Аккумуляторной батареи схема: ЗАЩИТА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

ЗАЩИТА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

ЗАЩИТА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

       В этой статье пойдет речь об устройстве защиты аккумуляторной батареи от глубокого разряда. Из названия конструкции понятно, что устройство защиты аккумуляторной батареи предназначено для предотвращения глубокого разряда аккумуляторных батарей. Суть схемы в автоматическом отключении нагрузки при уменьшении напряжения батареи до минимально допустимого значения. Данный девайс можно использовать везде, где используются кислотные или щелочные батареи и где отсутствует постоянный контроль за состоянием аккумуляторов, то есть там, где важно обеспечить предотвращение необратимых процессов, связанных с глубоким разрядом.
     Идея создания этого устройства возникла давно. Первый, кто заговорил об этом, был i8086. Он собрал преобразователь для длительного автономного питания своего ноутбука от автомобильного аккумулятора. Но преобразователь не отключался при снижении напряжения ниже 10 В, а продолжал работать и разряжать аккумулятор.

Понятно, что для аккумулятора очень нежелателен разряд ниже порогового для него напряжения в 10 В. Часто приходилось периодически контролировать напряжение на клеммах аккумулятора с помощью цифрового мультиметра, что очень неудобно, и если недосмотреть, то и аккумулятор придется скоро поменять из-за глубокой разрядки. 

В связи с этим, товарищ Кулибин и уважаемый i8086 начали поиски подходящего устройства защиты аккумуляторной батареи для этой цели. Просмотрев немало информации в Интернете и не найдя ничего подходящего я поделился данной проблемой с уважаемой Анастасией!

Она предложила оригинальное включение операционного усилителя OP07 как компаратора совместно со стабилизатором 78L05.

Схема из первоисточника.

 

Название	Номинал
Подстроечные резисторы R1	10K
Транзистор Q1	КТ817
Операционный усилитель	OP07
Реле	Любое подходящее по току, 12В
Стабилизатор напряжения	78L05

Обсудив данную схему с коллегами, мы решили ее немного доработать, внеся некоторые сервисные функции управления и индикации. Результатом наших творческих экспериментов явилась эта схема УЗАБ:

 

Схема прошла тестовые испытания с очень великолепным результатом. Рассмотрим сервисные функции схемы:

— Индикация пониженного напряжения питания. При снижении напряжения до 10,5 В загорается светодиод.

— После аварийного отключения повторное включение возможно при напряжении выше 11,0 В, нажатием на кнопку «ON».

— Если есть необходимость отключить нагрузку вручную, достаточно нажать кнопку «OFF».

— При снижении напряжения до 10,0 В происходит полное отключение нагрузки и схемы контроля от аккумулятора.

— Благодаря подстроечным резисторам, напряжения срабатывания компараторов можно регулировать для конкретных типов аккумуляторов.

— Полезное преимущество – защита от переполюсовки (не соблюдения полярности) при подключении к аккумулятору. В этом случае устройства защиты аккумуляторной батареи и подключенное устройство просто не включатся.

 

Преимущество предложенного решения с использованием реле трудно сравнить с простейшей защитой – включением в обратной полярности мощного диода, когда в случае неправильной полярности сгорит предохранитель. В данном случае ничего сгореть не может, так как просто не включится.

В схеме применены следующие детали:

 

Название	Номинал
Подстроечные резисторы R1-R2	10K
Светодиод D1	Красный светодиод
Диод маломощный D2	1N4007
Транзистор Q1	КТ815
Операционный усилитель	LM358N
Реле	JZC-20F на 10А 12В
Стабилизатор напряжения	78L05
Кнопки	Любые маломощные кнопки на замыкание контактов без фиксации

 

Можно использовать подстроечные резисторы любого номинала от 10  до 100 кОм. Стабилизатор напряжения 78L05 на напряжение можно заменить на любой другой аналогичный, например, КР142ЕН5А. Транзистор КТ815 можно заменить на КТ817 или другой соответствующей проводимости. Реле на ток 10 А и напряжение срабатывания 12 В, можно применить и другие аналогичные.

Диод используем любой маломощный, способный выдержать ток обмотки реле. Светодиод желательно красного цвета свечения. Можно использовать мигающий светодиод со встроенным генератором для лучшей визуализации. Измерения показали, что нет необходимости установки токоограничивающего резистора, т.к. напряжение на нем равно 2В, а ток ограничивается самим ОУ LM358N.

Кнопки применены разных цветов, зеленая на включение, красная – на отключение.

Печатную плату в формате layout качаем здесь

Вид со стороны пайки:

Собранное без ошибок устройство начинает работать сразу, наладка заключается в установке нужных порогов напряжения зажигания светодиода и отключения реле. На данный момент это устройство используется совместно с преобразователем для ноутбука, которые смонтированы в единый корпус.

 

Представляется интересным предложение Анастасии в использовании данного схемного решения в автоматических зарядных устройствах, которые будут отключать цепь зарядки аккумулятора при достижении порогового уровня напряжения. На наш взгляд, нам есть над чем поработать!

А.Кулибин, i8086, Анастасия.

http://radiokot.ru/ — сайт первым опубликовавший материал.

ФОРУМ по зарядным устройствам.

КАК ЗАРЯЖАТЬ АККУМУЛЯТОРЫ

   Жизнь современного человека трудно себе представить без различных бытовых помощников. Автомобили, компьютеры, звуковоспроизводящие устройства, телефоны, бытовая медицинская техника, фонари и т.д. — все это стало неотемлемой необходимостью в наше время. Связующим звеном, которым можно связать такие разные предметы как автомобиль и фонарик, являются химические источники тока. В данной статье мы рассмотрим основной класс электрохимических возобновляемых источников тока — аккумуляторные батареи, а так же как заряжать аккумуляторы различных типов. Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима заряки, гарантирует их безотказную работу в течении всего срока службы. Основополагающими факторами при заряде любых батарей являются токи и напряжения приложенные во время процесса зарядки. Установлено, что зарядка чрезмерно большим током приводит к деформации пластин аккумуляторов и даже к их разрушению. Зарядка малым током вызывает сульфатацию пластин и снижению емкости аккумуляторной батареи. Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в течении всего срока эксплуатации. Некоторые недобросовесные производители (в частности Китайские) приводят в паспортах на свои изделия совершенно ненормированные показатели токов заряда,и как следствие батарея выходит из эксплуатации раньше времени. Цель таких производителей — экономическая выгода (ведь вышедший из строя аккумулятор придется сменить на новый). Чтобы не попадаться на удочку таких горе-производителей, приведу несколько теоретических выкладок и советов.

Зарядку аккумуляторных батарей производят вполне определенным током, значение которого можно вычислить по формуле I=0,1Q для кислотных

   и I=0,25Q для щелочных аккумуляторных батарей,

   где Q-паспортная электрическая емкость батареи (А-ч), а I-средний зарядный ток (А). Для герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов (гелевых)

   значение зарядного тока расчитывают исходя из того, что он должен составлять 0,2-0,3 от емкости батареи. Такое же значение зарядного тока применимо и для NI-MH аккумуляторов. Кислотные батареи чуствительны к недозарядке и перезарядке. Щелочные аккумуляторные батареи менее критичны к режиму эксплуатации. Гелевые элементы питания можно заряжать/разряжать только до значений указанных в паспорте или на самой батарее. NI-MH и NI-CD батареи заряжают до номинального паспортного значения, но из 10 циклов заряда разряда такие батареи желательно хотя бы один раз разрядить полностью (до нижнего номинального значения) а затем зарядить. Связано это с возникновением эффекта памяти у этих батарей — устройства в которых они применяются как правило не позволяют произвести полного разряда батареи (отключаются раньше), и мы производим заряд недоразряженного элемента. Со временем (в очень короткие сроки) это приводит к выходу батареи из строя.

   Блок схема зарядного устройства состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя. В качестве регуляторов тока в практических схемах используют: проволочные реостаты; магазины конденсаторов, включаемых последовательно с первичной обмоткой трансформатора; транзисторные и интегральные стабилизаторы тока; тиристорные регуляторы. Далее предлагаю рассмотреть несколько простых практических схем для зарядки аккумуляторных батарей.

   Для зарядки кислотных АКБ на протяжении 15 лет использую простой самодельный зарядник 

   с перемотанным трансформатором ТС-270 (транс перематывался для достижения токов в 15А,что в конечном счете и не понадобилось).

   Электронную начинку регулятора тока можно собрать по схеме Руслана Старобинского

   или по схеме Германа Рабурахманова (десульфатирующее зарядное устройство, для восстановления аккумуляторной батареи).

   Прибор желательно оснастить амперметром для наблюдений за протекающими процессами (на снимке миллиамперметр от радиостанции с константановым шунтом). Для зарядки герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов (гелевых) можно применить устройство на микросхеме L200C.

   Но в силу того, что микросхема эта довольно редкая и дорогая, можно изготовить более простое универсальное зарядное устройство, подходящее для всех типов не слишком емких аккумуляторов. 

   Основа схемы-интегральный стабилизатор К142ЕН12; диодный мост-любой на ток не менее 2А;

   транзистор германиевый из-за малого открывающего напряжения Б-Э; резисторы R1-R4 с мощностью рассеивания от 2Вт (можно намотать из нихрома). Сборка схемы зарядки. Она содержит минимальное количество деталей и может быть произведена навесным монтажем. В качестве переключателя режимов зарядного тока применим галетный.

   Подключаем к заряднику полностью разряженный аккумулятор, выбираем зарядный ток по известной формуле и заряжаем в течении 12 часов. В заключении совет по выбору ЗУ при покупке — не поленитесь поискать в сети данные на приглянувшееся вам зарядное устройство. Это сможет вас уберечь от ненужных трат. Если же имеющееся у вас устройство вызывает подозрение (изготовленное неизвестно где ЗУ для малоемкого аккумулятора), не поленитесь открыть его корпус — в некоторых устройствах ничего кроме выпрямителя не имеется, и у вас будет поле для модернизаций и усовершенствований (если вы конечно не хотите потерять свой аккумулятор раньше времени). Конечно тут приведены не все теоретические и практические выкладки и тонкости, а только самые основные. В дальнейших наших публикациях мы познакомимся с более сложными типами ЗУ. Автор: Электродыч.

Originally posted 2019-01-27 14:24:16. Republished by Blog Post Promoter

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.

Параллельное соединение:

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.

Последовательное соединение:

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.

Андрей Повный 

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов

При параллельном соединении, 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″).

Получившаяся при паралельном соединении аккумуляторная батарея имеет 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.

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

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет 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.

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна 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.

Следовательно, цель использования аккумуляторных батарей с последовательным соединением аккумуляторов — уменьшение потерь и увеличение коэффициента полезного действия (КПД).

Иногда 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.

Например, 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?

Известно, 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.

Предположим, 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).

По данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе изменяется 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.

Примерно через 10 часов напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час достигнет 13.8 вольт. Аккумулятор в этот момент будет заряжен примерно на 80%. Остальные аккумуляторы будут заряжены примерно на 70%, а напряжение на каждом из них будет около 13.2 В.

Аккумулятор емкостью 8 А*час уже нужно переводить в режим стабилизации напряжения, но это невозможно — ведь суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще не достигло конечного напряжения 110 В, а составляет примерно 13.2 * 7 + 13.8 = 106.2 В.

Поэтому все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут продолжать заряжаться, суммарное напряжение продолжит расти, а вместе с ним и напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час.

Еще 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″.

Рассмотрим 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.

Теперь 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

Для 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.

Но 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.

Максимальный 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).

Если 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.

Жесткого 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.

Соблюдение 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.

Вернемся 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.

Но 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.

Соединенные 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.

Следовательно, 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.

Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

66008 Опубликовано 26 апреля 2017

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт.

В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений.

Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока.

Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В.

Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами.

Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически.

Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего.

Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников.

Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры.

Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя.

Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

• Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:
• Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

• электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
• рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
• эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
• сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

Последовательная и параллельная конфигурация соединения аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 10.04.

2016 14:30
Abramova Olesya

Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов — каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы.

Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока — суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений.

Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч.

Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского — 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению.

Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы.

Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро.

При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы.

Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

1. Области применения одиночных элементов питания

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста.

Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше.

Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента.

Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

2. Последовательное соединение

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно.

Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В.

(BU-303: Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента.

Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать.

Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В.

Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”).

Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля.

Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В.

Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях.

Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его.

Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе.

Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс.

Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов.

И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами.

(Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым.

Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее.

Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента — его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные анализаторы электрических батарей.

3. Параллельное соединение

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов.

Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel).

Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя.

Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания — автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре.

С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

4. Последовательно-параллельное соединение

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы.

Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт.

Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента — для соответствия значений напряжения и силы тока.

Такой мониторинг реализуется аппаратно — путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов.

Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

• Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.
• Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.
• Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.
• Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.
• Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.
• Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки — отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).
• Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

• Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.
• Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.
• Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла.

Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно. Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места.

Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.

Проверим:

200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е.

в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В.

Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему.

Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы.

Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор.

Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают.

Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

Схемы подключения аккумуляторов

У любого аккумулятора выделяют следующие основные характеристики:

• Номинальное напряжение (В ― Вольт)
• Емкость (Ач – Ампер*час)
• Максимальное количество запасенной энергии = Номинальное напряжение умноженное на Емкость (кВт*ч – киловатт*час)

Существует три возможных варианта соединения аккумуляторов между собой – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.    В зависимости от схемы соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов может меняться Номинальное напряжение или Емкость системы, при этом максимальное количество запасенной энергии всех аккумуляторов останется неизменным.

Рассмотрим каждый из возможных вариантов соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов:

1)  Последовательное соединение аккумуляторов

• При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее.
• В случае такого соединения Емкость системы остается неизменной, но напряжение системы является суммой всех соединенных последовательно аккумуляторов.
• Например:

Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 200Ач*48В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для поднятия напряжения системы.

2) Параллельное соединение аккумуляторов

При таком соединении плюсовые клеммы аккумуляторов поочередно соединяются между собой. Минусовые клеммы также соединяются поочередно между собой.

В случае такого соединения напряжение системы остается неизменным, при этом емкость Банка Аккумуляторов является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Например:

Имеем те же 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 800Ач*12В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

 Такая схема включения используется для увеличения емкости (тока заряда) системы.

3) Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

1. Такое соединение является самым востребованным при сборке Банков Аккумуляторов для различных целей.
2. При таком соединении цепочки последовательно соединенных аккумуляторов соединяются параллельно.
3. Например:

Снова обратимся к нашим 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В.

Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 400Ач*24В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Примечание: обратите внимание, что максимальное количество запасенной энергии ― не зависит от схемы соединения аккумуляторов! 

Различные схемы подключения аккумуляторов нужны для оптимизации работы комплекса оборудования используемого вместе с аккумуляторами. Выбирая различные схемы соединения, мы устанавливаем необходимые токи и напряжения для всей системы.

Источник: oporasolar.ru

Эта статья прочитана 12146 раз(а)!

Продолжить чтение

Схемы соединения аккумуляторных батарей.. Статьи компании «ООО «Энерджи ГМБХ»

Схемы соединения аккумуляторных батарей АКБ.

Принятые обозначения:

·         V – напряжение, В

·         C – ёмкость, А/ч

Ёмкость аккумулятора — это тот промежуток времени аккумулятор АКБ сможет обеспечивать питание подключенной к нему нагрузки. Ёмкость аккумулятора измеряют в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов – в миллиампер-часах.

1.     Последовательное соединение АКБ.

Для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого  аккумулятора АКБ, используя перемычку. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора АКБ и т. д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы (см. рис. 1).

Рис. 1 Электрическая схема последовательного соединения аккумуляторов.

Рис. 2 Последовательно соединенные аккумуляторы.

                                                          

Рис. 3 Последовательно соединенные аккумуляторы двойной перемычкой.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет 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 (см. рис. 4).

Эквивалентное внутреннее сопротивление последовательно соединенных аккумуляторов равно сумме их внутренних сопротивлений.

Рис. 4 Последовательное соединение 4-х аккумуляторных батарей.

В рассматриваемом примере (рис. 4) четыре аккумуляторных батареи V=12 В, С=100 А/ч при последовательном соединении дают:

·         общее напряжение V_Σ = 48 В

·         общая ёмкость C_Σ = 100 А/ч.

2.     Параллельное соединение АКБ.

При параллельном соединении, 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″) (см. рис. 5).

Рис. 5 Электрическая схема параллельного соединения аккумуляторов

Рис. 6 Параллельно соединенные аккумуляторы.

Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея АКБ имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а ёмкость такой аккумуляторной батареи равна сумме ёмкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые ёмкости, то емкость аккумуляторной батареи равна ёмкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

В примере (рис. 6) две аккумуляторных батареи V=12 В, С=100 А/ч при параллельном соединении дают:

•             общее напряжение V_Σ = 12 В

•             общая ёмкость C_Σ = 200 А/ч.

3.     Последовательно-параллельное соединение АКБ.

Очень часто возникают ситуации, когда необходимо увеличивать и ёмкость и напряжение. В таком случае используют последовательно-параллельные соединения АКБ.

Рис. 7 Пример последовательно-параллельного соединения АКБ

В рассматриваемом примере (рис. 7) восемь аккумуляторных батарей V=12 В, С=100 А/ч по четыре АКБ соединены последовательно в Цепь А и Цепь В, а Цепь А и Цепь В соединены параллельно, соответственно при такой схеме:

·         общее напряжение V_Σ = 48 В

·         общая ёмкость C_Σ = 200 А/ч.

 

Наши специалисты изготавливают перемычки, соединительные провода для аккумуляторов АКБ.

 

Схема контроллера аккумулятора мобильного телефона

3 801

Итак, из чего состоит этот контроллер?  Возьмем к примеру аккумулятор из телефона NOKIA BL-6Q.

Вот как выглядит плата контроллера заряда мобильного телефона:

А такой вид у принципиальной электрической схемы:

Фотография и электрическая схема внутреннего контроллера заряда батареи NOKIA
Давайте разберемся как это работает. Аккумулятор подключается к двум контактным площадкам, расположенным по бокам контроллера (B- и B+). На печатной плате расположены две микросхемы — TPCS8210 и HY2110CB.

Задачей контроллера является поддержание напряжения на аккумуляторной батарее в пределах 4,3 — 2,4 вольт для ее защиты от перезаряда и переразряда. В режиме нормального разряда (или заряда) микросхема HY2110CB выдает на выводы OD и OS напряжение высокого уровня, которое немного меньше напряжения на батарее.

Это напряжение держит постоянно открытыми полевые транзисторы микросхемы TPCS8210, через которые батарея подсоединяется к нагрузке (Вашему устройству).

При разряде аккумулятора, как только напряжение на аккумуляторе станет меньше 2,4 вольта, сработает детектор минимального напряжения аккумулятора микросхемы HY2110CB и на выход OD перестанет поступать напряжение. Верхний (по схеме) транзистор микросхемы TPCS8210 закроется и таким образом батарея отключится от нагрузки.

При зарядке аккумулятора, как только напряжение на аккумуляторе достигнет 4,3 вольта, сработает детектор перезаряда микросхемы HY2110CB и на выход OС перестанет выдаваться напряжение. Нижний (по схеме) транзистор микросхемы TPCS8210 закроется и батарея также отключится от нагрузки.

Альтернативный способ замены:
Замена батареи NOKIA на батарею другой модели.
Как видно из схемы ни у одной из микросхем нет никакого вывода для передачи информации о состоянии батареи в Ваше устройство. Выход контроллера «К» просто подсоединен через резистор определенного номинала к отрицательному выводу батареи. Следовательно никакой «секретной» информации от контроллера батареи не поступает. В некоторых моделях контроллеров вместо постоянного резистора устанавливают терморезистор для контроля температуры батареи.

По номиналу этого резистора Ваше устройство может определить тип аккумулятора, или выключиться при несоответствии этого номинала нужным значениям.

Значит для замены такого аккумулятора на аккумулятор другого производителя не обязательно менять контроллер заряда, достаточно просто замерить резистор, стоящий между выводами «-» и «К» и подключить вывод «К» устройства к минусу батареи через внешний резистор того же номинала.

Альтернативный способ замены батареи электронной книги на батарею другой модели
Рассмотрим, на примере электронной книги LBOOK V5, как наиболее точно сделать аналог батареи с использованием знаний об устройстве контроллера заряда. Все работы проводим в следующей последовательности:

• Находим аккумулятор от сотового телефона, ближайший к родному по габаритам и емкости. В нашем случае это NOKIA BL-4U. (Справа на рисунке)
• Откусываем провод от родного аккумулятора с таким расчетом, чтобы оставшейся части на разъеме хватило для припайки нового аккумулятора, а оставшейся части на старой батарее хватило для зачистки проводников и измерения тестером.
• Берем любой цифровой тестер и устанавливаем на нем режим измерения сопротивления, предел измерения — 200 Ком. Подключаем его к отрицательному выводу и выводу контроллера родной батареи. Измеряем сопротивление.
• Отключаем прибор. Ищем ближайший по номиналу резистор. В нашем случае — это 62 Ком.
• Припаиваем резистор между отрицательным выводом новой батареи и проводом выхода контроллера на разъеме. (Желтый провод на рисунке).
• Припаиваем выводы разъема «+» и «-» соответственно к плюсовому и минусовому выводу новой батареи. (Красный и черный провода на рисунке).

схема для сборки своими руками > Флэтора

Прикладные основы правил электрической безопасности

Опасности поражения электрическим током. Сопротивление тела и сила тока. Характеристика путей прохождения тока. Определение понятия заземления. Правила техники электробезопасности в промышленности и в быту….

10 02 2021 13:26:38

Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектора

Определение металлоискателя. Металлоискатель: принцип работы прибора. Комплектующие изделия и их назначение. Электронный чувствительный контур, управляющий узел. Типы металлоискателей и различия в принципе действия. Ручная и автоматическая настройка металлодетекторов….

04 02 2021 0:27:37

Характеристики аккумуляторной батареи 18650

Устройство и параметры А К Б-18650. Защитная электронная плата аккумуляторной батареи 18650. Аккумулятор А К Б18650: выбор производителей лучшей батарейки. Механическая защита, емкость и токоотдача аккумулятора. …

02 02 2021 5:18:22

Счетчик электроэнергии электрический: срок эксплуатации

Как часто требуется замена электрического счетчика: нормативы и межповерочный интервал. Виды счетчиков электроэнергии. Какими параметрами обладают электросчетчики. Преимущества двухтарифных и трехтарифных моделей….

18 01 2021 3:32:51

Индукционный паяльник своими руками

Что такое индукционная пайка. Принцип работы индукционной паяльной станции. Принцип работы нагревательного элемента. Изготовление индукционного паяльника своими руками в домашних условиях. Выбор материала для изготовления жала индукционной паяльной станции….

13 01 2021 14:13:48

Контурные токи: калькулятор расчета, примеры применения метода

Определение и суть метода контурных токов. Контурные токи: особенности метода. Разновидности контурного представления. Пример расчета сложных цепей. Преимущества М К Т. Использование планарных графов и метод выделения максимального дерева. …

09 01 2021 18:14:36

Все о магнитных пускателях или контакторах серии ПМЛ

История создания и назначение магнитного пускателя П М Л. Конструкция прибора и расшифровка цифробуквенного обозначения контакторов. Монтаж пускателей: крепление на DIN-рейке или крепление болтами. Подключение пускателя- П М Л….

05 01 2021 19:26:20

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема Yota своими руками

В каких случаях необходимо усиление сигнала для LTE модемов Yota. Виды внешних антенн для роутеров Yota и преимущества их использования. Самодельная антенна для Yota: из банки из алюминия, антенна Харченко и спутниковая антенна….

14 12 2020 20:40:45

Как использовать нагрузочную вилку для проверки аккумулятора

Зачем проверять А К Б. Что проверить перед оценкой состояния аккумулятора. Что такое нагрузочная вилка: особенности применения. Порядок проверки аккумулятора с помощью нагрузочной вилки. Параметры (таблица) для оценки годности батареи. …

09 12 2020 2:13:14

Как паять алюминий в домашних условиях: флюс и припой для пайки

Сложности пайки и лужения алюминия в домашних условиях из-за характерного металлического налета. Виды высокотемпературного припоя и флюсовая компонента для спаивания алюминиевой проводки. Пайка алюминиевых соединений газовой горелкой….

06 12 2020 17:36:39

Диммер для паяльника своими руками

Все кто занимается радиоэлектроникой, сталкивались с перегревом паяльника. Это может быть недорогой недавно купленный паяльник, который вышел из строя….

21 10 2020 10:39:18

Физическая формула расчета эквивалентного сопротивления в цепи

Определение эквивалентного сопротивления. Разница в методике определения эквивалентного сопротивления в цепях с последовательным и параллельным соединением элементов. Расчёт при смешанном соединении устройств. Физические формулы, примеры вычислений….

15 10 2020 16:37:53

Самонесущий изолированный силовой электрокабель

Что такое провод С И П: характеристика самонесущего изолированного провода, конструкция и состав. Преимущества С И П-кабеля. Виды кабелей С И П, правила монтажа самонесущих изолированных проводов….

12 10 2020 6:57:42

Как проверить аккумулятор прибором мультиметр (вольтметр)

Необходимые параметры для проверки А К Б мультиметром. Измерение напряжения и емкости аккумуляторной батареи. Последовательность действий для определения внутреннего сопротивления аккумулятора. Проверка тока утечки с помощью мультиметра….

08 10 2020 19:46:22

Схема измерителя заряда автомобильной аккумуляторной батареи

Автомобильные аккумуляторные батареи нередко заряжают устройствами, не имеющими стабилизатора тока. Предлагаемое в этой статье устройство позволяет и в этом случае объективно определить момент окончания зарядки батареи. Более того, оно выполнит это при произвольных форме и среднем значении зарядного тока.

Окончание зарядки аккумулятора стабильным током обычно определяют по истечению известного временного отрезка (так называемая зарядка по времени). Однако в действительности зарядный ток изменяется из-за действия различных дестабилизирующих факторов. Поскольку внутреннее сопротивление аккумуляторов очень мало, даже небольшое изменение зарядного напряжения способно вызвать значительное изменение тока.

С другой стороны, введение в зарядное устройство стабилизатора тока значительно усложняет конструкцию аппарата и снижает коэффициент полезного действия. Так или иначе, автомобильные зарядные устройства промышленного изготовления, как правило, не обеспечивают стабилизации зарядного тока.

Известно, что для полной зарядки аккумулятора ему необходимо сообщить определенный электрический заряд (количество электричества), равный произведению времени зарядки на средний ток. Иными словами, момент окончания зарядки можно определять значением сообщенного аккумулятору заряда. При этом изменения тока в процессе зарядки не повлияют на заряд, а лишь приведут к увеличению или уменьшению времени зарядки.

Необходимость измерения заряда возникает и в других случаях. Например, при проведении тренировочной зарядки аккумулятора всегда требуется узнать емкость, которая будет им отдана при разрядке до минимально допустимого напряжения. При выполнении различных электрохимических процессов (например, гальванопластики) также бывает полезно измерить количество электричества, прошедшего через раствор.

Принципиальная схема

Для измерения заряда, пропущенного через измерительную цепь, в условиях нестабильного тока было разработано описываемое ниже устройство. Его принципиальная схема показана на рис.

1. Основа устройства — преобразователь напряжения в частоту, выполненный на микросхеме DA1. Напряжение на его вход, пропорциональное току зарядки, поступает с токоизмерительных резисторов R1, R2 (либо с одного, либо с обоих, в зависимости от выбранного тумблером SA1 предела измерения).

Поскольку функция преобразования линейна, частота на выходе микросхемы DA1 прямо пропорциональна току зарядки. Работа интегрального преобразователя КР1008ПП1 подробно описана в литературе [1, 2], поэтому здесь опущена.

Рис. 1. Принципиальная схема измерителя заряда аккумуляторной батареи.

Выходное импульсное напряжение преобразователя поступает на вход делителя частоты DD1. Частоту входных импульсов он уменьшает в 32768-60 = 1 966 080 раз. Коэффициент преобразования и коэффициент деления частоты выбраны такими, что при напряжении на входе преобразователя 1 В импульсы на выходе счетчика следуют с интервалом в 0,1 ч (или в 360 с).

Иначе говоря, один импульс на выходе счетчика соответствует прошедшему через измерительную цепь электрическому заряду 0,1 А-ч, когда контакты тумблера SA1 разомкнуты, или 1 А-ч, когда замкнуты.

Несложный расчет позволяет определить требуемый коэффициент преобразования 1966080/360=5461 Гц/В. Поскольку эта частота значительно (более чем в 50 раз) превышает 100 Гц, погрешность преобразования при измерении заряда, переносимого пульсирующим (после двуполупериодного выпрямления) током должна быть незначительной, что и было подтверждено экспериментально.

Двуразрядный двоично-десятичный счетчик импульсов, выполненный на двух счетчиках по модулю 10 DD2, DD3 с цифровыми индикаторами HG1, HG2, подсчитывает число ампер-часов или их десятых долей. Децимальная точка индикатора HG1 включена в режиме “10 А-ч”, децимальная точка индикатора HG2 мигает при протекании зарядного тока в цепи нагрузки и тем чаще, чем больше ток.

Для установки момента отключения источника зарядного тока после протекания заданного заряда в устройстве предусмотрен установочный блок, состоящий из двух десятичных счетчиков-дешифраторов DD4, DD5, переключателей SA3, SA4 и логического узла на элементах DD6 1, DD6.2.

Изменение состояния счетчиков DD2 DD5 происходит по спаду вход ных импульсов, а установка в исходное состояние — подачей напряжения высокого уровня на вход R.

В режиме измерения заряда переключателями SA3 и SA4 устанавливают требуемое значение заряда, тумблером SA1 выбирают емкость счетчика “10 А-ч» или “100 А-ч” (цена деления младшего разряда счетчика 0,1 или 1 А-ч соответственно). Вход прибора включают в разрыв цепи нагрузки в со ответствии со схемой, представленной на рис 2, а. подают на прибор напряжение сети и замыкают контакты тумблера SA2 “Пуск».

На этом рисунке показана функциональная схема установки для измерения количества электричества, сообщаемого заряжаемой аккумуляторной батарее GB1 По такой же схеме собирают установку для проведения электрохимического процесса.

Через некоторое время на тех выходах счетчиков DD4, DD5, которые окажутся соединенными с подвижным контактом переключателей SA3, SA4, появится напряжение высокого уровня Этот же уровень возникнет на выходе элемента DD6.2.

В результате, во-первых, начнет работать генератор, выполненный на элементах DD6 3, DD6.4, вырабатывающий импульсную последовательность частотой около 2 кГц, а звуковой излучатель BF1 подаст сигнал, указывающий на то, что через заряжаемую батарею протекло заданное количество электричества.

Во-вторых, откроется транзистор VТ1 и сработает электромагнитное реле К1, контакты К1. 1 которого, разомкнувшись, обесточат нагрузку В таком со стоянии установка будет находиться до тех пор пока ее не отключат от сети.

Измеритель заряда питается от дву полярного стабилизатора напряжения 2>9 В, выполненного на микросхемах DA2, DA3. Понижающий сетевой транс форматор Т1 унифицированный из серии ТПП. Конденсаторы С6-С10 защищающие микросхемы устройства от помех, устанавливают по одному около каждой из микросхем DD1-DD5.

При напряжении 1 В на входе преобразователя напряжение-частота децимальная точка индикатора HG2 включается с периодом примерно 3 с, индицируя протекание тока через цепь нагрузки Чем больше этот ток, тем чаще включение точки.

Нити катода люминесцентных индикаторов HG1 и HG2 питаются от минусового плеча стабилизатора Это сделано для увеличения разности напряжения между анодами-элементами и катодом индикатора, что дает возможность увеличить яркость свечения табло.

Люминесцентные индикаторы в измерителе питаются пониженным напряжением (паспортное напряжение 20 . 30 В), поэтому их аноды-элементы подключены к выходам счетчиков К176ИЕ4 непосредственно, без дополнительных транзисторов.

Вместо ИВ-ЗА подойдут индикаторы ИВ-6, однако они крупнее и потребляют больший ток накала катода поэтому потребуется подобрать резисторы R7, R8 Транзистор VТ1 — любой кремниевый маломощный структуры п-р-п (например, из серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ3117). Диодные мосты VD1, VD2 — любые из серий КЦ402-КЦ405; диод VD3 — также любой из серий КД503, КД509 КД510 КД513, КД521, КД522.

Конденсаторы С4, С11 — оксидные, К50-16 или К50-35 С3 — керамический (КМ-4 КМ-5, К10-7В К10-47) или слюдяной, причем он должен иметь небольшой ТКЕ (МП0) поскольку от этого зависит стабильность коэффициента преобразования остальные — любых типов, Резистор R1 состоит из двух параллельно соединенных С5-16В номиналом 0,2 Ом и мощностью 5 Вт.

Его можно изготовить самостоятельно из отрезка толстого провода высокого сопротивления. Подстроечный резистор R4 — многооборотный СП5 2, остальные — МЯТ, С2-23, С2-33, причем R2 составлен из двух резисторов, соединенных параллельно (например, с номиналами 1 и 10 Ом).

Рис 2. Схема по

Серия

, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей

Серия

, параллельная и последовательно-параллельная конфигурация батарей

Введение в соединения батарей

Можно подумать, какова цель последовательного, параллельного или последовательно-параллельного подключения батарей или какая конфигурация является правильной для зарядки аккумуляторов, системы аккумуляторных батарей, автономной системы или установки солнечных батарей. Ну, это зависит от требований системы i.е. для увеличения напряжения путем последовательного соединения батарей, ампер-часов батареи (поскольку батареи рассчитаны в Ач, а не в амперах) или просто тока или мощности батарей путем подключения батарей параллельно или последовательно-параллельно для поддержания системы в соответствии с вашими потребностями . Если вам нужно знать, как это сделать, прочитайте следующее пошаговое руководство по конфигурации первичных (неперезаряжаемых, например, элементы AAA) и вторичных (перезаряжаемых, например, свинцово-кислотных, никель-кадмиевых, никель-металлогидридных, литий-ионных и т. Д.) Батарей.

Мы получили несколько сбивающих с толку схем по этой теме, и они спрашивают, подключены ли батареи последовательно, параллельно или последовательно-параллельно и к какому из них они подходят ?. Итак, мы подробно обсудим последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей со схематическими диаграммами и приложениями.

А теперь приступим…

Типы подключения батарей

Есть три основных типа подключения батарей.

1. Последовательное соединение
2. Параллельное соединение
3. Последовательное параллельное соединение

Щелкните изображение, чтобы увеличить Серия

, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей

Ниже приводится подробная информация о каждом соединении.

Серия Подключение батарей

Если мы подключим положительный (+) полюс батареи к отрицательному (-), а отрицательный — к положительному полюсу, как показано на рисунке ниже, то конфигурация батарей будет последовательной.

Полезно знать:

При последовательном соединении батарей ток одинаков в каждом проводе или секции, а напряжение разное, т.е. напряжения складываются, например

В ₁ + В ₂ + В ₃ ….Vn

На рисунке ниже две батареи по 12 В, 200 Ач соединены последовательно. Таким образом, общий эффективный ампер-час (Ач) будет таким же, пока напряжение складывается.

т.е.

= 12 В + 12 В = 24 В, 200 Ач

Щелкните изображение, чтобы увеличить Серия

Подключение аккумуляторов

Когда нам нужно и как подключать аккумуляторы последовательно?

Когда вам необходимо удвоить уровень напряжения в соответствии с потребностями вашей системы, сохраняя при этом ту же емкость или номинальную емкость в ампер-часах (Ач) батарей.

Например, если у вас есть две батареи на 12 В по 200 Ач и для установки вам нужна система на 24 В. Просто подключите обе батареи последовательно, чтобы получить 24 В и одинаковую мощность в ампер-часах, то есть 200 Ач.

Имейте в виду, что при последовательном подключении батареи разряжаются медленнее, чем при параллельном подключении батарей.

Вы можете сделать это с любым количеством батарей, т.е. получить 36 В, 48 В, 72 В постоянного тока и т. Д., Подключив батареи последовательно.

Эта система используется в различных установках солнечных батарей и других приложениях.

Параллельное соединение аккумуляторов

Если мы подключим положительную клемму (+) батареи к положительной, а отрицательную (-) к отрицательной клемме. Тогда конфигурация батарей будет параллельной.

Полезно знать:

При параллельном подключении напряжение будет одинаковым на каждом проводе или участке, а ток будет другим, т.е. ток складывается.

например

I ₁ + I ₂ + I ₃ … + In

На рисунке ниже две батареи на 12 В, 200 Ач подключены параллельно. Таким образом, полное эффективное напряжение будет таким же, пока ампер-час складывается.

то есть

= 200 Ач + 200 Ач = 400 Ач, 12 В.

Нажмите, чтобы увеличить изображение

Параллельное подключение батарей

Когда нам нужно и как подключить батареи параллельно?

Когда вам нужно удвоить емкость аккумулятора или номинальную мощность в ампер-часах (Ач) в соответствии с потребностями вашей системы, сохраняя при этом тот же уровень напряжения.

Например, если у вас есть две батареи на 12 В по 200 Ач и для установки вам потребуется система 12 В.Просто подключите обе батареи параллельно, так что общая емкость батареи будет 400 Ач и будет одинаковым уровнем напряжения, то есть 12 В.

Имейте в виду, что параллельная разрядка аккумуляторов происходит быстрее, чем при последовательном подключении аккумуляторов.

Это можно сделать с любым количеством аккумуляторов, т.е. получить одинаковый уровень напряжения при одновременном увеличении емкости аккумулятора в ампер-часах при параллельном подключении аккумуляторов.

Эта система используется в различных установках солнечных батарей и других приложениях.

Последовательно-параллельное соединение батарей

Если мы соединим две пары из двух батарей последовательно, а затем соединим эти последовательно соединенные батареи параллельно, то такая конфигурация батарей будет называться последовательно-параллельным соединением батарей.

Другими словами, это последовательная или параллельная цепь, но известная как последовательно-параллельная цепь. Некоторые компоненты включены последовательно, а другие — параллельно или по сложной схеме из последовательно и параллельно соединенных устройств и батарей.

Связанное сообщение:

На рисунке ниже.

Шесть (6) аккумуляторов на 12 В, 200 Ач каждая, подключены последовательно-параллельно.

т.е.

• B ₁ и B ₂ последовательно… 12В + 12В = 24В, 200Ач… Последовательное соединение
• B ₃ и B ₄ последовательно… 12В + 12В = 24В, 200Ач… Последовательное соединение
• B ₅ и B ₆ последовательно… 12В + 12В = 24В, 200Ач… Последовательное соединение

И затем пара этих батарей соединяется параллельно i. е. два параллельных комплекта из трех батарей соединены последовательно.

т.е.

Установить 1 = B ₁ , B ₃ , B ₅ = Серия

Установить 2 = B ₂ , B ₄ , B ₆ = Серия

И затем ,

Набор 1 и Набор 2 = Параллельно.

Таким образом, эффективное напряжение и ампер-час будут

Ампер-час (Ач) = 200 Ач + 200 Ач + 200 Ач = 600 Ач

Напряжения = 12 В + 12 В = 24 В. (Параллельное соединение)

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Последовательное параллельное соединение батарей

Калькуляторы, связанные с батареями:

Когда нам нужно и как соединить батареи последовательно-параллельно?

Когда вам необходимо удвоить емкость аккумулятора или номинальное значение ампер-часов (Ач), а также напряжение аккумуляторов в соответствии с потребностями вашей системы.

Например, если у вас шесть аккумуляторов на 12 В, 200 Ач в час, и вам потребуется емкость 600 Ач и система на 24 В. для установки. Теперь у вас есть два набора из трех батарей, просто подключите два набора из трех аккумуляторов последовательно, а затем подключите два набора параллельно (как показано на рисунке выше), при этом общая емкость аккумулятора будет 600 Ач, а уровень напряжения — 24 В.

Это можно сделать с любым количеством аккумуляторов, т.е. получить разный уровень напряжения, а также увеличить емкость аккумулятора в ампер-часах при последовательно-параллельном соединении аккумуляторов.

Эта система используется в различных установках солнечных батарей и других приложениях.

Сравнение последовательного, параллельного и последовательно-параллельного подключения

В приведенной ниже таблице показаны основные различия между последовательным и параллельным подключением.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Сравнение последовательного, параллельного и последовательно-параллельного подключения

Общие меры предосторожности и инструкции по подключению и установке батарей

Предупреждение и инструкции:

• Никогда не замыкайте и не касайтесь положительного (+ ) клемма батареи с отрицательной (-) клеммой батареи, чтобы избежать короткого замыкания, повреждения, травмы, взрыва или пожара.
• Всегда подключайте аккумулятор того же уровня напряжения и емкости, чтобы избежать проблем с зарядкой и сокращения срока службы аккумулятора.
• Не путайте (это может быть опасно) со сложной разводкой и подключением батарей последовательно-параллельно. Всегда делайте правильные расчеты и делайте схемы и схемы соединений батарейных блоков, прежде чем применять их на практике, чтобы быть в безопасности.
• Особое внимание следует уделять полярности при зарядке аккумуляторных батарей, чтобы избежать короткого замыкания и возникновения опасных ситуаций.
• Когда аккумулятор полностью зарядится, снимите зарядное устройство, чтобы избежать перегрева (в случае неавтоматического зарядного устройства или контроллера заряда).
• Всегда заряжайте аккумулятор при комнатной температуре.
• Не пытайтесь заряжать первичные элементы. т.е. не заряжайте неперезаряжаемые батареи.
• Отсоедините аккумулятор от подключенной нагрузки, если он больше не используется, чтобы избежать коррозии и утечки.
• Отключите источник заряда аккумулятора и нагрузку перед подключением или отключением клемм.

Сопутствующие батареи Инструкции по подключению и подключению:

Как работают батареи?

Как работают батарейки?

Как работают батарейки?

Электричество, как вы, наверное, уже знаете, это поток электронов через проводящий путь, как провод. Этот путь называется схемой .

Батареи состоят из трех частей: анода (-), катода (+), и электролит .Катод и анод (положительный и отрицательный стороны на обоих концах традиционной батареи) подключены к электрическому схема.

Химические реакции в батарее вызывают накопление электронов на аноде. Это приводит к электрической разнице между анодом и катод. Вы можете думать об этой разнице как о нестабильном накоплении электроны. Электроны хотят перестроиться, чтобы избавиться от этой разницы. Но они делают это определенным образом. Электроны отталкиваются друг от друга и пытаются уйти в место с меньшим количеством электронов.

В батарее единственное место, куда можно подойти — это катод. Но электролит не дает электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи. Когда цепь замкнута (провод соединяет катод и анод) электроны смогут попасть на катод. На картинке выше электроны проходят по проводу, зажигая лампочку вдоль путь.Это один из способов описания того, как электрический потенциал вызывает появление электронов. протекать через контур.

Однако эти электрохимические процессы изменяют химические вещества. в аноде и катоде, чтобы они перестали подавать электроны. Итак, есть ограниченное количество энергии, доступной в батарее.

Когда вы заряжаете батарею, вы меняете направление потока электронов с помощью другого источника энергии, например солнечных батарей.В электрохимические процессы происходят в обратном порядке, и анод и катод восстанавливаются в исходное состояние и снова может обеспечить полную мощность.

---

Что есть батареи?
Что это энергия?

Что такое схема?
Что такое электрон?
Что такое поток электронов?
Что такое DS1 срок службы батареи?
Что значит электрически заряженный?
Как атомы заряжены?

Где энергия приходит и уходит?

---

Условные обозначения и электрические схемы

До сих пор в этом разделе учебного курса «Класс физики» основное внимание уделялось ключевым компонентам электрической цепи и концепциям разности электрических потенциалов, тока и сопротивления.Концептуальное значение терминов было введено и применено к простым схемам. Обсуждаются математические отношения между электрическими величинами и моделируется их использование при решении задач. Урок 4 будет посвящен способам, с помощью которых два или более электрических устройства могут быть соединены в электрическую цепь. Наше обсуждение продвинется от простых схем к умеренно сложным схемам. К этим сложным схемам будут применены прежние принципы разности электрических потенциалов, тока и сопротивления, и для их анализа будут использоваться те же математические формулы.

Электрические цепи, простые или сложные, можно описать разными способами. Электрическая цепь обычно описывается простыми словами. Сказать что-то вроде «Лампочка подключена к D-ячейке» — это достаточно слов, чтобы описать простую схему. Во многих случаях в Уроках с 1 по 3 для описания простых схем использовались слова. Услышав (или прочитав) слова, человек привыкает быстро представлять схему в своем уме. Но еще один способ описания схемы — просто нарисовать ее.Такие рисунки дают более быстрое представление о реальной цепи. Схемы, подобные приведенному ниже, много раз использовались в уроках с 1 по 3.

Описание цепей словами «Цепь состоит из электрической лампочки и 1,5-вольтового D-элемента».

Описание схем с помощью чертежей

Последним средством описания электрической цепи является использование условных обозначений цепи для получения принципиальной схемы цепи и ее компонентов.Некоторые символы цепей, используемые в принципиальных схемах, показаны ниже.

Одиночный элемент или другой источник питания представлен длинной и короткой параллельной линией. Набор ячеек или батареи представлен набором длинных и коротких параллельных линий. В обоих случаях длинная линия представляет положительный вывод источника энергии, а короткая линия представляет отрицательный вывод. Прямая линия используется для обозначения соединительного провода между любыми двумя компонентами схемы.Электрическое устройство, которое оказывает сопротивление потоку заряда, обычно называют резистором и представлено зигзагообразной линией. Открытый переключатель обычно представлен разрывом по прямой линии, когда поднимает часть линии вверх по диагонали. Эти символы цепей будут часто использоваться в оставшейся части Урока 4, поскольку электрические цепи представлены схематическими диаграммами. Важно либо запомнить эти символы, либо часто обращаться к этому короткому списку, пока вы не привыкнете к их использованию.

В качестве иллюстрации использования электрических символов в принципиальных схемах рассмотрим следующие два примера.

Пример 1:

Описание со словами: Три D-элемента помещаются в аккумуляторную батарею для питания цепи, содержащей три лампочки.

Используя словесное описание, можно получить мысленную картину описываемого контура. Это словесное описание затем может быть представлено изображением трех ячеек и трех лампочек, соединенных проводами.Наконец, символы схемы, представленные выше, могут использоваться для обозначения той же схемы. Обратите внимание, что три набора длинных и коротких параллельных линий были использованы для представления аккумуляторной батареи с ее тремя D-ячейками. Обратите внимание, что каждая лампочка обозначена отдельным символом резистора. Прямые линии были использованы для соединения двух клемм батареи с резисторами и резисторов друг с другом.

Приведенные выше схемы предполагают, что три лампочки были соединены таким образом, что заряд, протекающий по цепи, проходил через каждую из трех лампочек последовательно.Путь положительного испытательного заряда, покидающего положительный полюс батареи и проходящего через внешнюю цепь, будет включать прохождение через каждую из трех подключенных лампочек перед возвращением к отрицательной клемме батареи. Но разве это единственный способ подключения трех лампочек? Должны ли они быть подключены последовательно, как показано выше? Точно нет! Фактически, приведенный ниже пример 2 содержит то же словесное описание, при этом рисунок и схематические представления нарисованы по-разному.

Пример 2:

Описание со словами: Три D-элемента помещаются в аккумуляторную батарею для питания цепи, содержащей три лампочки.

Используя словесное описание, можно получить мысленную картину описываемого контура. Но на этот раз соединения лампочек выполняются таким образом, чтобы в цепи была точка, в которой провода отходили друг от друга.Место разветвления упоминается как узел . Каждая лампочка помещается в отдельную ветвь. Эти ответвления в конечном итоге соединяются друг с другом, образуя второй узел. Одиночный провод используется для соединения этого второго узла с отрицательной клеммой аккумулятора.

Эти два примера иллюстрируют два распространенных типа соединений в электрических цепях. Когда в цепи присутствуют два или более резистора, они могут быть подключены последовательно или параллельно .Оставшаяся часть Урока 4 будет посвящена изучению этих двух типов соединений и их влияния на электрические величины, такие как ток, сопротивление и электрический потенциал. В следующей части Урока 4 будет представлено различие между последовательным и параллельным подключением.

Проверьте свое понимание

1. Используйте символы цепей для построения принципиальных схем для следующих цепей:

а.Одиночный элемент, лампочка и выключатель объединены в цепь, так что выключатель можно открывать и закрывать, чтобы включить лампочку.

г. Блок из трех D-элементов помещается в цепь для питания лампы фонарика.

г.

г.

2. Используйте концепцию обычного тока, чтобы нарисовать непрерывную линию на схематической диаграмме справа, которая указывает направление обычного тока. Поместите стрелку на непрерывную линию.

Электропроводка аккумуляторной батареи — передовые решения для турбин и электропитания

Электроэнергия, вырабатываемая солнечными и ветряными турбинами, должна храниться, и чем больше мощность солнечно-ветровой системы, тем больше должна быть емкость батареи. Самые большие аккумуляторы глубокого разряда, доступные на рынке сегодня, имеют емкость 250-300 Ач, и этого может быть недостаточно для вашей системы. Если это так, нам нужно соединить несколько батарей вместе, чтобы создать аккумуляторный блок с большей общей емкостью. Мы также можем изменить напряжение системы с 12 В на 24 или 48 В; это может быть связано с тем, что мы хотим использовать устройства на 24 В или потому, что мы хотим уменьшить потери мощности за счет увеличения напряжения системы.

Есть несколько способов, которыми вы можете соединить вместе несколько батарей, чтобы создать батарею в соответствии с вашими требованиями.Как правило, при подключении батарей «последовательно» (т. Е. От + ve к -ve к + ve к -ve) напряжения складываются вместе, но емкость Ач остается прежней; подключение батарей «параллельно» (т.е. -ve к -ve и + ve к + ve) объединяет емкости, но оставляет неизменным напряжение.

Золотые правила с батареями

• По возможности используйте батареи того же возраста и марки, заменяя их только в том случае, если им меньше года, так как характеристики новых батарей скоро снизятся до того же уровня, что и у старых.
• Кабели аккумулятора должны быть одинаковой длины, одинакового размера и как можно более прямыми.
• Всегда подключайте нагрузки и источники заряда к положительным и отрицательным клеммам на противоположных концах батарейного блока, в противном случае первая батарея сделает всю работу, и блок выйдет из строя и быстро выйдет из строя.
• Максимальное количество аккумуляторов, подключенных параллельно, — шесть, иначе банк не сможет правильно сбалансировать и, опять же, скоро выйдет из строя.

Подключение параллельного блока батарей:

Батарейный блок, подключенный последовательно:

Комбинированное последовательное / параллельное подключение батарей:

Leading Edge предлагает широкий ассортимент солнечных панелей 12 В постоянного тока , подходящих для аккумуляторных батарей 12 В, 24 В и 48 В.Выбирайте из монокристаллических стеклянных модулей профессионального уровня со сверхвысокими эффективными элементами SunPower для различных промышленных / коммерческих применений и морских солнечных панелей от Solara, которые можно ходить пешком.

Включив ветряную турбину, вы можете генерировать еще больше энергии круглосуточно, а не только когда светит солнце. Взгляните на наш ассортимент автономных ветряных турбин , произведенных здесь, в Великобритании, выберите ту, которая соответствует вашим требованиям к мощности, или , свяжитесь с нами для получения совета от одного из наших автономных специалистов.

Батарейки для начинающих в электронике

Создано: 30 июля 2012 г.

В руководствах для начинающих на этом веб-сайте мы используем батарею на девять вольт (9 В) с макетными схемами.

Можно использовать одну батарею на 9 В или держатель, содержащий шесть ячеек по 1,5 В. Для любой из этих батарей требуется зажим (соединитель), который имеет два провода для подключения батареи к цепи.

На этой фотографии показаны батарейный зажим и две разные батареи 9 В:

Красный провод зажима аккумулятора — это положительный провод, а черный провод — отрицательный.

Символ батареи

Обозначение батареи, показанное ниже, используется для обозначения батареи на принципиальных схемах.

Длинная вертикальная линия символа батареи представляет собой положительный полюс батареи и обычно отмечена знаком плюса (+).

Полярность батареи

Убедитесь, что аккумулятор правильно подключен в цепь. Это означает, что положительный полюс батареи должен быть подключен к той части цепи, которая отмечена на принципиальной схеме как положительная.Он будет отмечен либо символом батареи, либо текстом — например, + 9В

Отрицательный полюс батареи должен быть подключен к той части цепи, которая отмечена отрицательным знаком либо символом батареи, либо 0 В или GND.

При использовании держателя батареи для сборки батарейного блока из элементов 1,5 В обязательно соблюдайте полярность, указанную на держателе батареи. Это означает, что вы должны вставить элементы в держатель батарейки, как показано на пластиковом держателе батарейки:

Зажим аккумулятора соединяется с двумя выводами аккумулятора — он может двигаться только в одном направлении.

Зажим аккумулятора вставлен в аккумулятор:

Советы и подсказки

Не снимайте зажим аккумулятора, когда он не используется, чтобы провода не соприкасались друг с другом и не закорачивали аккумулятор.

Будьте осторожны, кладите аккумулятор в контейнер, содержащий любые токопроводящие предметы, так как они могут замкнуть клеммы аккумулятора вместе.

Купить аккумуляторные батареи и зарядное устройство.

Если на концах двух выводов батареи нет оголенного провода, используйте кусачки, чтобы удалить часть изоляции, чтобы батарею можно было подключить к макетной плате.На видео ниже показано, как это сделать.

При использовании боковых резаков для снятия изоляции не прикладывайте слишком сильное давление на боковые ножи, чтобы в конечном итоге вы перерезали медные проводники. Сначала потренируйтесь на каком-нибудь старом проводе, чтобы не сделать выводы зажима аккумулятора слишком короткими, если вы прорежете слишком много раз. Приложите достаточно давления, чтобы прорезать часть изоляции, а затем удерживайте давление, когда будете снимать пластик.

Как подключить лодку | Руководство для начинающих с диаграммами

4.Получить источник к штурвалу лодки

Следующим шагом будет подвести питание от домашней батареи к панели переключателей, где мы можем использовать его для каких-то целей. Два проводника — положительный от переключателя аккумуляторной батареи (с предохранителем) и отрицательный от соединенных вместе отрицательных элементов аккумуляторной батареи — должны быть подведены к центральной панели переключателя. Для этого следует использовать первичный провод морского класса.

Иногда это длинная проводка на лодке. Кроме того, эти два проводника будут нести ток всех ваших электрических нагрузок вместе взятых, поэтому обычно это довольно толстые кабели.Даже для небольшой лодки (3-5 нагрузок) мы рекомендуем для этого провод не менее 12AWG. 10AWG для больших лодок (5-10 нагрузок) нормально. 8AWG в большинстве случаев приближается к перегрузке для лодок до 30 футов.

Помните, что это все общие сведения, есть много веских причин для исключения

Имейте в виду, что чем длиннее ваша проводка от батареи до панели переключателя, тем больше будет падение напряжения (подробнее о падении напряжения). Предотвратите падение напряжения, используя кабель большего диаметра.

Силовые кабели будут подведены к заказной морской панели переключателей New Wire Marine и луженой морской отрицательной шине. Большинство наших коммутационных панелей включает водонепроницаемые перезагружаемые автоматические выключатели со всеми предварительно сделанными соединениями, чтобы заставить их работать, как это показано здесь.

Обратите внимание: если вы не заказываете автоматические выключатели в панели переключателей на лодке, вам необходимо вставить блок предохранителей перед панелью, а затем отдельные проводники от каждого предохранителя к каждой панели (мы действительно рекомендуем включать автоматические выключатели в панель, если у вас есть пространство, это действительно упростит вашу жизнь, устанавливая и обслуживая новую настраиваемую панель переключателей).

Положительный провод основной аккумуляторной батареи подсоединяется непосредственно к новой панели переключателей. Минус основной батареи должен перейти к отрицательной шине (например, этой), где в конечном итоге будут прикреплены все негативы нагрузки вашей лодки.

Введение в проточные батареи: теория и применение

Введение в проточные батареи: теория и применение

Бхаскар Гарг

22 марта 2012 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011 г.

Мотивация

При быстром увеличении производства прерывистой источники энергии, такие как ветер и солнце, возрастает потребность в крупномасштабные системы хранения электроэнергии для более эффективного согласования спрос и предложение на эти возобновляемые источники.Также масштабная энергетика хранение может увеличить годовой коэффициент загрузки (определяемый как среднегодовое мощность, деленная на максимальную среднюю мощность за три дня) по выравниванию нагрузки. [1] Традиционно гидроаккумулятор использовался для выравнивания нагрузки на крупных предприятиях. масштабных растений, но это географически ограничено небольшим подмножеством локации.

Аккумуляторы потока

особенно привлекательны для этих приложения для выравнивания и стабилизации для электроэнергетических компаний. В кроме того, они также полезны для потребителей электроэнергии, таких как фабрики и офисные здания, требующие повышенной мощности, бесперебойное питание или резервное питание.В этом документе будут изложены основные концепция проточной батареи и обсудить ток и потенциал приложения с акцентом на химию ванадия.

Введение

Проточная батарея — это полностью перезаряжаемый электрический устройство накопления энергии, в котором жидкости, содержащие активные материалы прокачивается через ячейку, способствуя восстановлению / окислению с обеих сторон ионообменная мембрана, в результате чего возникает электрический потенциал. В аккумулятор без насыпной подачи электролита, электроактивный материал хранится внутри электродов. Однако для потока В батареях энергетическая составляющая растворяется в самом электролите. Электролит хранится во внешних резервуарах, обычно в одном соответствующем резервуаре. к отрицательному электроду и один к положительному электроду. В мы будем использовать соглашение, что отрицательный электрод является анодом и положительный электрод является катодом при разряде.

Химический процесс можно обобщить на следующие половинные реакции при разряде: [2]

Анодное отделение:	An +1 — e — → An
Катодное отделение:	Cn +1 + e — → Cn

Условие нейтральности заряда для каждого полуячейка поддерживается селективной ионообменной мембраной, разделяющей анодный и катодный отсеки.Ключевой фактор дифференциации проточные батареи состоит в том, что силовые и энергетические компоненты разделены и можно масштабировать самостоятельно. Емкость зависит от количества электролита и концентрации активных ионов, тогда как мощность в первую очередь это функция площади электродов внутри ячейки. Похожий на литий-ионные элементы, ячейки проточных аккумуляторов могут быть уложены последовательно, чтобы соответствовать требования к напряжению. Однако резервуары с электролитом остаются внешними по отношению к система.

Характеристики и оптимизация

Эффективность

Чтобы оптимизировать эффективность ячейки, мы можем рассмотреть несколько связанных эффективностей, а именно КПД по напряжению, заряд КПД, энергоэффективность и энергоэффективность: [2]

η V =

В разряд В заряд

η С =

Q разряд Q заряд

η P =

IV разряд IV заряд

η E =

E разряд E заряд

Эффективность сильно зависит от химического состава, состояние заряда и условия процесса, но типичные диапазоны КПД по напряжению 62-73%, кулоновский КПД (заряд) 80-98% и 66-75% энергоэффективности. [2]

Плотность мощности / энергии

Плотность энергии и удельная мощность — два из самых важные характеристики системы хранения энергии. Плотность энергии составляет ограничивается растворимостью ионов в растворах электролитов. Также, обратите внимание, что по мере уменьшения объема компонентов ячейки по сравнению с объем электролитов, расход АКБ приближается к своему теоретический максимум плотности энергии. Таким образом, системы с большей производительностью более эффективен в этом отношении, так как большая часть веса приходится на электролит, непосредственно накапливающий энергию.Поскольку емкость не зависит энергетического компонента, как в двигателе внутреннего сгорания и бензобак, его можно увеличить простым увеличением резервуары для хранения электролита. Батареи Flow обеспечивают независимое масштабирование характеристик мощности и мощности, поскольку химические вещества хранится вне камеры.

Мощность, которую генерирует каждая ячейка, зависит от силы тока. плотность и напряжение. Проточные батареи обычно эксплуатируются при около 50 мА / см ² , примерно как батареи без конвекция.[3] Однако нововведения в материалах электродов и мембрана может значительно уменьшить внутреннее сопротивление клетки. Использование более тонкой мембраны при сохранении ионного селективность позволила некоторым проточным ячейкам окислительно-восстановительного потенциала достичь тока плотность до 80 мА / см ² площади электродов в 50 кВт общая система выпуска. [4] Однако, как показано в Таблице 1 ниже, общая удельная мощность все еще остается низкой по сравнению со свинцово-кислотными и литий-ионными батареи, поскольку объем, занимаемый водными реагентами / продуктами намного выше.Таким образом, энергия и удельная мощность являются основными недостатками. проточных батарей и области, в которой будущие исследования потенциал для улучшения.

Батареи Плотность энергии (Вт · ч / л) Плотность мощности (Вт / л) Полисульфид брома 20-35 60 Ванадий-ванадий 20-35 60-100 Ванадий-бромный 20-35 50 Цинк-бром 20-35 40 цинк-церий 20-35 50 Свинцово-кислотный 60-80 230 Литий-ионный 150-200 275 Металлогидрид никеля 100–150 330

Таблица 1: Сравнение батарей (на основе данных из [4]). Первые пять — это проточные батареи.

Поведение при зарядке / разрядке

Flow батареи, особенно с реакциями вовлекающие только изменения валентности ионов, особенно устойчивы в своих продолжительность цикла, мощность нагрузки и скорость зарядки. Поскольку для негибридных проточных батарей нет никаких проблем, связанных с твердыми активными вещества (например, литий-ионные батареи, которые значительное снижение емкости и эффективности со временем), электролит имеет практически неограниченный срок службы и может заряжаться до на полную мощность и полностью разряжены без каких-либо побочных эффектов.В срок службы, ограниченный компонентами аккумуляторной батареи, составляет более 10 000 циклов для ванадиевой батареи. Незначительная потеря эффективности в течение всего срока службы, и он может работать в относительно широком диапазоне температур классифицировать.

Приложения

Основные преимущества проточных батарей можно объединить в комплексное ценностное предложение. Я сосредоточусь на ванадии химии, так как это имело наибольший коммерческий успех. Главный Особенности, которые различают проточные батареи: [1]

• Длительный срок службы: полупостоянный электролит в сочетании с минимальным электродом деградация позволяет проводить большое количество полных зарядов-разрядок циклов, прежде чем потребуется замена.Электроды не претерпевают физические / химические изменения, поэтому их можно оптимизировать для каталитических и электрических свойств без необходимости конструкция для хранения активных веществ. Также конвективное охлаждение электродов перекачиваемым электролитом способствует нагреву распространение и управление.

• Без потери режима ожидания: Во время длительных перерывов при использовании происходит небольшой саморазряд, так как несущий заряд электролит хранится в отдельных емкостях.

• Низкие эксплуатационные расходы: Состояние заряда каждая ячейка одинакова, так как один и тот же электролит используется для всех ячеек, поэтому перезарядка не требуется, чтобы гарантировать равномерную заряд.

• Переработка и безопасность: Отходы ванадия можно повторно использовать и перекрестно заражать положительные и отсеки отрицательных электродов не влияют на состав. Кроме того, электролиты относительно нетоксичны.

• Характеристики загрузки: Редокс-поток аккумуляторы «не подвержены колебаниям энергопотребления, повторная полная разрядка или максимальная скорость зарядки скорость разряда. «[2] Эти действия серьезно сокращают срок службы в других батареях.

• Модульность: Возможно, наиболее важным является что энергоемкость можно масштабировать независимо от мощности; характеристики ячеек, такие как площадь электродов, необязательно изменено, чтобы изменить емкость. Это позволяет использовать подземное хранилище электролита в резервуарах произвольной формы, что было продемонстрировано успешно в системе 20 кВт. [1]

Как уже говорилось, эти функции хорошо подходят для выравнивание нагрузки, защита от провалов напряжения и прерывистый возобновляемый приложения для интеграции источников. Так же заманчиво, как проточная батарея характеристики могут показаться, их всегда нужно сравнивать с альтернативными такие варианты, как свинцово-кислотные и литий-ионные батареи. Главный недоброжелатель остается низкая мощность и плотность энергии по сравнению с другими батареями технологии.Это неотъемлемая проблема проточных батарей, поскольку плотность заряда в растворе ограничена растворимостью и поэтому очень ниже, чем это возможно в наноструктурированном твердом теле. Низкая энергия и удельная плотность делает проточные батареи менее подходящими для портативных приложения, в которых вес и объем сильно ограничены.

Однако интерес к потенциальным применения электромобилей, в основном из-за возможности почти «мгновенная подзарядка» путем замены электролита на зарядной станции.А группа в Университете Саутгемптона исследовала возможность использование проточных батарей в легковых автомобилях. Их испытательный автомобиль был скромный гибридный электромобиль с максимальной скоростью 70 миль в час и запасом хода 60 км (увеличенная дальность 300 км). [4] Литий-ионный аккумулятор 72 В, 110 Ач, 300 А аккумулятор, использованный для достижения этих характеристик, весил 60 кг и занимал 96 Л. Для сравнения проточная батарея эквивалентной емкости и мощности будет 400 кг и иметь предполагаемый объем 424 литра. [4] группа использовала характеристики оптимизированной проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала ванадия для его оценки.Ясно, что потенциал применения электромобилей ограничено, если плотность энергии не будет значительно улучшена, или если есть большая разница в стоимости по сравнению с литий-ионной технологией.

Для проточной ванадиевой батареи, металлический ванадий фактически составляет большую часть стоимости. Цена ванадия составляет очень летучий. По оценкам анализа затрат, ванадий включает приблизительно от 50 до 110 долларов США / кВтч из общей целевой стоимости батареи 100-200 $ / кВтч. [2] Такие компании, как Enervault, утверждают, что достигли этого Пол 100 $ / кВтч для крупномасштабного накопления энергии.С точки зрения стоимости более дешевая альтернатива редокс-паре ванадия с аналогичным характеристики и более высокая растворимость (что приводит к более высокой энергии плотность) будет иметь большое значение.

Направление будущих исследований

Внедрение технологии проточных батарей ограничено из-за ряда технических и экономических препятствий; однако есть большой и увеличение рыночных возможностей. Поскольку производство электроэнергии становится все более и более более децентрализованным с появлением возобновляемых источников, будет необходимо увеличить коэффициенты нагрузки для эффективного удовлетворения пикового спроса, поскольку а также уменьшить непостоянство источников, которым не хватает предсказуемой доступность. Эти приложения масштаба коммунальных услуг потребуют хранения энергии в мегаваттном диапазоне со сроком службы, быстрой зарядкой / разрядкой и модульность, для которой свинцово-кислотный не оптимизирован. В США Enervault и Deeya Energy — частные компании, занимающиеся производством проточных батарей инновации и привлекли значительное финансирование.

Плотность энергии можно постепенно улучшать за счет несколько дополнительных нововведений. Трехмерные пористые электроды с оптимизированными каталитическими свойствами могут значительно увеличить выходную мощность для данной площади электрода.[2] Кроме того, необходимо провести дальнейшие исследования для выявления стабильных окислительно-восстановительных пар, которые обладают высокой растворимостью в желаемом диапазоне температур при одновременном образовании высокий потенциал ячеек, особенно если они значительно дешевле, чем ванадий. [3] Дальнейшее проектирование также может значительно улучшить производительность как на уровне ячейки, так и на уровне системы. Цели в первую очередь для минимизации насосных потерь и минимизации затрат на материалы мембраны / электродов на уровне ячейки, и обеспечивают необходимые системы управления для интеграции в сеть и оптимизации мощности управление на системном уровне.

Поистине прорывные инновации требуют порядка величина увеличения как энергии, так и плотности мощности. Критическое ограничение Фактор — растворимость электроактивных частиц в электролите. решение. Дополнительный продукт A123, известный как 24M, планирует значительно увеличить концентрацию окислительно-восстановительных веществ, создавая поток полутвердый в отличие от менее вязкого электролита. Он планирует интегрировать концепцию проточной батареи в литий-ионную химию. В Компания подала заявку на патент в 2009 году (US № 20100047671), в котором подробно описывается планы для полутвердого электроактивного материала с накоплением ионов, который транспортируется в сборку элементов и из них, аналогично проточной батарее архитектура. Он будет иметь предпочтительную концентрацию редокс-видов не менее 20 млн, что, если возможно, приведет к существенному увеличению плотность энергии.

© Бхаскар Гарг. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] N. Tokuda et al. , г. «Разработка проточной окислительно-восстановительной батареи Система, Sumimoto Electric Industries, SEI Technical Review 50 , 88 (2000).

[2] К. Понсе де Леон, «Проточные окислительно-восстановительные ячейки для энергетики Конверсия, J. Power Sources 160 , 716 (2006).

[3] Т. Нгуен и Р. Ф. Савинелл, «Flow Batteries» Интерфейс 19 , № 3, 54 (2010).

[4] М. Р. Мохамед, С. М. Шарх и К. Уолш, «Редокс Проточные аккумуляторы для гибридных электромобилей: прогресс и Проблемы »на конференции IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference VPPC.