость системы

Емкость АКБ при последовательном соединении будет равна емкости одного элемента, а напряжение элементов будет суммироваться. Например, на схеме показано, как подключить аккумуляторы последовательно. В таком случае напряжение батареи вырастет в 4 раза (12*4 = 48 В), а емкость останется равной 200 Ач.

Для чего используется

Разные устройства имеют различные диапазоны напряжений. В то же время, рабочее напряжение электроаккумуляторов варьируется от 0,5 до 48 В. Если нужен автономный источник энергии для приборов, электроприводной техники, стартеров автомобилей, для него создается повышенное рабочее напряжение. Делается это как раз с помощью последовательного соединения аккумуляторных батарей.

Самый простой пример такого соединения – карманный фанарик. Чем ниже напряжение в фонарике, тем более тускло горит лампочка. А наиболее часто такая система используется в автомобильных свинцово-кислотных АКБ. Отдельные элементы в них называются банками и объединены в общем корпусе свинцовыми шинами. В беспроводных инструментах и электровелосипедах используются литий-ионные аккумуляторы.

Особенности параллельного соединения АКБ

Как соединить два аккумулятора параллельно: плюс каждого элемента подсоединяют к плюсу последующего, а минус – к минусу.

Формулы (U – напряжение, I – ток, C – емкость, E – электрическая энергия):

Схема

Емкость системы

Параллельное подключение аккумуляторов позволяет увеличить емкость системы, не увеличивая напряжение. Например, при параллельном соединении трех идентичных аккумуляторов со схемы выше, напряжение батареи будет равно 12 В, а емкость увеличится до 600 Ач (200 Ач * 3).

Для чего используется

Чаще всего параллельное подключение АКБ используется в источниках аварийного или бесперебойного питания. Параллельное соединение аккумуляторов позволяет увеличить мощность, поэтому применяется также в тяжелой спецтехнике и в двигателях большегрузных автомобилей. Такой тип соединения распространен и на флоте: он обеспечивает работу аварийных систем связи и жизнеобеспечения, освещения и вспомогательных дизелей.

Особенности последовательно-параллельного соединения АКБ

При таком подходе последовательное подключение аккумуляторов проводят одновременно с параллельным. Существует два возможных варианта:

  1. Сперва подготавливается требуемое напряжение путем последовательного подключения АКБ. Затем из нескольких таких сборок составляется система с необходимой электрической емкостью.
  2. Сперва соединяют аккумуляторы параллельно для увеличения емкости, затем увеличивают напряжение, соединяя сборки последовательно.

Схема

Емкость системы

В данном случае увеличивается и емкость, и напряжение. В примере на схеме подключили сперва по два аккумулятора последовательно, получив две сборки с емкостью 200 Ач и напряжением 24 В, а затем объединили готовые сборки параллельно. Таким образом, напряжение осталось 24 В, а емкость увеличилась до 400 Ач.

Для чего используется

Чаще всего используется для питания машин с электрическим приводом. Если говорить о литиевом аккумуляторе, то из них составляют акб для портативных компьютеров. 4 последовательных элемента по 3,6 В обеспечивают напряжение 14,4 В, а два параллельных – емкость 4800 мАч.

ВАЖНО! Правильно подбирайте провода для соединения аккумуляторов. Помните, что при увеличении емкости увеличивается и ток. Лучше использовать самозатухающие или негорючие провода.

Техника безопасности

  • используйте диэлектрические перчатки;
  • не прикасайтесь к клеммам голыми руками;
  • аккумуляторы должны быть отключены от нагрузок;
  • пользуйтесь инструментами с изолированными рукоятками;
  • проверьте клеммы и соединительные контакты перед подключением;
  • не используйте аккумуляторы с разными параметрами и степенью износа;
  • будьте внимательны с полярностью;
  • используйте подходящие провода для соединения;
  • изолируйте сборку от влаги

ВНИМАНИЕ! Главное – обезопасить себя от удара током.

Ошибки коммутации и их последствия

Ошибки коммутации можно разделить на ошибки самого соединения (перепутали плюс и минус) и на неправильный выбор аккумуляторов и соединяющих проводов.

Если вы перепутаете клеммы, возможно следующее:

  • замыкание;
  • воспламенение;
  • оплавка проводов;
  • порча АКБ (падение мощности).

Помните, что при увеличении мощности потребуются соединяющие провода с подходящим сечением. Перед коммутацией понадобится тщательный расчет всех параметров. Про аккумуляторы мы уже писали выше; если вы соедините неподходящие акб, вы их испортите.

Проверка работоспособности системы

В первую очередь убедитесь, что аккумуляторы целые, без трещин, без ржавчины и следов окислов. Провода на клеммах должны быть хорошо закреплены. Если внешне все в порядке, можно проверить напряжение и силу тока.

  1. Проверка падения напряжения при подключении нагрузки.
    К системе подключается нагрузка определенной величины и измеряется падение напряжения мультиметром или вольтметром. Можно провести проверку несколько раз, делая паузы между измерениями, чтобы дать заряду восстановиться. Полученные данные нужно сравнить с параметрами используемого типа батареи с учетом величины нагрузки.
  2. Измерение напряжения без нагрузки.
    У разных типов акб свои значения напряжения разомкнутой цепи. Например у свинцово-кислотного это 12,6 В.
  3. Использование нагрузочной вилки.
    Если в течение 5-10 секунд напряжение незначительно возрастает или стабильно, то система исправна.
  4. Проверка с помощью специальных анализаторов и тестеров.
    Можно быстро замерять напряжение и определять емкость с помощью приборов-тестеров, например, Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
  5. Полная разрядка / зарядка.
    Это, пожалуй, самый достоверный способ. С помощью специальных устройств (УКРЗ) выполняется глубокая разрядка, а затем полная зарядка с непрерывным контролем емкости. Однако этот метод очень долгий, он может занимать от 15 часов до суток и более.

СПРАВКА. Если вы работаете со свинцово-кислотными аккумуляторами, обращайте внимание на электролит: его уровень должен быть выше свинцовых пластин на несколько мм, а плотность – находиться в пределах 1,23 – 1,31 г/см3 (ее можно измерить ареометром). Изменение оттенка на бурый может происходить из-за порчи пластин.

Напоследок несколько советов о том, как соединить аккумуляторы 18650:

  • лучше брать батареи фирм Panasonic, LG, Samsung или Sanyo;
  • никелевые полосы лучше, чем никелированные металлические;
  • аккумуляторы ни в коем случае нельзя перегревать, поэтому используйте точечную сварку, либо быструю пайку;
  • перед единением выравняйте напряжение на батареях с помощью зарядного устройства;
  • поставьте на сборку плату BMS.

Надеемся, мы помогли вам немного разобраться в теме, и вы сможете без проблем собрать свою систему акб, если потребуется.

Источник



Об аккумуляторах .

Вопросы об аккумуляторах

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов

1. Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов — что это такое?

П ри параллельном соединении, параллельное соединение аккумуляторов аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

П олучившаяся при паралельном соединении аккумуляторная батарея емкость аккумуляторов при параллельном соединении аккумуляторовимеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

Д ля последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого последовательное соединение аккумуляторов аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

П олучившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея емкость аккумуляторов при последовательном соединение аккумуляторовимеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. Если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Э лектрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее энергия аккумуляторной батареиравна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?

В любых электрических системах или устройствах есть омические потери: часть электрической энергия превращается в тепло, не производя полезной работы. Чем больше напряжение электросистемы, тем (при той же мощности) меньше ток, меньше омические потери и меньше цена системы. Т.е. выгодно иметь электрические системы высокого напряжения. Причем, чем больше мощность системы, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольной. Поэтому в небольших UPS (на несколько сотен ВА) обычно стоит один аккумулятор на 12 вольт (так получается дешевле), в UPS на несколько кВА используется аккумуляторная батарея напряжением в десятки вольт, а в мощных ИБП на десятки киловатт напряжение аккумуляторной батареи может превышать 500 В.

Читайте также:  Сколько стоит аккумулятор для ноутбука samsung

С ледовательно, цель использования аккумуляторных батарей КПД и напряжение батареис последовательным соединением аккумуляторов — уменьшение потерь и увеличение коэффициента полезного действия (КПД).

И ногда емкости одного аккумулятора недостаточно, и нужно увеличить емкость. Иногда удобнее не ставить взамен аккумулятор большей емкости, а поставить еще один такой же аккумулятора параллельно, чтобы суммарная емкость аккумуляторной батареи аккумуляторной батареи удвоилась.

Н апример, для увеличения времени работы высококлассного ИБП Eaton Powerware 9130 от аккумуляторной батареи параллельно существующей батарее подключают еще одну или несколько таких же аккумуляторных батарей.

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

И звестно, что внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому, при протекании тока через последовательную аккумуляторную батарею, на свинцовых аккумуляторах разной емкости будут разные напряжения. Опасно ли это для отдельных аккумуляторов и для аккумуляторной батареи в целом? Рассмотрим по-отдельности режимы разряда и зарядки свинцовых аккумуляторов.

П редположим, мы заряжаем последовательную аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцовых аккумуляторов емкостью по 10 А*час и одного 12-вольтового свинцового аккумулятора емкостью 8 А*час. В начале все аккумуляторы разряжены. Зарядное устройство реализует алгоритм зарядки I-U с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (13.8 В в среднем на аккумулятор).

П о данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе зарядная характеристика свинцового аккумулятораизменяется в соответствии с графиком справа. В начале процесса зарядки, зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а суммарное напряжение на аккумуляторной батарее сложится из напряжений на отдельных аккумуляторах, напряжение для каждого аккумулятора можно определить по его зарядной характеристике (графику зависимости напряжения аккумулятора от времени, который приводится производителем в его технических характеристиках). В начале зарядки на свинцовом аккумуляторе в 8 А*час будет около 12.3 В, а на всех аккумуляторах емкостью 10 А*час — примерно по 12 В на каждом. Начало зарядки абсолютно безопасно для всех 8 аккумуляторов.

Е ще через 3-4 часа, напряжение на аккумуляторной батарее достигнет предела — 110 В. Это напряжение разделится следующим образом: на аккумуляторах емкостью 10 А*час будет чуть больше 13.5 В, а на аккумуляторе емкостью 8 А*час — больше 15 В. Система рекомбинации газов, выделяющихся в этом аккумуляторе, перестанет справляться c нагрузкой, предохранительные клапаны аккумулятора откроются, аккумулятор начнет терять воду, а с ней и емкость. В то же время, все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут недозаряжены. Следовательно, при зарядке свинцовых аккумуляторов соединенные последовательно аккумуляторы разной емкости будут все больше и больше расходиться по своим параметрам — ″разбегаться″.

Р ассмотрим теперь разряд все той же аккумуляторной батареи из 8 свинцовых аккумуляторов током 1 А. Пусть система построена так, что при уменьшении напряжения до 84 В срабатывает защита от глубокого разряда, и разряд прекращается. Начальное состояние всех свинцовых аккумуляторов — ″полностью заряжены″. Через 7-8 часов после начала разряда, аккумулятор емкостью 8 А*час полностью разрядится. Напряжение на нем составит 10.5 В. Напряжение на остальных аккумуляторах батареи будет в это время чуть больше 11 В на каждом. Значит суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет примерно 10.5 * 7 + 11.1 = 88,2 В. Поэтому вся аккумуляторная батарея продолжит разряжаться, в том числе и многострадальный аккумулятор емкостью 8 А*час. Напряжение на нем будет очень быстро падать, в то время, как остальные свинцовые аккумуляторы практически не будут разряжаться. Когда напряжение на нем достигнет примерно 7 В, система отключит нагрузку, но будет уже поздно — аккумулятор будет в состоянии глубокого разряда и потеряет часть емкости.

Т еперь становится понятно, что последовательно можно соединять только свинцовые аккумуляторы одинаковой емкости, иначе аккумуляторная батарея будет быстро выходить из строя. Рекомендуется использовать для последовательного соединения свинцовые аккумуляторы одного типа, одного завода и из одной партии. Если в аккумуляторную батарею предполагается объединить более двух свинцовых аккумуляторов последовательно, очень желателен еще и предварительный подбор аккумуляторов по емкости и напряжению с помощью тестеров аккумуляторов

4. Можно ли соединять параллельно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

Д ля параллельно соединенных свинцовых кислотных аккумуляторов нет опасности появления на клеммах аккумулятора разных напряжений. Напряжения на всех параллельно соединенных аккумуляторах одинаковы в силу самого характера соединения. Значит параллельно соединенные аккумуляторы не могут «разбежаться» — они будут разряжаться или заряжаться синхронно.

Н о у свинцовых аккумуляторов есть ограничение не только по максимальному и минимальному напряжению, но и по токам. Например, для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272) производителем установлены следующие ограничения по токам.

М аксимальный разрядный ток не должен превышать 100 А для аккумуляторов с клеммами шириной 3/16″ (4.75 мм) и 130 А для аккумуляторов с клеммами 1/4″ (6.35 мм) — 130 А (18С). Протекание такого большого тока через аккумулятор емкостью всего 7.2 А*час ограничено и по времени: не более 5 с. Почему ограничен разрядный ток, понятно — клеммы аккумулятора не могут надежно передать больший ток (хотя сам аккумулятор, вероятно, мог бы).

Е сли мы посмотрим технические характеристики аккумуляторов разных производителей (правда не все указывают максимально допустимый ток), нам откроется довольно пестрая картина. Для стационарных (промышленных) свинцовых аккумуляторов, максимальный ток ограничен значением, которое численно (в амперах) составляет от 5 до 25 емкостей аккумулятора (в А*час). Некоторые производители указывают еще и ток короткого замыкания (иногда с ограничением времени — 0.1 с) — он численно составляет от 15 до 70 емкостей аккумулятора (15С. 70С). Суммируя эти данные, можно сказать, что свинцовый аккумулятор может безопасно разряжаться очень большими токами, вплоть до десятков С, причем чем меньше время разряда, тем больше допустимый ток.

Ж есткого ограничения максимального зарядного тока производитель CSB GP 1272 (GP1272) не дает, он только рекомендует ограничить максимальный ток зарядного устройства значением 2.16 А (это численно равно 30% емкости аккумулятора — 0.3С). Это ограничение совершенно точно не связано с возможностями проводников (клемм и решетки пластин аккумулятора), — проводники этого аккумулятора, как мы уже знаем, могут передать в 50 раз больший ток. Тогда с чем же связано это ограничение?

В процессе зарядки свинцового аккумулятора, сернокислый свинец превращается в свинец или окись свинца (в зависимости от того, на положительной или отрицательной пластине происходит реакция), а сера, входившая в состав сернокислого свинца, переходит в электролит. Для эффективного протекания электрохимической реакции зарядки свинцового аккумуляторав, нужно все время подводить в поверхности, на которой происходит реакция, свежий электролит и отводить продукты реакции (все тот же электролит, но уже содержащий больше серы). Активная масса пластины свинцового аккумулятора имеет пористую структуру (это увеличивает активную поверхность и емкость свинцового аккумулятора). К открытой части активной поверхности очень легко подводить (и отводить) вещества, участвующие в реакции, а перенос свежего электролита вглубь пористой пластины затруднен — по мере удаления от поверхности, поры становятся все уже и глубже. Поэтому в начале зарядки свинцового аккумулятора, электрохимическая реакция происходит главным образом на открытой поверхности пластин и только потом распространяется вглубь активной массы. В начале зарядки, аккумулятор способен безопасно воспринять довольно большой зарядный ток — ведь к поверхности пластины можно быстро доставить сколько угодно свежего электролита. Но по мере того, как процесс зарядки перемещается вглубь активной масыы, зарядный ток нужно уменьшать, иначе вместо электрохимической реакции зарядки аккумулятора будет происходить разложение электролита (аккумулятор «закипит»). Свинцовый аккумулятор может быть и не выйдет из строя сразу, но его старение ускорится и он раньше потеряет емкость.

С облюдение общего ограничения тока зарядного устройства (2.16 А для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272), установленного производителем, позволяет безопасно заряжать аккумулятор, независимо от глубины и характера его разряда и температуры (в определенных производителем пределах). Тем не менее, в начале зарядки свинцового аккумулятора, допустим и больший зарядный ток.

В ернемся теперь к параллельно соединенным свинцовым аккумуляторам. Понятно, что, если суммарный ток через параллельную аккумуляторную батарею не превышает ограничений, установленных для каждого аккумулятора батареи, то никакой опасности для аккумуляторов нет. Понятно также, что, если мы соединим параллельно 5 аккумуляторов CSB GP 1272 (GP1272) из одной партии и будем их заряжать током 5 х 2 = 10 А, то опять-таки нет никакой опасности — аккумуляторы абсолютно одинаковые, токи разделятся поровну, и ток через каждый аккумулятор не превысит установленного производителем ограничения.

Н о если мы соединим в параллельную батарею разные аккумуляторы, и суммарный разрядный или зарядный ток заметно превысит ограничения, установленные для отдельного свинцового аккумулятора, то через какой-то аккумулятор может потечь ток, превышающий возможности этого аккумулятора. Посмотрим теперь, как распределяются токи между свинцовыми аккумуляторами параллельной аккумуляторной батареи, составленной из аккумуляторов разных типов.

В начале зарядки или разряда параллельной аккумуляторной батареи, токи (зарядный или разрядный) разделятся между аккумуляторами обратно пропорционально их внутреннему сопротивлению. Если свинцовые аккумуляторы сильно различаются по емкости, конструкции, составу пластин или технологии изготовления, то внутреннее сопротивление аккумуляторов может оказаться не совсем обратно пропорциональным их емкости. В этом случае, и токи в начале разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов могут распределиться не совсем пропорционально их емкости.

С оединенные параллельно свинцовые аккумуляторы имеют одинаковое напряжение на своих клеммах. Поэтому их разряд или зарядка происходят синхронно: невозможна ситуация, когда один из параллельно соединенных аккумуляторов разрядился (или зарядился) наполовину, а другой — полностью. Поэтому, через некоторое время после начала разряда или зарядки, токи начинают перераспределяться между аккумуляторами так, чтобы компенсировать возможно имевшую в начале процесса место диспропорцию. В конечном счете (или, вернее сказать, в среднем), токи распределяются между аккумуляторами пропорционально их реальной емкости, даже если внутреннее сопротивление аккумуляторов не совсем обратно пропорционально емкости аккумуляторов.

С ледовательно, потенциальную опасность представляет начало разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов, соединенных параллельно. Но в начале разряда или зарядки, как мы уже выяснили, свинцовые аккумуляторы могут без вреда для себя разряжаться или заряжаться токами, которые превышают установленные производителем ограничения. Поэтому можно было бы сказать, что параллельное соединение разнородных аккумуляторов не представляет опасности. Но мы будем осторожнее, и скажем, что такой опасности почти нет — но при параллельном соединении свинцовых аккумуляторов разной емкости или изготовленных по разным технологиям нужно избегать ситуаций, когда зарядный или разрядный ток аккумуляторной батареи в несколько раз превышает установленное производителем предельное значение зарядного или разрядного тока одного аккумулятора.

Читайте также:  Как подзарядить внешний аккумулятор

Источник

Последовательное и параллельное подключение аккумуляторов

Сборка

При эксплуатации автономных источников тока часто встречаются ситуации, когда необходимо одновременно использовать несколько соединенных определенным образом элементов. Это требует наличия определенных знаний, касающихся особенностей протекания тока в цепях с несколькими источниками питания. В данной статье рассматриваются нюансы различных способов соединения аккумуляторов в сборные батареи.

Для чего соединяют аккумуляторы

Некоторые устройства с автономным электрическим питанием требуют таких значений тока и напряжения, которые трудно обеспечить имеющимися стандартными гальваническими источниками питания.

Спайка

Как правило, это потребность в более мощном отдаваемом токе, увеличенном значении напряжения или емкости. Для решения этих задач требуется создавать различные конфигурации соединений источников тока, каждая из которых имеет свои особенности.

Варианты подключения аккумуляторов

Существует три схемы соединений АКБ в сборки с нужными параметрами:

  1. Последовательное — складывается напряжение всех АКБ;
  2. Параллельное – складывается емкость;
  3. Комбинированное последовательно-параллельное – для повышения емкости и напряжения.

Все они имеют определенные особенности, которые необходимо знать для обеспечения безопасности и долговременной эксплуатации аккумуляторов и питаемых ими устройств.

Основным требованием при всех способах коммутации является исключение использования в сборке аккумуляторов, изготовленных по разным технологиям (например, нельзя соединять одновременно Li-ion и Ni-Mh).

Последовательное соединение аккумуляторов

Для обеспечения достаточного напряжения и приемлемого времени работы электроприборов часто используют аккумуляторные батареи, у которых аноды и катоды отдельных элементов (секций) последовательно соединяются между собой проводниками.

Последовательное соединение АКБ

Анод и катод крайних источников питания получившейся сборной батареи являются ее общими плюсом и минусом. У АКБ из последовательно соединенных элементов результирующее напряжение равно сумме вольтажей использующихся источников тока. Результирующая емкость полученной батареи равна той, которую имеет самый слабый из присоединенных АКБ. При эксплуатации такой сборки через каждый элемент течет одинаковый ток (как при заряде, так и при разряде).

При последовательном соединении шести аккумуляторов, каждый из которых имеет вольтаж 1,2 вольта и емкость 1200 мАч будет получена сборка на 6х1,2=7,2 v с емкостью 1200 мАч.

Если в сборке будут использоваться элементы с разной емкостью, то у тех из них, которые имеют меньшую емкость, будет более высокое внутренне сопротивление по сравнению с другими. Падение напряжения на них будет больше, что приведет к быстрому разряду самого слабого элемента в процессе работы.

Более мощные аккумуляторы сборки при этом еще будут работоспособны и сборка будет эксплуатироваться дальше. Это приведет к сильному разряду самого слабого аккумулятора, что уменьшит его ресурс и емкость.

При заряде такой сборки самый слабый аккумулятор зарядиться раньше других элементов, но из-за того, что остальные еще не зарядились, через него будет продолжать течь зарядной ток, который приведет к перезаряду и перегреву. Это особенно опасно для АКБ, которые содержат соединения лития из-за их повышенной чувствительности к перезаряду и сильному разряду.

Важно! В конечном итоге, постоянно повторяющийся усиленный разряд и перезаряд слабого элемента сборки быстро приведут к его выходу из строя. Поэтому при последовательном соединении должны применяться элементы равной емкости. Этого можно достичь только при использовании источников питания, выпущенных одним и тем же производителем, желательно из одной партии.

Заряд каждого источника питания сборной батареи лучше производить по отдельности, или применять выравнивающий заряд с контролем напряжения (регулировкой тока) на каждом элементе.

Параллельное соединение аккумуляторов

В этом случае одним общим проводником соединяют все аноды, а другим – все катоды соединяемых аккумуляторов. Эта схема применяется тогда, когда необходима повышенная сила тока сборной батареи.

параллельное соединение АКБ

Общая емкость (отдаваемый ток) полученной сборки равна сумме емкостей (проходящих токов) соединенных источников питания. Ее напряжение будет равно вольтажу элемента с самой большой электродвижущей силой, и оно будет одинаково на всех источниках полученной батареи.

При параллельном соединении шести АКБ, каждый из которых имеет напряжение 1,2 вольта и емкость 1200 мАч будет получена сборка на 1,2v с емкостью 6*1200=7200 мАч.

Внимание! При параллельном соединении нескольких одинаковых источников, имеющих разное напряжение, происходит перетекание тока из источника с большим напряжением в элемент с меньшим вольтажом.

Это разрушительно сказывается на тех из них, которые имеют меньшую емкость. Из-за перетекания токов запрещается параллельно соединять одноразовые батарейки, в которых оно приводит к заряду элементов с меньшим напряжением, их перегреву, вытеканию электролита или даже взрыву.

В случае параллельного соединения источника с большим напряжением малой емкости к элементу большей емкости, но с меньшим напряжением происходит электрическое замыкание слабого АКБ через меньшее внутреннее сопротивление сильного. Из-за этого в слабом источнике протекает сильный ток, который приводит к его постепенному разрушению.

В случае высокого вольтажа на аккумуляторе большей емкости происходит форсированный заряд слабого элемента, что также сказывается на нем губительно. Исходя из этого, перед сборкой батареи рекомендуется выравнивать напряжения каждого ее элемента до одинакового значения.

Важно! Для исключения разрушающего воздействия перетекания токов при параллельном соединении аккумуляторов должны использоваться элементы питания, одинаковые по напряжению.

Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

Если учитывать правила соединения аккумуляторов в последовательные и параллельные сборки, то можно создавать сложные комбинированные варианты с одновременным использованием обоих способов. Это позволяет увеличивать результирующую емкость и напряжение, что особенно необходимо в системах автономного энергообеспечения, электромобилях и других устройствах с большим потреблением электрического тока.

Последовательно-параллельное соединение батарей

Сборка комбинированной батареи может осуществляться двумя способами:

  1. Составляется нужное количество последовательно соединенных сборок с необходимым напряжением, а затем они объединяются в единую батарею с помощью параллельной коммутации.
  2. Создаются батареи с параллельно соединенными аккумуляторами необходимой емкости, которые затем последовательно коммутируются до набора нужного вольтажа.

Важно! Необходимо понимать, что даже при соблюдении всех правил соединения, невозможно подобрать элементы питания с абсолютно идентичными характеристиками. Это неизбежно приведет к разбалансировке значений емкостей и напряжений, что со временем будет приводить к повышенному износу более слабых аккумуляторов.

Меры предосторожности при подключении

При всех способах соединения аккумуляторов необходимо соблюдать ряд мер предосторожности:

  • соблюдать меры безопасности по эксплуатации электроустановок для исключения поражения электрическим током (главное — не создавать цепи прохождения тока через тело человека):
  • соблюдать полярность подключения;
  • не создавать коротких замыканий;
  • при сборке батарей отключать от них нагрузку;
  • подсоединение зарядного устройства к АКБ осуществлять тогда, когда оно отключено от сети;
  • работы проводить в соответствующей изолирующей одежде и обуви, без металлических предметов, которые могут упасть и замкнуть контакты;
  • не касаться руками клемм АКБ, в особенности двумя руками на разных полюсах (это очень опасно на мощных батареях с высоким напряжением);
  • использовать специальный инструмент с изолированными частями;
  • не проводить работы при плохом состоянии здоровья;
  • учитывать токи, проходящие через сборную батарею и нагрузку и использовать подходящие по сечению проводники;
  • при соединении элементов в одну батарею обеспечивать надежный и изолированный от внешних воздействий контакт;
  • обеспечивать надежную защиту сборных батарей от коротких замыканий и попадания влаги;
  • использовать аккумуляторы с одинаковыми характеристиками и степенью износа;
  • внимательно проверять собранную батарею на наличие ошибок коммутации.

замыкание аккумуляторов

К чему могут привести ошибки при соединении АКБ

Для исключения ошибок при соединении аккумуляторов желательно использовать специальные разъемы, исключающие ошибки при коммутации, например, переходники T-Plug. При неправильном подключении аккумуляторов в одной сборке могут быть допущены ошибки, которые могут привести к очень тяжелым последствиям:

  • при параллельном соединении образуется короткозамкнутый контур, в результате чего в аккумуляторах будет происходить бурная химическая реакция, которая очень быстро приведет к вытеканию электролита, деформации корпуса, возгоранию или даже взрыву;
  • при последовательном соединении с неправильной полярностью контур разомкнут, но при подключении нагрузки может появиться обратный ток через неверно подключенный элемент, что выведет его из строя;
  • при длительном коротком замыкании одного или нескольких аккумуляторов неизбежно возгорание изоляции, расплавление проводников, бурная реакция внутри АКБ, вытекание электролита, деформация корпуса, возгорание или взрыв;
  • при краткосрочном коротком замыкании контактов батарея останется работоспособной, но может произойти ухудшение состояния электродов внутри батареи, уменьшение емкости;
  • при использовании проводников, не рассчитанных на рабочие токи, они будут перегреваться, оплавится их изоляция, что может привести к короткому замыканию и вытекающим отсюда последствиям.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Источник

Как подключить аккумуляторы к ИБП, последовательное или параллельное соединение

Источники бесперебойного питания (ИБП) ELTENA с индексом LT предназначены для обеспечения длительного времени автономной работы критичного оборудования. Для этого к ним подключаются комплекты внешних батарей. Напряжение цепи постоянного тока (а значит, и количество последовательно соединенных подключаемых батарей) определяется характеристиками ИБП и указывается в спецификации. Мощные ИБП (UPS) обычно имеют более высокое напряжение цепи постоянного тока в целях повышения КПД бесперебойника, и для снижения потерь, возникающих там, где протекают высокие токи. Для обеспечения требуемого напряжения, как правило, используются стандартные необслуживаемые аккумуляторные батареи (АКБ) напряжением 12 Вольт. Чтобы получить более высокое напряжение или увеличить ёмкость, необходимо соединить батареи в цепь.

При подключении аккумуляторных батарей к источникам бесперебойного питания, особенно при использовании ИБП с внешними АКБ, возникают вопросы и проблемы их объединения в линейки, последовательного/параллельного соединения аккумуляторов, определения емкости и общего напряжения получившегося соединения.

Используются 3 способа соединения аккумуляторов:
— последовательное, при котором суммируется напряжение;
— параллельное, суммируется емкость;
— комбинированное, при котором параллельно соединяются линейки последовательно соединенных аккумуляторных батарей.

Таким образом, появляется возможность строить батарейные комплекты, напряжение и электрическая емкость которых ограничиваются только занимаемым ими рабочим пространством и количеством параллельно соединяемых линеек (не рекомендуется соединять в параллель более 4-5 линеек).

Также стоит отметить, что для более компактного размещения аккумуляторов ELTENA предлагает батарейные шкафы различного размера и вместительности.

Последовательное соединение аккумуляторных батарей

Последовательное соединение АКБ Источники тока последовательно

При последовательном подключении аккумуляторов суммируется напряжение (U), при подключении нагрузки с каждой АКБ идет ток, равный общему току в цепи. Емкость (E) системы остается такая же, как у одной из батарей этой цепи. Например: Вы подключили в цепь последовательно 3 аккумуляторные батареи 12 В и 100 Ач. В итоге на клеммах источника бесперебойного питания Вы получите U=3*12=36 В, E=100 Ач.

При последовательном соединении не допустимо использование АКБ различной ёмкости, разных типов, с разным напряжением зарядки. Мы рекомендуем Вам подключать по данной схеме только батареи одного производителя, с одинаковыми характеристиками и желательно из одной партии. Также, длина и сопротивление соединительных проводов, должны быть одинаковыми. Если не соблюдать это условие, на клеммах аккумуляторов может возникнуть различное напряжение. АКБ с меньшим уровнем заряда будут чрезмерно разряжаться, а аккумуляторы с самым высоким уровнем заряда рискуют получить перезаряд при работе в сетевом режиме (напряжение заряда будет завышено, что приведет к повышенному износу аккумуляторов, или выходу их из строя).

Читайте также:  Tp link 3040 аккумулятор

Параллельное соединение аккумуляторных батарей

Параллельное соединение АКБ Источники тока параллельно

Параллельное соединение АКБ позволит Вам увеличить ёмкость аккумуляторных батарей (а следовательно и время автономной работы вашего оборудования), не изменяя напряжение цепи постоянного тока. Это будет полезно, если вы хотите подключить несколько аккумуляторов к источнику бесперебойного питания, который работает от 12 В. Например, у Вас есть источник бесперебойного питания с цепью 12 В, и у вас есть 3 аккумулятора, каждый по 100 Ач. При параллельном подключении на клеммах ИБП получим U=12 В, E=3*100=300 Ач.

Комбинированное соединение на примере ИБП ELTENA Monolith E1000LT

Время автономной работы источника бесперебойного питания (время работы от аккумуляторов) с конкретной нагрузкой зависит только от емкости подключенных к ИБП аккумуляторных батарей. Увеличение времени автономной работы, при неизменной нагрузке, возможно только путем увеличения емкости АКБ, т.е. параллельным подключением к уже существующему комплекту дополнительных линеек (сборок) у которых U=24 В (две последовательно соединенные АКБ) и при этом, очень важно, чтобы общая емкость получившегося комплекта не должна превысить максимальную, рекомендованную для этого ИБП.

Необходимо помнить:
— при последовательном соединении сумма напряжений всех АКБ равна общему (в данном случае, две АКБ, соответственно, 24 В), а общая емкость линейки из двух последовательно соединенных АКБ равна емкости одной, каждой, АКБ (в данном случае — 45 Ач).
— при параллельном соединении линеек (сборок) напряжение одной линейки и общее равны (в рассматриваемом примере — 24 В), а сумма емкостей всех линеек равна общей (в рассматриваемом случае — E=45*3=135 Ач).

Для ИБП Monolith E1000LT рекомендованная емкость комплекта аккумуляторных батарей — до 150 Ач. Соответственно, для увеличения времени автономии можно к уже работающим аккумуляторам 45 Ач дополнительно присоединить параллельно две линейки по две последовательно соединенные АКБ 45 Ач. Получим батарейный комплект U=24 В, E=135 Ач.

Источник бесперебойного питания с АКБ

Для правильного подбора источников бесперебойного питания или аккумуляторных батарей для конкретного ИБП, выбора их типа, ёмкости и способа объединения в цепь, рекомендуем Вам проконсультироваться с нашими инженерами. Мы подберем оптимальную для Вас конфигурацию ИБП + батареи, рассчитаем время автономной работы оборудования, предложим оптимальную цену на источники бесперебойного питания!

Источник

Соединение аккумуляторов последовательно и параллельно

Аккумулятор — допускающий повторную зарядку химический источник тока (гальванический элемент). Аккумуляторная батарея — объединенные в единый блок по определенной схеме несколько источников. Каждый из них характеризуется емкостью (Ач), напряжением (В) и объемом запасенной энергии (кВт*ч), а схема соединения — особенности батареи. Зная их, можно самостоятельно изготовить аккумулирующий источник питания. Выясним, что такое последовательно-параллельное, последовательное и параллельное подключение аккумуляторов, зачем их использовать и как это правильно делать.

Зачем соединять аккумуляторы в один блок?

При работе систем наблюдаются омические потери напряжения. Эта та часть затраченной энергии, которая преобразуется в тепло, не давая полезной работы. Объединяя аккумуляторы определенным образом, можно уменьшить потери, увеличив КПД. Бывают случаи, когда для работы оборудования емкости одного гальванического элемента недостаточно. Покупать батарею большей емкости дорого, да и не всегда удобно (например, проблемы с размещением). Практичнее объединить два однотипных химических источника энергии.

Запросы по характеристикам питания в различных областях различны.

Имея одинаковые и однотипные аккумулирующие элементы легко их удовлетворить, соединяя источники в разных сочетаниях. Это дешевле и практичнее.

Варианты подключения аккумуляторов

Подсоединение двух и более аккумуляторов выполняют:

    • Параллельно — увеличение емкости и силы тока аккумулирующего энергию блока.
    • Последовательно — увеличение напряжения.
    • Последовательно-параллельно — одновременное увеличение и емкостных параметров, и напряжения.

Где это работает? Переносная компьютерная техника работает на аккумуляторных батареях, в которых обычно 4 литий-ионных источника с номинальным напряжением 3.6 В соединены последовательно (суммарный параметр 14.4 В), а 2 элемента емкостью 2 400 мАч того же типа подключены параллельно (суммарный параметр 4 800 мАч). Когда энергопотребление стандартизировано, используют стандарты аккумуляторов, которые тоже объединяются. Например, для запуска двигателя автомобиль расходует заданное количество электричества, которая расходуется и на подпитку противоугонных устройств, автоматики. При увеличении нагрузки, требуется и увеличение характеристики блока.

Параллельное соединение аккумуляторов

Применяется в тех случаях, когда техническими условиями требуется сохранить неизменным номинальное напряжение источника, но повысить его емкость. Для построения батареи необходимо параллельное соединение аккумуляторов в одну цепь. Придется соединять однополюсные выводы всех гальванических элементов.

Принцип: минус и плюс предыдущего источника соединяют с однополюсными выводами следующего. То есть один общий проводник будет объединять все аноды, а другой — катоды всех элементов.

Предположим, что в цепи будет задействовано 6 АКБ. Каждый 12-вольтовой элемент имеет емкость 200 Ач. Если их запараллелить, то суммарный параметр напряжения будет равен 12 В, емкости — 1 200 А, мощности — 4 800 А*ч.

Параллельно соединены источники аварийного и бесперебойного питания, АБК автобусов и другой тяжелой спецтехники, автомобилей с большим объемом ДВС (чтобы не выполнять прикуривание), приборы питания устройств освещения, систем жизнеобеспечения и связи, запуска аварийной техники и пр.

Особенности параллельного подключения

  • Нужно учитывать глубину разряда. Этот параметр есть у каждого элемента в цепи. Его обязательно учитывают при эксплуатации аккумуляторной батареи. НЕЛЬЗЯ разряжать источник ниже этого параметра.
  • При эксплуатации блока также учитывают характеристики самораздяра.

Последовательное соединение аккумуляторов

Рабочее напряжение аккумуляторов может быть разным. Параметр колеблется в диапазоне — 0.5-48 Вольт. Если для запуска ДВС автомобиля, автономного питания электрооборудования или электроприводной спецтехники необходим другой диапазон, используют последовательное соединение аккумуляторов в единую цепь. Количество химических источников тока рассчитывается по характеристикам напряжения.

Принцип: объединяются разнополюсные клеммы гальванических элементов. Вывод «+» предыдущего источника соединяется с выводом «-» следующего. То есть вывод «+» первого элемента и вывод «-» последнего выводятся наружу. Они и будут анодом и катодом аккумуляторной батареи.

Предположим, что в цепи будут участвовать четыре 12-вольтных химических источников тока емкостью 200 А и мощностью 800 А*ч. При последовательном подсоединении суммарное напряжение аккумуляторной батареи будет равно 48 В, емкость батареи останется неименной.

Подобным способом объединяются химические источники тока в АКБ для автомобилей, автобусов и другой техники. Элементы упакованы в один корпус и объединены при помощи свинцовых шин. Из этого же материала изготавливают электроды элементов. Свинцовые части могут соединяться между собой не на механическом, а на молекулярном уровне, что предупреждает развитие коррозийных электрохимических реакций. Увеличен срок эксплуатации батареи.

Особенности последовательного подключения

  • Одновременно можно подключать любое количество гальванических элементов, но все они в цепи должны быть одинаковыми и однотипными. Например, литий-ионные соединяют с литий-ионными, но не кадмий-никелевыми.
  • Емкости всех химических источников тока должны быть одинаковыми (очень близкими по значению).
  • Нужна балансировка заряда при этом типе сборки. Она обеспечит длительный срок службы батареи без дополнительной подзарядки, безопасность ее эксплуатации. Можно применять активный и пассивный метод балансировки.
  • Если в цепи выходит из строя один аккумулятор, то менять придется все элементы.
  • Если использовано последовательное подключение аккумуляторов, то выбору зарядного устройства нужно уделить особое внимание. Лучше использовать приспособления с контроллером заряда.
  • Проводники должны выдерживать нагрузку в 3 раза превышающую номинальную.

Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

Схема объединения аккумуляторов, предполагающая использование различных типов подключения — параллельное и последовательное, носит название комбинированной или смешанной. Ее используют в тех случаях, когда нужно увеличить и емкость, и напряжение аккумуляторной батареи. Существует два способа соединения нескольких аккумуляторов последовательно и параллельно:

Принцип 1: последовательно объединяются элементы с необходимым рабочим напряжением, затем параллельно соединяются требуемое число сборок, способных обеспечить оптимальные параметры емкости.

Принцип 2: параллельно объединяются аккумуляторы для обеспечения необходимой емкости, затем элементы подключаются последовательно, чтобы было достигнуто нужное напряжение.

Предположим, что в цепи будут задействованы три 12-вольтовые аккумулятора с емкостью 200 А и мощностью 800 А*ч. Тогда аккумуляторная батарея будет иметь рабочее напряжение 36 В, емкость 600 А.

При смешанном подключении можно сформировать источник питания любых необходимых параметров. Но у процесса коммутации есть ряд ограничений, связанных с подзарядкой батареи и ее размещением.

Примером параллельно-последовательного источника являются батареи, применяемые для работы агрегатов с электроприводом, управляющих моторов и пр.

Особенности смешанного подключения

  • Увеличение тока и емкости требует грамотного подбора соединительных проводов. Чем параметры выше, тем больше сечение жилы.
  • Рекомендуется при параллельно-последовательном объединении элементов использовать самозатухающие и негорючие провода.
  • Расчет параметров проводят по техническим требованиям подключаемой нагрузки.

Меры предосторожности при подключении

  • соблюдать правила безопасности при работе с электрическим током, одевать резиновые перчатки;
  • предупредить создание цепи прохождения электротока через человеческое тело;
  • избегать коротких замыканий;
  • не пренебрегать полярностью;
  • к клеммам АКБ голыми руками не прикасаться;
  • не собирать аккумуляторы, подключенные к нагрузкам (раздельно перепроверить каждый перед включением в цепь);
  • зарядное устройство нужно отключить перед тем, как подключать батарею;
  • применять инструменты с изолированными рукоятками;
  • не пренебрегать параметрами тока АКБ и нагрузки перед тем, как воспользоваться блоком;
  • соединительные контакты должны быть надежными и изолированными;
  • сборку защитить изоляционным корпусом от попадания влаги;
  • применять одинаковые аккумуляторы по параметрам, степени износа;
  • перед тем, как воспользоваться сборкой, протестировать ее на предмет некорректного соединения клемм.

При исправлении ошибок первоначально отсоединяют нагрузку (зарядное устройство), затем только проводят переделку блока.

Ошибки коммутации и их последствия

Самое главное — избежать поражения электротоком

. Некорректное объединение химических источников тока повлечет за собой:

  • Формирование короткозамкнутого контура. В гальванических элементах начнется химическая реакция, которая приведет к вытеканию электролита, короблению корпуса, взрыву, возгоранию (характерно для параллельного соединения).
  • Размыкание контура. Во время подключения нагрузки сгенерируется обратный электроток через некорректно подсоединенный источник. Это приведет к быстрому выходу из строя блока (характерно для последовательного соединения).
  • Продолжительное короткое замыкание. Результат — расплавление проводов, возгорание, коробление корпуса, химическая реакция внутри источников, воспламенение, утечка электролита и взрыв.
  • Кратковременное замыкание. Результат — снижение емкости, порча электродов.
  • Перегрев и оплавление проводников. Результат — короткое замыкание (если некорректно подобран проводник по сечению).

Проверка подключения

После завершения работ следует оценить качество всех соединений, их надежность, изоляцию. Характеристики аккумуляторной батареи проверяют через включение рабочей, второстепенной нагрузки. Проверяют падение напряжения. Пробы снимают несколько раз после восстановления АКБ. Для перепроверки данных можно использовать вольтметр, мультиметр или специальные устройства: приборы Кулона, тестеры, анализаторы. Только удостоверившись, что все сделано по схеме и без ошибок, можно использовать АКБ.

Источник