Меню

Для увеличения напряжения акк элементы соединяют

Последовательное, параллельное и смешанное соединение аккумуляторов

У любого аккумулятора, в зависимости от его типа, есть определенные паспортные значения: номинальное напряжение, максимальный ток, оптимальный ток, номинальная емкость. Отметим, что данные паспортные значения являются верными только при условии соблюдения рекомендованного производителем режима эксплуатации аккумулятора, и только для тех аккумуляторов, жизненный ресурс которых далек от исчерпания.

Однако бывает и так, что необходимо сразу добиться от аккумулятора большего, чем то, на что он способен по паспорту. Поэтому для увеличения емкости, рабочего тока или напряжения часто прибегают к последовательному, параллельному, а иногда и к смешанному (последовательно-параллельному) соединению аккумуляторов (элементов, ячеек).

Так, для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов номинальным значением напряжения для одного элемента будет 3,7 В, для свинцово-кислотных аккумуляторов — 2,1 В, для никель-цинковых — 1,6 В, а для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных — 1,2 В.

Что же касается емкости и оптимального тока аккумулятора, то данные параметры зависят от многих конструктивных параметров: от площади электродов, от объема ячейки, от плотности электролита и т. д.

Если необходимо получить большее рабочее напряжение, то аккумуляторные ячейки соединяют последовательно, если требуются большая емкость и ток — параллельно, если же необходимо и емкость увеличить и напряжение повысить — применяют последовательно-параллельное соединение аккумуляторов.

Последовательное соединение аккумуляторов и его особенности

С самого начала необходимо понимать, что для последовательно соединенных аккумуляторов — ток через каждый аккумулятор такой сборки (батареи) всегда будет равен току через всю сборку, причем независимо от того, разряжается в этот момент батарея или стоит на зарядке.

По этой причине строго рекомендуется соединять последовательно только однотипные аккумуляторы (или сборки) одинаковой емкости (реальной!).

Почему однотипные? Потому что минимальное (до которого можно разряжать) и максимальное (до которого можно заряжать) напряжения для каждой ячейки должны быть одинаковыми.

Теперь разберемся с вопросом, почему же необходимо чтобы соединяемые последовательно емкости также были одинаковыми.

Если соединить последовательно аккумуляторы разной емкости, то в процессе разрядки ячейка наименьшей емкости разрядится быстрее остальных, и может дойти до того, что наступит глубокий разряд одной из ячеек образующих сборку, тогда как остальные элементы еще могли бы безопасно разряжаться. Это нарушит работу всей батареи аккумуляторов, ее напряжение упадет, а емкость при этом просто не сможет быть адекватно реализована в нагрузке.

А в процессе зарядки такой неравномерной сборки будет происходить следующее: аккумуляторная ячейка наименьшей емкости уже зарядится до нужного напряжения, тогда как соседи большей емкости останутся недозаряженными.

Чтобы предотвратить подобное неприятное развитие событий (бывает так, что некоторые из ячеек даже в ходе правильной эксплуатации раньше других теряют свою исходную емкость), зарядное устройство (или сборку) оснащают выравнивающим контроллером заряда-разряда, защищающим ячейки от критических режимов.

Так или иначе, прежде чем соединять аккумуляторы в последовательную сборку, измерьте емкость каждого специальным прибором, который всем известен и широко доступен в продаже.

В ампер-часах (Ah) или в миллиампер-часах (mAh) емкость батареи, получившейся при последовательном соединении одинаковых аккумуляторов, будет равна емкости единичного элемента составляющих последовательную батарею.

Номинальный ток, как и емкость, будет равен номинальному току одной ячейки. Номинальное же напряжение (в вольтах) и энергия (в ватт-часах), будут равны сумме, соответственно, номинальных напряжений и ватт-часов, всех составляющих батарею ячеек.

Параллельное соединение аккумуляторов и его особенности

Параллельное соединение аккумуляторов применяют тогда, кода напряжение необходимо оставить таким как есть, но при этом увеличить общую емкость и соответственно номинальный ток сборки.

Параллельно соединять допускается ячейки с одинаковыми номинальными напряжениями, также очень желательно чтобы они были однотипными (дабы влияние условий эксплуатации на емкость и на токовые характеристики для всех ячеек было примерно одинаковым).

Читайте также:  Какие стабилизаторы напряжения лучше для дома 220

В момент соединения желательно также выровнять текущие напряжения, чтобы снизить выравнивающие токи, которые неизбежно возникнут в момент параллельного замыкания полюсных выводов ячеек.

Емкость получившейся сборки в ампер-часах, ее рабочий ток, а также запасенная энергия в ватт-часах будут равны сумме оных для каждой из ячеек образующих сборку.

Соединяя аккумуляторные элементы параллельно, важно помнить и о том, что результирующий ток саморазряда параллельной сборки окажется выше, чем сумма токов саморазряда, характерных для каждой ячейки в отдельности, поскольку какие-то из ячеек в сборке будут разряжаться быстрее, и более стойкие в плане саморазряда ячейки будут разряжаться не только сами через себя, но и через соседей, все время как-бы заряжая их.

Последовательно-параллельное или смешанное соединение аккумуляторов

Если вы разобрались с правилами и особенностями последовательного соединения аккумуляторных ячеек и поняли принцип суммирования емкости и тока при параллельном соединении, то для вас не составит труда соединить получившиеся последовательные сборки параллельно, либо параллельные сборки последовательно.

Теоретически, чтобы уменьшить ток саморазряда, казалось бы, лучше параллельно соединить несколько заготовленных заранее правильно собранных последовательных цепочек одинаковой емкости без параллельных замыканий соседних звеньев. Однако на практике проще соединить друг с другом несколько параллельных сборок.

В итоге принцип формирования сборки следующий: если в смешанном соединении количество последовательных элементов (в одной цепочке последовательно соединенных аккумуляторов) превышает количество параллельных элементов (то есть превышает количество цепочек), то параллельно объединяют цепочки.

Если же в смешанном соединении количество параллельных элементов превышает количество элементов в цепочке, то последовательно соединяют параллельные сборки, предварительно убедившись в том, что их емкости равны.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно

Объединенная группа аккумуляторов называется батареей элементов или просто гальванической батареей. Существуют два основных способа соединения элементов в батареи: последовательное и параллельное соединения.

В рамках данной статьи рассмотрим особенности последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Есть разные ситуации, когда может потребоваться увеличить общую емкость или поднять напряжение, прибегнув к параллельному или последовательному соединению нескольких аккумуляторов в батарею, и всегда нужно помнить о нюансах.

Параллельное соединение предполагает объединение положительных клемм аккумуляторов с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом, т. е. все положительные выводы элементов присоединить к одному общему проводу, а все отрицательные выводы — к другому общему проводу. Концы общих проводов такой батареи присоединяются к внешней цепи — к приемнику.

Сущность последовательного способа соединения аккумуляторов, как это вытекает из самого его названия, заключается в том, что все взятые элементы соединяются между собою в одну последовательную цепочку, т. е. положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом каждого последующего элемента.

В результате такого соединения получается одна общая батарея, у которой у одного крайнего элемента остается свободным отрицательный, а у второго — положительный выводы. При помощи их батарея и включается во внешнюю цепь — в приемник. Далее поговорим об этом более подробно.

Параллельное соединение аккумуляторов дает объединение емкостей, и при равном исходном напряжении на каждом из аккумуляторов, входящих в собираемую из них батарею, емкость составной батареи оказывается равной сумме емкостей этих аккумуляторов. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке.

Сколько бы элементов мы ни соединяли параллельно, общее их напряжение всегда будет равно напряжению одного элемента, но зато сила разрядного тока может быть увеличена во столько раз, сколько элементов будет входить в состав батареи, если только все элементы в батарее однотипные.

Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.

Ежели последовательно соединяются аккумуляторы равной емкости и равного на момент соединения напряжения, тогда напряжение батареи, полученной путем последовательного соединения, будет равно произведению напряжения одного аккумулятора и количества аккумуляторов, составляющих последовательную цепь.

При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Поэтому от составленной батареи независимо от величины ее напряжения можно потреблять только такой же силы ток, на какой рассчитан один элемент, входящий в состав данной батареи. Это и понятно, так как при последовательном соединении через каждый элемент проходит тот ток, какой проходит и через всю батарею.

Таким образом, путем последовательного соединения элементов, увеличивая их общее количество, можно повысить напряжение батареи до любых пределов, но сила разрядного тока батареи останется такой же, как и у одного отдельного элемента, входящего в ее состав.

И при параллельном, и при последовательном соединении, общая энергия батареи оказывается равной сумме энергий всех аккумуляторов, составляющих батарею.

Итак, для чего же аккумуляторы объединяют в батареи? Все дело в том, что в любой схеме существуют потери, связанные с нагревом проводников. И при одном и том же сопротивлении проводника, если требуется передать определенную мощность, гораздо выгоднее передавать мощность при высоком напряжении, тогда ток потребуется меньший, и омические потери будут меньше.

По этой причине мощные источники бесперебойного питания используют батареи последовательно соединенных аккумуляторов на общее напряжение в несколько десятков вольт, а не параллельную цепь на 12 вольт. Чем выше напряжение источника, тем выше КПД преобразователя.

Когда нужен значительный ток, а одного имеющегося в наличии аккумулятора для поставленной цели не достаточно, увеличивают емкость батареи, прибегая к параллельному соединению нескольких аккумуляторов.

Не всегда экономически выгодно заменять аккумулятор на новый, обладающий большей емкостью, и иногда достаточно присоединить параллельно еще один, и повысить емкость источника до необходимой. Некоторые источники бесперебойного питания имеют отсеки для установки дополнительных аккумуляторов параллельно уже имеющемуся, с целью повысить энергетический ресурс преобразователя.

Что следует учитывать при объединении аккумуляторов в последовательную цепь? Аккумуляторы различной емкости (изготовленные по одной и той же технологии, например свинцово-кислотные) отличаются внутренним сопротивлением. Чем выше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление, зависимость здесь почти обратно пропорциональная.

По этой причине, если последовательно соединить аккумуляторы разной емкости, и замкнуть цепь нагрузки или зарядную цепь, то ток по цепи пойдет везде одинаковый, а вот падения напряжений будут разными. И на каком-то из аккумуляторов батареи напряжение при зарядке окажется намного выше номинала, что опасно, а при разрядке — намного ниже нижнего предела, что вредно. Рассмотрим далее пример, покажем, чем это чревато.

Пусть в нашем распоряжении 10 аккумуляторов, номинальное напряжение каждого 12 вольт, 9 из них имеют емкость 20 ампер-часов, а один — 10 ампер-часов. Мы решили соединить их последовательно, и заряжать от зарядного устройства с контролем зарядного тока, выставили ток на 2 ампера. Зарядное устройство настроено так, что прекратит зарядку когда напряжение батареи пересечет отметку в 138 вольт, исходя из среднего значения в 13,8 вольт на каждый аккумулятор последовательной батареи. Что произойдет?

Для каждого аккумулятора производитель предоставляет зарядную характеристику, где можно увидеть, каким током и на протяжении какого времени нужно заряжать аккумулятор.

Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. Так, уже через 3 часа маленький аккумулятор возьмет свое, в то же самое время большие аккумуляторы еще 6 часов должны будут заряжаться.

Но напряжение на маленьком аккумуляторе уже пошло через край, его бы нужно перевести в режим стабилизации напряжения, на наш зарядный прибор этого не делает. В конце концов система рекомбинации газов в аккумуляторе вдвое меньшей емкости не выдержит, клапаны сорвет, и аккумулятор начнет терять влагу, терять емкость, при этом большие аккумуляторы все еще будут недозаряжены.

Вывод: заряжать последовательно можно только аккумуляторы равной емкости, одной и той же технологии, одного и того же состояния разряда.

Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. Изначально на каждом аккумуляторе 13,8 вольт, а разрядный ток составляет 2 ампера. Защита от глубокого разряда разомкнет цепь при 72 вольтах, то есть предполагается не менее 7,2 вольт на аккумулятор. Через 4 часа маленький аккумулятор полностью разрядится, а на больших еще будет по 12 вольт, и защита от глубокого разряда не уследит подвоха. Маленький аккумулятор уже необратимо потеряет часть своей емкости.

Вот почему последовательно можно соединять лишь аккумуляторы равных емкостей, если не хотите их испортить. Лучше всего последовательно соединять аккумуляторы из одной партии, и проверить предварительно их емкости тестером АКБ, дабы убедиться, что емкости аккумуляторов, из которых вы собираетесь собрать последовательную батарею, почти равны.

А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Разумеется, при условии равенства напряжений на их клеммах. При параллельном соединении емкости аккумуляторов не будут играть роли, поскольку внутренние сопротивления аккумуляторов окажутся подключены параллельно, и максимальный ток заряда или разряда будет у каждого аккумулятора свой, они будут работать синхронно.

Однако для клемм аккумуляторов и для каждого конкретного аккумулятора ограничения по току имеются, клеммы могут и не выдержать длительный ток, который в принципе способен дать аккумулятор, об этом важно не забывать. В технической документации к аккумулятору эти параметры указаны.

Если в момент соединения двух аккумуляторов, сильно различающихся по емкости, их напряжения отличаются значительно, неизбежна кратковременная перегрузка по току одного из аккумуляторов. Если напряжение выше у аккумулятора меньшей емкости, то перераспределение заряда в момент соединения вызовет кратковременный ток короткого замыкания в нем, и может быстро привести к его разрушению.

Если напряжение выше у аккумулятора большей емкости, то опять же под угрозой аккумулятор меньшей емкости, ибо он станет принимать заряд в режиме перегрузки. Поэтому лучше всего соединять параллельно аккумуляторы, предварительно выровняв напряжения на них, а уже следующим шагом объединять в батарею.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, как можно, а как нельзя соединять аккумуляторы и для каких целей это обычно делают.

Источник

Adblock
detector