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).

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

КАК ПОВЫСИТЬ НАПРЯЖЕНИЕ БАТАРЕЙКИ

Если нужно для какой-нибудь электронной игрушки или измерительного прибора получить напряжение в несколько вольт (5-9), а под рукой только обычная пальчиковая батарейка, можно спаять за пол-часа такой несложный инвертор.

Схема и детали преобразователя

Все моточные данные и возможность замены радиоэлементов на другие – написано на схеме. Я использовал самый распространённый КТ315 транзистор, с другими типами возможно будет работать ещё лучше и КПД-шнее.

Вся схема залита уже термоклеем, но детальки можно разглядеть.

Общий провод припаян к корпусу, (жёлтый проводок). Плюсовой выход с преобразователя припаян к плюсовой клемме. Плюс питания на преобразователь подаётся на минусовую клемму. Схема работает от одной пальчиковой батарейки.

Ну и готовое устройство, для наглядности рядом сфотографирована пальчиковая батарейка. Как видим, ну ни чем не отличается от обычной батарейки АА.

На выходе получаем примерно 5 В без нагрузки. Как нагрузку подключал светодиод от фонарика, при подключений светодиода напряжение просело до 3 В (это не удивительно – он работает как стабилитрон). Ток примерно от 5…10 мА. Яркость в пределах нормы. Для небольшого фонарика с питанием от двух пальчиковых батареек будет вполне нормально, если одну батарейку заменить этим устройством. Да и мультиметру цифровому, где ток пару миллиампер, можно попробовать это задействовать. Сборка и испытание схемы – Cosmogor.

Источник

7 способов повысить НАПРЯЖЕНИЕ БОРТОВОЙ СЕТИ

Повысить напряжение бортовой сети автомобиля до необходимого уровня можно несколькими способами. Некоторые из них абсолютно бесплатные (только время придется потратить). Для реализации других придется кое-что прикупить. В этой статье рассказано, какое должно быть напряжение бортовой сети легкового автомобиля, когда и зачем его надо повышать, как это сделать в теории и на практике.

Когда и зачем нужно повышать напряжение бортовой сети?

Чтобы ответить на эти вопросы, сначала надо выяснить, какое напряжение бортовой сети должно быть вообще. Что считается нормой, и чем грозит отклонение от нее? А для этого надо вспомнить, на что влияет это самое напряжение.

Самое главное в данном случае то, что от напряжения бортовой сети зависит, насколько полноценно будет заряжаться аккумуляторная батарея от генератора. Чтобы начался процесс заряда, в теории достаточно подать на АКБ напряжение, которое превышает ее собственное. За счет этого через нее потечет ток, благодаря которому будет протекать электрохимическая реакция, и заряд начнет накапливаться на свинцовых пластинах. Однако это условие достаточное только лишь для начала процесса заряда.

Чтобы аккумулятор накопил как можно больше электрической энергии, на него должно подаваться определенное напряжение. В случае с автомобильными 12-вольтовыми АКБ оно должно быть 14,4 В. Если такое напряжение подавать на клеммы батареи достаточно долго, то она накопит максимальное количество энергии. Показателями этого состояния является плотность в районе 1,26 единиц, и стремящийся к нулю ток заряда.

Что будет, если указанное выше напряжение подавать на клеммы АКБ после того, как она полностью зарядилась? Начнется реакция электролиза воды, содержащейся в электролите. Она будет разлагаться на составные компоненты и безвозвратно испаряться. В таких случаях говорят, что аккумулятор кипит, после чего возникает необходимость доливать в него дистиллированную воду.

Отсюда следует, что постоянное напряжение бортовой сети автомобиля 14,4 В при достаточно долгой езде неминуемо приведет к кипению батареи. Если напряжение будет удерживаться еще более высоким, то процесс электролиза начнется гораздо быстрее, то есть при более кратковременной поездке.

С другой стороны, если на батарею будет подаваться более низкое напряжение, то она не сможет полностью зарядиться, даже если вы будете ездить на автомобиле бесконечно долго. Заряжаться она, конечно же, будет, но не на 100 %. В таких случаях автомобилисты применяют словосочетание – недозаряд аккумулятора. Это тоже нехорошо. В результате регулярного недозаряда снижется ресурс АКБ, а также повышается риск не запустить двигатель после длительного простоя.

Соответственно, чтобы аккумуляторная батарея автомобиля «чувствовала себя хорошо», в бортовой сети необходимо поддерживать такое напряжение, при котором она будет максимально полноценно заряжаться, и не закипать, при этом, никогда. То есть, нужна некая золотая середина. И является ею напряжение бортовой сети 14,2 В. При таких условиях АКБ будет заряжаться почти до конца, но до кипячения доводиться не будет.

Следует также отметить, что напряжение бортовой сети автомобиля 14,2 В считается нормальным только при определенных температурных условиях. А именно при температуре в диапазоне от 0°C до +20°C. Если на улице, например, мороз, то для нормальной зарядки АКБ есть смысл подавать на нее большее напряжение – 14,5-14,7 В. Во время летней жары, наоборот, будет лучше, если напряжение заряда не превышает 14 В.

По итогу мы получили ответы на поставленные в начале вопросы. Напряжение бортовой сети нужно повышать тогда, когда оно ниже, чем нужно для полноценной зарядки аккумулятора. Делать это нужно для того, чтобы не эксплуатировать АКБ в режиме хронического недозаряда. Как правило, с подобными проблемами чаще сталкиваются владельцы машин отечественного автопрома, а также иномарок «солидного возраста».

Как в теории можно повысить напряжение в бортовой сети?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо кое-что знать об этой самой бортовой сети. Как она работает, от чего зависит напряжение в ней? Чтобы это выяснить, изучать всю бортовую сеть нет надобности. Достаточно рассмотреть узел, который отвечает за выработку электроэнергии и ее стабилизацию.

«Занимается» этим генератор. Он генерирует электроэнергию для питания потребителей и зарядки АКБ, а также обеспечивает стабильное напряжение независимо от скорости вращения.

Если простыми словами, то работает это так. Чтобы генератор вырабатывал электроэнергию, в нем принудительно создается электромагнитное поле. От силы этого поля зависит выходное напряжение (которое идет на АКБ и потребители). Электромагнитное поле создается в роторе генератора, к которому через щеточный узел подается постоянное напряжение. От величины этого напряжения зависит сила электромагнитного поля и, соответственно, напряжение бортовой сети.

То есть, чтобы в сети было нужное напряжение, на щеточный узел генератора необходимо подавать управляющее напряжение. За это отвечает реле-регулятор напряжения. В упрощенном виде это устройство, которое «мониторит» то, что выдает генератор, и «решает», какое управляющее напряжение подавать для возбуждения электромагнитного поля. В итоге получается, что с какой бы скоростью не вращался генератор, он всегда выдает в сеть одно и то же напряжение.

Соответственно, чтобы повысить напряжение бортовой сети, надо чтобы регулятор напряжения подавал на щеточный узел генератора более высокое напряжение. Сделать это можно несколькими способами, которые описаны ниже.

Здесь стоит добавить, что бортовое напряжение зависит не только от генератора и реле-регулятора. Ведь помимо того, что электроэнергию надо выработать, ее надо еще доставить до потребителей, к числу которых относится и АКБ. Соответственно, если на пути доставки есть потери, то до потребителей будет доходить не все сгенерированное напряжение. Потому повышать бортовое напряжение следует начинать именно с этого.

Способ №1. Минимизация потерь

На пути электрического тока от генератора до потребителей самые большие потери происходят в местах плохих контактов. Речь идет о клеммах и пятачках, с помощью которых подсоединяются провода. Если в таких местах из-за окисла или другой грязи контакт ухудшился, то это означает, что поперечное сечение здесь уменьшилось. А при уменьшении сечения проводника прямо пропорционально увеличивается его электрическое сопротивление.

Через такие контакты ток течет «хуже», соответственно, падает и напряжение (работает закон Ома для участка цепи). Если, например, на пути от генератора к аккумуляторной батарее все соединяющие контакты находятся в плачевном состоянии, то заниженное напряжение в бортовой сети обеспечено.

Получается, чтобы повысить это самое напряжение, иногда достаточно просто привести в порядок хотя бы ключевые соединения. Убрать окислы, ржавчину, нагар, пыль, грязь. Надежно затянуть крепежи. Делать это нужно регулярно, так как наличие в проводника электрического тока, а на его поверхности влаги с солями – ускоряет его коррозию.

Помимо мест соединения проводников с автомобильным оборудованием следует также помнить и о самих проводниках. Они должны иметь достаточное для своего участка цепи сечение. В противном случае на проводах тоже будут потери, которые по закону Джоуля-Ленца будут уходить на их нагрев.

Как уменьшить сопротивление проводов? На это влияет их длина и сечение. Материал рассматривать не будем, так как сегодня все провода – медные. Если в проводке автомобиля делался ремонт с заменой, необходимо проверить, нет ли бесполезно длинных проводов, которые легко можно укоротить. Что касается сечения, то о нем далеко не всегда можно судить по толщине. И вот почему.

Дело в том, что провода автомобильной бортовой сети сделаны многожильными. Каждый из них состоит из множества тоненьких жилок, скрученных в один проводник. Делается так для того, чтобы провод имел большее сечение и, при этом, оставался гибким. В процессе длительной эксплуатации медные жилки могут переламываться, из-за чего сечение уменьшается, а сопротивление с потерями на этом участке – растет. Чаще всего переломы можно заметить на концах проводников, где с них снята защитная изоляция (перед клеммами).

Как показывает практика, все описанные в этом подразделе факторы в совокупности способны уменьшать бортовое напряжение вплоть до 1 вольта. Соответственно, если подобного рода недостатки устранить, то на вольтметре вместо вялых 13,2 В можно увидеть оптимальные 14,2 В. Такое повышение будет наблюдаться, если случай совсем запущенный. А так, можно рассчитывать на повышение напряжения бортовой сети на несколько долей вольта (которых часто и не хватает).

Однако это еще не все. Помимо снижения напряжения, из-за описанных проблем оно сильно падает при больших нагрузках. Например, когда все выключено, вольтметр показывает 14,2 В (порядок). А после включения освещения, фар, печки и музыки – показания падают до 13 В. Так вот, достаточно часто после минимизации потерь такая просадка уменьшалась вдвое, а то и втрое.

Способ №2. Замена штатного реле-регулятора

Средняя стоимость реле-регулятора варьируется в районе 200 рублей. Это гораздо дешевле, чем новая АКБ, которую придется покупать из-за хронического недозаряда имеющейся. Как правило, эти устройства со временем начинают некорректно работать, подавая на ротор генератора неправильное управляющее напряжение. Замена реле во многих случаях помогает повысить напряжение бортовой сети до оптимального.

Следует также учесть, что в состав реле-регулятора входят графитные щетки, по которым управляющее напряжение передается на ротор генератора. А щетки имеют свойство истираться. Потому в некоторых случаях проблему с низким напряжением решают путем подпайки к имеющемуся реле новых щеток.

Способ №3. Запитывание регулятора от АКБ

На большинстве легковых автомобилей реле-регулятор «мониторит» напряжение бортовой сети непосредственно на генераторе. А как уже было доказано выше, до потребителей доходит далеко не все. Потому вполне разумно «дать понять» реле-регулятору, что на ту же АКБ приходит далеко не то напряжение, которое выходит из генератора. Для этого плюсовой провод регулятора подключается напрямую к аккумулятору. И это тоже помогает.

Способ №4. Диод

Народный метод, который заключается в «обмане» реле-регулятора. Диод подключается в разрыв плюсового провода непосредственно перед реле. Он свободно пропускает ток в одном направлении, но на нем всегда присутствует стабильное падение напряжения. За счет этого на реле приходит меньшее напряжение, чем оно есть на выходе из генератора, и «обманутый» регулятор повышает управляющее напряжение, заставляя генератор вырабатывать больше.

Способ №5. Выносной трехуровневый регулятор напряжения

Устанавливается вместо штатного. Состоит из щеточного узла и выносного реле, которое крепится в любом удобном месте под капотом (или даже в салоне). На регуляторе имеется трехпозиционный тумблер, переключая который, можно влиять на выдаваемое генератором напряжение. В результате его установки можно устанавливать напряжение бортовой сети 14,7 В, 14,2 В и 13,8 В. Средний режим считается нормальным, первый – для зимы, последний – для лета. Девайс очень даже годный, если не забывать своевременно переключать тумблер в подходящее положение. Стоит на момент написания статьи порядка 300-400 рублей.

Способ №6. Выносной термооптимизированный регулятор напряжения

Как и предыдущий вариант, устанавливается вместо штатного реле. В данном случае никаких ручных регулировок не предусмотрено, однако, есть термопара, которая прикручивается к клемме АКБ. Благодаря этому реле-регулятор при корректировке напряжения учитывает температуру аккумулятора. Соответственно, он в автоматическом режиме повышает его зимой, и занижает летом.

Способ №7. Генератор

Если генератор не способен выдавать желаемые 14,2 В без значительных просадок под нагрузкой, то никакие из вышеописанных способов исправить ситуацию не помогут. К сожалению, в гаражных условиях проверять этот агрегат довольно затруднительно, потому это дело стоит доверить специалистам.

Если, все же, сильно хочется попробовать своими руками, то можно измерить сопротивления всех обмоток статора и ротора. При исправном генераторе в показаниях прибора не должно быть заметного разброса. Если он есть, или сопротивление какой-либо из обмоток стремится к нулю (или есть разрыв), то генератору пришел конец. Пытаться получить с него желаемое напряжение бесполезно.

Напряжение бортовой сети является очень важным параметром автомобиля. Если оно ниже нормы, АКБ будет постоянно недозаряжаться, свет – тускло светить, магнитола – выключаться под нагрузкой, и так далее. Повысить напряжение можно несколькими способами. Все они проверены на практике и прекрасно работают.

Источник