При последовательном соединении аккумуляторов емкость складывается: Последовательное и параллельное соединение аккумуляторных батарей

Содержание

Последовательное соединение — аккумулятор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Последовательное соединение — аккумулятор

Cтраница 1

Последовательное соединение аккумуляторов в батарее применяется для повышения напряжения, необходимого для питания потребителей.  [1]

Для последовательного соединения аккумуляторов в батареи используют межэлементные перемычки, которые припаивают к борнам бареток полублоков в таком порядке, чтобы соединить полублок отрицательных электродов одного аккумулятора с полублоком положительных электродов рядом расположенного аккумулятора. При соединении борна с межэлементной перемычкой одновременно приваривают верхнюю часть свинцовой втулки, запрессованной в крышке, чем обеспечивается надежное уплотнение отверстий в местах выхода борнов.  [3]

При последовательном соединении аккумуляторов в батарею емкость батареи остается равной емкости одного аккумулятора. При необходимости получения большей емкости на практике применяют параллельное соединение двух батарей. При этом напряжение остается равным напряжению одной батареи, а общая емкость увеличивается и становится равной сумме емкостей обеих батарей.  [4]

Штыри полублоков разной полярности, расположенные в соседних банках моноблока, соединяют между собой перемычками 7, чем достигается последовательное соединение аккумуляторов. Один из штырей у каждого из крайних аккумуляторов снабжают полюсным наконечником 9, к которому болтами или зажимами присоединяют кабели внешней сети. Блоки пластин опираются на выступы 1, сделанные на дне банок, чтобы активная масса, выпадающая из пластин в процессе работы, не соединяла между собой пластины, имеющие разную полярность. Отверстие 18 в крышке, служащее для заливки электролита, закрыто резьбовой пробкой 6 с уплотнительной прокладкой. Для сообщения аккумулятора с атмосферой имеется отверстие в пробке или в специальном выступе на крышке рядом с заливным отверстием.  [6]

При параллельном соединении нескольких аккумуляторов в батарею их емкости складываются, а напряжение остается равным напряжению одного аккумулятора. Последовательное соединение аккумуляторов в батарею суммирует напряжение отдельных аккумуляторов, однако емкость аккумуляторной батареи при этом остается такой же, как и емкость отдельного аккумулятора.  [7]

Регулирование числа оборотов вала электродвигателя осуществлено не контроллером, а угольно-масляным реостатом оригинальной конструкции, обеспечивающим плавное, бесступенчатое изменение скоростей движения автопогрузчика. Применение угольно-масляного реостата позволило значительно упростить и получить экономичную электрическую схему машины, отказаться от использования пускового сопротивления; принять схему последовательного соединения аккумуляторов батареи при неизменном положении обмоток возбуждения двигателя.  [8]

Батарея из п одинаковых аккумуляторов замкнута на внешнее сопротивление R. Каково внутреннее сопротивление г одного аккумулятора, если сила тока, идущего по сопротивлению R, одинакова и при параллельном и при последовательном соединении аккумуляторов в батарею.  [9]

Емкостью аккумулятора называют количество электричества в ампер-часах, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при непрерырном разряде до допустимого предела. По ГОСТ 959 — 51 номинальная емкость стартерных батарей отечественного производства гарантируется при непрерывном десятичасовом разряде батареи до напряжения 1 7 в на отстающем аккумуляторе и средней температуре электролита 30 2 С. При

последовательном соединении аккумуляторов емкость батареи равна емкости одного из аккумуляторов.  [10]

Гидравлический насос привода грузоподъемника прикреплен своим фланцем к электрическому двигателю и соединен с его валом упругой муфтой. Рабочая жидкость направляется в цилиндры подъема и наклона грузоподъемника распределителем золотникового типа, установленным на одной стенке с контроллером. Выключатели электродвигателя насоса сблокированы с рычагами перемещения золотников распределителя. Электрическая схема привода движения машины выполнена с последовательным соединением аккумуляторов

и переключением соединения обмоток возбуждения двигателя.  [11]

Сборка пластин в комплекты производится приваркой длинных ребер пластин к мостику баретки. Мостик имеет выводной штырь, заканчивающийся резьбой для навертывания гаек. Исключение составляют аккумуляторы типа 2 — ФКН-8 и АКН-225. В аккумуляторах АКН-225 обе положительные пластины привариваются своими длинными ребрами при помощи точечной электросварки к стенкам сосудов. Поэтому в комплектах положительных пластин этих аккумуляторов отсутствуют баретки с выводными штырями. Положительным полюсом служит сам сосуд, к стенке которого приваривают никелированную пластинку для последовательного соединения аккумуляторов

в батарею. Комплект отрицательных пластин имеет мост и выводной штырь, который проходит через крышку сосуда.  [13]

Страницы:      1

Соединение элементов питания и батарей

Источники напряжения обычно называют источниками питания. Для увеличения тока или напряжения, а может и того и другого источники питания (элементы, батареи) могут соединяться вместе. Существует три типа соединения элементов питания:
1. Последовательное соединение элементов.
2. Параллельное соединение элементов.
3. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение элементов.

Последовательное соединение элементов.

При последовательном соединении элементов питания выделяются две схемы: последовательно-дополняющая и последовательно-препятствующая.

В последовательно-дополняющей схеме положительный вывод первого элемента питания соединяется с отрицательным выводом второго элемента питания; положительный вывод второго элемента питания соединяется с отрицательным выводом третьего элемента питания и т.д. (рисунок 3.11.)

Рисунок 3.11.Последовательное соединение элементов питания.

При таком соединении источников питания через все элементы будет течь одинаковый ток:

Iобщ=I1=I2=I3

Индексы в обозначениях токов указывают на номера отдельных источников питания (элементов или батарей питания)

А полное напряжение при последовательном соединении равно сумме напряжений (ЭДС) отдельных элементов:

Еобщ = Е1 + Е2 + Е3.

При последовательно-препятствующем включении источников питания, они соединяются друг с другом одноименными выводами. Но на практике такая схема не применяется или применяется, но очень редко.

Параллельное соединение элементов.

При параллельном соединении элементов питания, их одноименные выводы соединяются вместе, то есть плюс к плюсу, минус к минусу (рис 3.12).

Рисунок 3.11.Параллельное соединение элементов питания.

В этом случае общий ток будет равен сумме токов каждого элемента:

Iобщ=I1+I2+I3

Общее напряжение при параллельном включении источников питания будет равно напряжению каждого отдельного источника.

Еобщ = Е1 = Е2 = Е3.

Последовательно-параллельное соединение элементов напряжения.

Источники питания включают по последовательно-параллельной схеме для увеличения, как тока, так и напряжения. При этом основываются на том, что параллельное включение увеличивает силу тока, а последовательное увеличивает общее напряжение. На рисунке 3.13 показаны примеры последовательно-параллельных схем включения элементов питания.

Рисунок 3.11.Последовательно-параллельное соединение элементов питания.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Последовательное и параллельное подключение аккумуляторов:ликбез от дилетанта estimata

Существует три схемы соединений АКБ в сборки с нужными параметрами:

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


У АКБ при последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений этих аккумуляторов.

Ёмкость при последовательном соединении равна той, которую имеет самый слабый из присоединенных АКБ. При эксплуатации такой сборки через каждый элемент течет одинаковый ток (как при заряде, так и при разряде).
Если в при последовательном соединении АКБ будут использоваться аккумуляторы с разной емкостью, то у тех из них, которые имеют меньшую емкость, будет более высокое внутренне сопротивление по сравнению с другими. Падение напряжения на них будет больше, что приведет к быстрому разряду самого слабого элемента в процессе работы.

Более мощные аккумуляторы в соединении при этом еще будут работоспособны и соединенные АКБ будут эксплуатироваться дальше. Это приведет к сильному разряду самого слабого аккумулятора, что уменьшит его ресурс и емкость.
При заряде так соединённых аккумуляторов самый слабый аккумулятор зарядиться раньше других элементов, но из-за того, что остальные еще не зарядились, через него будет продолжать течь зарядной ток, который приведет к перезаряду и перегреву. Это особенно опасно для АКБ, которые содержат соединения лития из-за их повышенной чувствительности к перезаряду и сильному разряду.

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.

Параллельное соединение аккумуляторов

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

В случае параллельного соединения АКБ напряжение остается неизменным, при этом емкость является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Ее напряжение будет равно вольтажу АКБ с самым большим напряжением, и оно будет одинаково на всех источниках полученной батареи.
При параллельном соединении нескольких одинаковых источников, имеющих разное напряжение, происходит перетекание тока из источника с большим напряжением в элемент с меньшим вольтажом. Это разрушительно сказывается на тех из них, которые имеют меньшую емкость.
Из-за перетекания токов запрещается параллельно соединять одноразовые батарейки, в которых оно приводит к заряду элементов с меньшим напряжением, их перегреву, вытеканию электролита или даже взрыву.

В случае параллельного соединения источника с большим напряжением малой емкости к АКБ большей емкости, но с меньшим напряжением происходит электрическое замыкание слабого АКБ через меньшее внутреннее сопротивление сильного. Из-за этого в слабом АКБ протекает сильный ток, который приводит к его постепенному разрушению.
В случае высокого вольтажа на аккумуляторе большей емкости происходит форсированный заряд слабого элемента, что также сказывается на нем губительно. Исходя из этого, перед сборкой батареи рекомендуется выравнивать напряжения каждого ее элемента до одинакового значения.

Например. Имеем  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.

Комбинированное (последовательно-параллельное) соединение аккумуляторов

Возможно создавать сложные комбинированные варианты соединения аккумуляторов с одновременным использованием последовательного и параллельного соединений. Это позволяет увеличивать результирующую емкость и напряжение, что особенно необходимо в системах автономного энергообеспечения, электромобилях и других устройствах с большим потреблением электрического тока.

Например. Имеем 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. 


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

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

Меры предосторожности при подключении аккумуляторов

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

Как подключить аккумуляторы последовательно и параллельно

Вопросы об аккумуляторах

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

П ри 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″).

П олучившаяся 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.

Д ля 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.

П олучившаяся 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.

Э лектрическая 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.

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

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

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

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

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

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

П о данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе 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.

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

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

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

4. Можно ли соединять параллельно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Автономные источники питания получили широкое распространение, так как от электроэнергии работают самые различные устройства. Часто аккумуляторы приобретаются для временного или длительного питания двигателей. Подобные модели способны выдавать 12 В или 24 В. Проблемы возникают в случае, когда нужно получить 60 В. Батарею подобного типа найти сложно. Именно поэтому часто проводится параллельное подключение аккумуляторов для получения тока требуемого напряжения и их одновременной зарядки от одного генератора.

Соединение нескольких батарей

Аккумуляторы и конденсаторы способны накапливать электроэнергию и сдерживать ее на протяжении длительного периода. Параллельная схема соединения аккумуляторных батарей применяется в следующих случаях:

  1. Некоторые внедорожники снабжаются электрической лебедкой. Она должна работать от дополнительного аккумулятора, так как основной нужен для создания кратковременного пускового тока. Лебедка должна работать от батареи, которая рассчитана на длительное применение. Параллельное подключение АКБ позволяет обеспечить их зарядку от одного генератора.
  2. Автовладельцы часто проводят установку дополнительного электрического оборудования, для работы которых требуется дополнительный источник энергии. Если в автомобиле есть мощная аудиосистема или мультимедийная система, то часто проводится установка еще одной батареи.
  3. Системы, предназначенные для активной защиты транспортного средства, также оснащаются дополнительными источниками энергии. Они обеспечивают их длительную и надежную работу. Батареи, предназначенные для длительной работы, характеризуются высокой емкостью, но они не способны генерировать большой пусковой ток.
  4. Автобусы, фургоны, микроавтобусы и другие крупногабаритные транспортные средства оснащаются оборудованием с высокой потребительской мощностью. Стандартного аккумулятора на 12 В или 24 В может быть недостаточно.

Очень часто соединение двух аккумуляторов проводится в случае временного электроснабжения промышленных или жилых помещений. Соединить их можно параллельно или последовательно, все зависит от особенностей конкретного случая.

Основные рекомендации

Подсоединение дополнительного источника энергии к основному аккумулятору должно проводиться с учетом некоторых особенностей, которые позволяют повысить их эффективность и продлить срок эксплуатации. Правильное подключение позволяет после применения системы разъединить аккумуляторы и использовать их по отдельности. Основные рекомендации следующие:

  1. Оба источника энергии должны находиться в хорошем состоянии. Практически все аккумуляторы после нескольких циклов полной разрядки и зарядки изнашиваются, приходят в непригодность. Разрушение применяемых пластин становится причиной возникновения короткого замыкания, которое повреждает устройство в большей степени. Если использовать новый и изношенный аккумулятор, то второй будет поглощать энергию первого. После длительного применения подобной схемы разрядятся оба источника энергии.
  2. Большая часть схем предусматривает использование коммутатора для дополнительного аккумулятора. Подобный прибор позволяет использовать энергию первой батареи, но при этом сохранять емкость второго. Правильно подключенный коммутатор существенно расширяет возможности батареи.
  3. Если связка нескольких источников питания создается для транспортного средства или лодки, то нужно предусмотреть установку более производительного генератора. Не стоит забывать и о возрастающей нагрузке на применяемую проводку для передачи энергии. Малая мощность генератора может привести к тому, что созданная батарея не будет заряжаться полностью. Кроме этого, возрастает нагрузка на самозарядное устройство.
  4. Все применяемые батареи должны быть одинаковой мощности. Это связано с тем, что разная мощность приводит к износу одного из применяемых источников энергии.
  5. Между применяемыми батареями должно быть небольшое количество пространства. За счет использования коротких шнуров существенно повышается эффективность создаваемой схемы. Применяемые провода создают дополнительное сопротивление и приводят к потере энергии.
  6. Емкость используемых источников электроэнергии должна отличаться незначительно. Только в этом случае они смогут прослужить на протяжении длительного периода. Допустимое отклонение составляет всего 5 раз.

Допущенные ошибки могут привести к тому, что устанавливаемые батареи потеряют свои эксплуатационные характеристики или полностью выйдут из строя. При этом могут применяться две схемы соединения: параллельное и последовательное. Оба варианта применимы в различных случаях.

Применяемые методы

Для соединения нескольких аккумуляторов могут применяться два основных метода. Выбор проводится в зависимости от того, для чего предназначена схема. Первый способ предусматривает последовательное соединение всех источников питания. Особенности этой схемы заключаются в следующем:

  1. Для соединения клемм применяются специальные перемычки. Рекомендуется отдавать предпочтение перемычкам, которые изготавливаются из материала с малым сопротивлением и высокой устойчивостью к теплу.
  2. Противоположные клеммы соединяются между собой. Нужно уделить внимание качеству соединения, так как плохой контакт может стать причиной окисления материала и потери тока.
  3. При соединении всех клемм стоит учитывать, что разноименные не должны пересекаться: это приведет к короткому замыканию.
  4. Плюсовой и минусовой кабель подключается к потребителю. Они должны быть рассчитаны на большую нагрузку по причине возрастания силы генерируемого тока.

В этом случае можно существенно увеличить напряжение генерируемого тока, но емкость батареи остается неизменной. При последовательном подключении нужно выбирать провода, которые будут рассчитаны на высокое суммарное напряжение.

Различное электрооборудование характеризуется определенной потребительской мощностью. Большинство аккумуляторов генерирует ток с напряжением 12 В и 24 В. Однако некоторые потребители нуждаются в большем напряжении. Последовательное соединение позволяет существенно увеличить показатель, при этом емкость остается практически неизменной.

При повышении силы тока следует учитывать, что клеммы могут сильно нагреваться. Именно поэтому проводится выбор более подходящих проводов и перемычек.

При желании можно подключить 2 аккумулятора параллельно для увеличения емкости. Особенностями этой схемы соединения называют:

  1. При помощи перемычек соединяются плюсовые и минусовые клеммы.
  2. От разноименных клемм, которые использовались для соединения АКБ, отводится два провода.

Существенно повысить эффективность создаваемой батареи можно за счет использования коммутатора. За счет его применения можно обеспечить питание дополнительного оборудования и старта двигателя от различных источников электроэнергии. При этом оба аккумулятора может питаться от одного генератора.

Если не требуется высокий пусковой ток, а электромотор должен работать на протяжении длительного периода от батареи, то проводится увеличение емкости. При этом напряжение остается неизменным, нагрузка при отсутствии коммутатора распределяется равномерно.

Некоторые особенности аккумуляторов

Для питания электроники автомобиля устанавливается классический свинцово-сернокислый аккумулятор. Выпускается он в виде последовательного соединения отдельных батарей. К особенностям подобной конструкции относят следующие моменты:

  1. Опасным фактором можно назвать применение серной кислоты, которая имеет концентрацию 25−30%. При эксплуатации ее температура может повышаться, происходит образование газов. Именно поэтому корпус имеет два отверстия, через которые и происходит отвод газов.
  2. Практически все устройства могут неоднократно заряжаться для повышения емкости. Стоит учитывать, что полный разряд негативно влияет на устанавливаемые пластины. Поэтому в некоторых случаях проводится соединение нескольких аккумуляторов, за счет чего исключается вероятность их полного разряда.
  3. Главными характеристиками можно назвать емкость электролита и ее плотность. При длительной или неправильной эксплуатации показатель емкости может существенно упасть. Измерить уровень жидкости можно при помощи обычного стеклянного стержня, который опускается в аккумулятор. Для измерения плотности жидкости применяется специальный инструмент. При желании можно снизить или повысить уровень электролита и изменить показатель плотности.

С каждым годом конструкция источников энергии совершенствуется. Именно поэтому многие варианты исполнения могут прослужить в течение длительного периода при сложных эксплуатационных условиях.

Зарядка при параллельном подключении

При параллельном соединении зарядка аккумуляторов характеризуется тем, что нужно передавать большой зарядный ток. Это связано со следующими моментами:

  1. При зарядке созданной батареи при параллельном соединении сначала восстанавливается поверхность и только потом нижние слои.
  2. В конце зарядки рекомендуется снижать показатель силы подаваемого тока. Слишком высокий показатель в конце процесса может привести к кипению электролита. Особенности химической реакции приводят к разложению серной кислоты.

Распространенные свинцово-кислотные источники энергии могут выдерживать несколько циклов зарядки. При этом происходит сокращение срока эксплуатации. Для подачи требуемой энергии при восстановлении заряда рекомендуется использовать рекомендуемые зарядные устройства. При параллельном соединении разных или одинаковых аккумуляторов суммарный ток не должен превышать установленного ограничения.

Комбинированный метод

В некоторых случаях нужно одновременно увеличить емкость и напряжение АКБ. Для этого применяется два комбинированных метода соединения:

  1. Для начала проводится последовательное соединение нескольких батарей. Подобным образом достигается требуемое рабочее напряжение. На втором этапе проводится параллельное коммутирование нескольких батарей, полученных при последовательном соединении аккумуляторов. Проводится создание нескольких последовательных цепей для достижения требуемой емкости.
  2. Второй метод предусматривает параллельную коммутацию аккумуляторов с требующейся емкостью, после чего они соединяются последовательно для достижения требуемого тока.

Комбинированный метод применяется крайне редко, так как предусматривает использование нескольких источников питания. При выборе наиболее подходящих аккумуляторов уделяется внимание их техническому состоянию, емкости и напряжению генерируемого тока.

Аккумулятор умеет давать электрическую энергию. Это выражается в том, что если подключить к его клеммам какую-нибудь нагрузку, например, лампочку, то она засветится. Но и без подключения лампочки электроэнергия из аккумулятора готова в любой момент к действию. Об этом говорит напряжение на его клеммах.

Напряжение на клеммах аккумулятора имеет хорошее свойство достаточно долго быть постоянным. Пока он не разрядится. Вот тогда и надо ему помогать. А если аккумуляторов несколько? Можно ли придумать такую схему его зарядки, чтобы это было быстрее и лучше?

Зачем соединять аккумуляторы

Аккумулятор, как и конденсатор, может накапливать энергию. В отличие от простой гальванической батареи, где химические реакции, при которых происходит выработка электроэнергии, необратимы, аккумулятор можно зарядить. При этом ионы разводятся друг от друга, и внутренняя химия аккумулятора взводится, как пружина. Впоследствии эти ионы, благодаря «заряженному» химическому процессу, будут отдавать свои лишние электроны в электрическую цепь, сами стремясь обратно к нейтральности кислого электролита.

Все хорошо, только у аккумулятора количество энергии, которое он способен выработать после полной зарядки, зависит от его общей массы. А масса зависит от исполнения — есть стандарты, и по этим стандартам и делаются аккумуляторы. Хорошо, когда потребление электроэнергии точно так же стандартизовано. Например, когда имеется автомобиль, который берет определенное количество электричества для пуска двигателя. Ну, и для других своих нужд — подпитки автоматики на стоянке, питания замков с противоугонными устройствами и т.д. Стандарты аккумуляторов и рассчитаны на электропитание автомобилей различных типов.

А в других областях, где требуется стабильное постоянно напряжение, запрос по параметрам питания гораздо шире и разнообразнее. Поэтому, имея однотипные и строго одинаковые аккумуляторы, можно думать и об использовании их в разных сочетаниях, и более эффективных способах зарядки, чем банально заряжать их все по очереди.

Соединение источников питания

Как и нагрузки, например, лампочки, соединить аккумуляторы можно как параллельно, так и последовательно.

При этом, как можно сразу заподозрить, что-то должно обязательно суммироваться. При последовательном соединении резисторов суммируется их сопротивление, ток на них уменьшится, но через каждое из них он будет идти одинаковый. Аналогично и через последовательное подключение аккумуляторов ток будет течь один и тот же. А раз их стало больше, больше станет напряжение на выходах батареи. Следовательно, при неизменной нагрузке будет идти больший ток, который израсходует емкость всей батареи за то же время, как и емкость одной подключенной к этой нагрузке батареи.

Параллельное подключение нагрузок приводит к увеличению суммарного тока, напряжение же на каждом из сопротивлений будет одним и тем же. То же самое и с аккумуляторами: напряжение на параллельном подключении будет таким, как у одного источника, а ток могут все вместе дать больший. Или, если нагрузка осталась какой и была, питать ее током они смогут дольше ровно настолько, насколько возросла их суммарная емкость.

Теперь, установив, что соединять аккумуляторы параллельно и последовательно можно, рассмотрим подробнее, как это работает.

Принципы работы химического источника питания

Источники питания, основанные на химических процессах, бывают первичными и вторичными. Первичные источники состоят из твердых электродов и соединяющих их химически и электрически электролитов — жидких или твердых составов. Комплекс реакций всего агрегата действует так, что заложенное в нем химическое неравновесие разряжается, приводя к некоему балансу компонентов. Выделяющаяся при этом энергия в виде заряженных частиц выходит наружу и на клеммах создает электрическое напряжение. Пока оттока заряженных частиц наружу нет, электрическое поле замедляет химические реакции внутри источника. При соединении клемм источника с какой-нибудь электрической нагрузкой по цепи побежит ток, а химические реакции возобновятся с новой силой, снова поставляя электрическое напряжение на клеммы. Таким образом, напряжение на источнике остается неизменным, медленно уменьшающимся, пока в нем продолжает оставаться химическое неравновесие. Это можно наблюдать по медленному постепенному уменьшению напряжения на клеммах.

Такое явление называется разрядка химического источника электроэнергии. Первоначально обнаружили такой комплекс реакции с двумя разными металлами (медь и цинк) и кислотой. При этом металлы в процессе разрядки подвергаются разрушению. Но потом подобрали такие компоненты и такое их взаимодействие, что если после уменьшения напряжения на клеммах в результате разрядки поддерживать его там искусственно, то через источник обратно потечет электрический ток, и химические реакции способны повернуть вспять, снова создавая в комплексе прежнее неравновесное состояние.

Источники первого типа, в которых компоненты безвозвратно разрушаются, называются первичными, или гальваническими элементами, по имени открывателя таких процессов Луиджи Гальвани. Источники второго рода, способные под действием внешнего напряжения, повернув вспять весь механизм химических реакций, снова вернуться к неравновесному состоянию внутри источника, называются источниками второго рода, или электрическими аккумуляторами. От слова «аккумулировать» — сгущать, собирать. И их главная особенность, только что описанная, называется зарядка.

Однако у аккумуляторов все не так просто.

Таких химических механизмов было найдено несколько. С разными участвующими в них веществами. Поэтому и типов аккумуляторов несколько. И они по-разному себя ведут, заряжаются и разряжаются. А в некоторых случаях возникают явления, которые очень хорошо знать людям, имеющим с ними дело.

А с ними имеют дело практически все. Аккумуляторы, как автономные источники энергии, применяются повсюду, в самых разных устройствах. От маленьких наручных часов до транспортных средств разного размера: автомобилей, троллейбусов, тепловозов, теплоходов.

Некоторые особенности аккумуляторов

Классический аккумулятор — автомобильный свинцово-сернокислый. Выпускается в виде последовательно соединенных в батарею аккумуляторов. Его использование и зарядка/разрядка хорошо известны. Опасными факторами у них являются едкая серная кислота, имеющая концентрацию 25–30%, и газы — водород и кислород, — которые выделяются при продолжении зарядки после того, как она химически закончилась. Смесь газов, являющихся результатом диссоциации воды, как раз и является хорошо известным гремучим газом, где водорода ровно в два раза больше, чем кислорода. Такая смесь взрывается при любом удобном случае — искре, сильном ударе.

Аккумуляторы для современной аппаратуры — мобильников, компьютеров — делаются в миниатюрном исполнении, для их зарядки выпускаются зарядные устройства разного исполнения. Многие из них содержат схемы управления, позволяющие отследить окончание процесса зарядки или заряжать все элементы сбалансированно, то есть, отключая от устройства те из них, которые уже зарядились.

Большинство этих аккумуляторы довольно безопасны, и неправильная разрядка/зарядка может повредить только их самих («эффект памяти»).

Это касается всех, кроме аккумуляторов на основе металла Li — лития. Экспериментов с ними лучше не проводить, а заряжать только на специально для него предназначенных зарядных устройствах и работать с ними только по инструкции.

Причиной является то, что литий очень активен. Это третий после водорода элемент периодической таблицы, металл, который активнее натрия.

Во время работы с литий-ионными и другими батарейками на его основе, металлический литий может постепенно выпадать из электролита и однажды произвести внутри элемента замыкание. От этого он может загореться, что приведет к катастрофе. Так как погасить его НЕЛЬЗЯ. Он горит без доступа кислорода, при реакции с водой. При этом выделяется большое количество теплоты, и к горению присоединяются и другие вещества.

Случаи возгорания мобильных телефонов с литий-ионными аккумуляторами известны.

Однако инженерная мысль идет вперед, создавая все новые заряжаемые элементы на основе лития: литий-полимерный, литий-нанопроводниковый. Стараясь преодолеть недостатки. И они как аккумуляторы очень хороши. Но… от греха подальше лучше не делать с ними тех нехитрых действий, которые описаны ниже.

Последовательное соединение источников

Это всем известная батарея из элементов, «банок». Последовательно — это значит, плюс первого вывести наружу — будет плюсовая клемма всей батареи, а минус соединяется с плюсом второго. Минус второго — с плюсом третьего. И так далее до последнего. Минус предпоследнего присоединен к его плюсу, а его минус выводится наружу — вторая клемма батареи.

При последовательном соединении аккумуляторов складывается напряжение всех банок, и на выходе — клеммах плюс и минус батареи — получится сумма напряжений.

Например, аккумулятор автомобильный, имея в каждой заряженной банке примерно 2,14 вольта, дает в сумме из шести банок 12,84 вольт. 12 таких банок (аккумулятор для дизелей) дадут 24 вольта.

А емкость такого соединения остается равной емкости одной банки. Ввиду того, что напряжение на выходе выше, номинальная мощность нагрузки возрастает и расход энергии будет быстрее. То есть все разрядятся сразу вместе как один элемент.

Такие аккумуляторы заряжаются тоже в последовательном соединении. К плюсу подключается плюс питающего напряжения, к минусу — минус. Для нормальной зарядки нужно, чтобы все банки были одинаковыми по параметрам, из одной партии и одинаково дружно разряжены.

Иначе, если они разряжены чуть по-разному, то при зарядке один закончит зарядку раньше других и у него начнется перезарядка. А это может для него плохо кончиться. То же самое будет наблюдаться при разной емкости элементов, что, собственно говоря, одно и то же.

Последовательное соединение элементов питания было испробовано с самого начала, практически одновременно с изобретением гальванических элементов. Алессандро Вольта создал свой знаменитый вольтов столб из кружочков двух металлов — меди и цинка, которые перекладывал тряпочками, пропитанными кислотой. Сооружение оказалось удачной придумкой, практичной, да еще давало напряжение, вполне достаточное для смелых тогдашних опытов по изучению электричества — достигало 120 В, — и стало надежным источником энергии.

Параллельное соединение аккумуляторов

При параллельном соединение источников питания все плюсы нужно присоединить в один, создавая плюсовой полюс батареи, все минусы — в другой, создавая минус батареи.

При таком соединении напряжение, как мы видим, должно быть одно на всех элементах. Только вот какое? Если у аккумуляторных батарей перед подключением окажется разное напряжение, то сразу после подключения мгновенно начнет происходить процесс «выравнивания». Те элементы, у которых напряжение ниже, начнут очень интенсивно подзаряжаться, черпая энергию из тех, у которых напряжение больше. И хорошо, если разница в напряжениях объясняется разной степенью разрядки одинаковых элементов. Но если они разные, с разными номиналами напряжений, то начнется перезаряд, со всеми вытекающими прелестями: разогрев заряжаемого элемента, кипение электролита, выпадение металла электродов, и так далее. Следовательно, раньше того, как соединить между собой элементы в параллельную АКБ, необходимо измерить вольтметром напряжение на каждом из них, чтобы убедиться в безопасности предстоящей операции.

Как мы видим, вполне жизнеспособны оба способа — и параллельное, и последовательное соединение аккумуляторов. В обыденной жизни нам достаточно тех элементов, которые включаются в наши гаджеты или фотоаппараты: один аккумулятор, или два, или четыре. Подключаются они так, как это определено конструкцией, и мы даже не задумываемся, это параллельное или последовательное соединение.

Но вот когда в технической практике нужно обеспечить сразу большое напряжение, да еще в течение долгого периода, там в помещениях выстраивают огромные поля из аккумуляторов.

Например, для аварийного питания радиорелейной станции связи напряжением в 220 вольт в течение периода, когда должна быть устранена всякая авария в цепи питания, нужно 3 часа… Немало аккумуляторов.

Емкость при последовательном соединении — советы электрика

Емкость при последовательном соединении

Отдельные конденсаторы могут быть соединены друг с другом различным образом. При этом во всех случаях можно найти емкость некоторого равнозначного конденсатора, который может заменить ряд соединенных между собой конденсаторов.

Для равнозначного конденсатора выполняется условие: если подводимое к обкладкам равнозначного конденсатора напряжение равно напряжению, подводимому к крайним зажимам группы конденсаторов, то равнозначный конденсатор накопит такой же заряд, как и группа конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов

На рис. 1 изображено параллельное соединение нескольких конденсаторов. В этом случае напряжения, подводимые к отдельным конденсаторам, одинаковы: U1 = U2 = U3 = U. Заряды на обкладках отдельных конденсаторов: Q1 = C1U. Q 2 = C 2 U. Q 3 = C 3 U. а заряд, полученный от источника Q = Q1 + Q2 + Q3.

Рис. 1. Схема параллельного соединения конденсаторов

Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора:

C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3.

т. е. при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Рис. 2. Способы соединения конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов

Обратите внимание

При последовательном соединении конденсаторов (рис. 3) на обкладках отдельных конденсаторов электрические заряды по величине равны: Q1 = Q2 = Q3 = Q

Действительно, от источника питания заряды поступают лишь на внешние обкладки цепи конденсаторов, а на соединенных между собой внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит лишь перенос такого же по величине заряда с одной обкладки на другую (наблюдается электростатическая индукция), поэтому и на них по- являются равные и разноименые электрические заряды.

Рис. 3. Схема последовательного соединения конденсаторов

Напряжения между обкладками отдельных конденсаторов при их последовательном соединении зависят от емкостей отдельных конденсаторов: U1 = Q/C1. U1 = Q/C 2, U1 = Q/C 3, а общее напряжение U = U1 + U2 + U3

Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора C = Q / U = Q / ( U1 + U2 + U3 ), т. е. при последовательном соединении конденсаторов величина, обратная общей емкости, равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов.

Формулы эквивалентных емкостей аналогичны формулам эквивалентных проводимостей.

Пример 1. Три конденсатора, емкости которых C1 = 20 мкф, С2 = 25 мкф и С3 = 30 мкф, соединяются последовательно, необходимо определить общую емкость.

Общая емкость определяется из выражения 1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 = 1/20 + 1/25 + 1/30 = 37/300, откуда С ≈ 8,11 мкф.

Пример 2. 100 конденсаторов емкостью каждый 2 мкф соединены параллельно. Определить общую емкость. Общая емкость С = 100 Ск = 200 мкф.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Соединение конденсаторов

  1. Последовательное соединение
  2. Смешанное соединение
  3. Параллельное соединение
  4. Видео

В электронных и радиотехнических схемах широкое распространение получило параллельное и последовательное соединение конденсаторов. В первом случае соединение осуществляется без каких-либо общих узлов, а во втором варианте все элементы объединяются в два узла и не связаны с другими узлами, если это заранее не предусмотрено схемой.

Последовательное соединение

При последовательном соединении два и более конденсаторов соединяются в общую цепь таким образом, что каждый предыдущий конденсатор соединяется с последующим лишь в одной общей точке.

Ток (i), осуществляющий зарядку последовательной цепи конденсаторов будет иметь одинаковое значение для каждого элемента, поскольку он проходит только по единственно возможному пути.

Это положение подтверждается формулой: i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4 .

В связи с одинаковым значением тока, протекающего через конденсаторы с последовательным соединением, величина заряда, накопленного каждым из них, будет одинаковой, независимо от емкости.

Важно

Такое становится возможным, поскольку заряд, приходящий с обкладки предыдущего конденсатора, накапливается на обкладке последующего элемента цепи.

Поэтому величина заряда у последовательно соединенных конденсаторов будет выглядеть следующим образом: Qобщ = Q1 = Q2 = Q3 .

Если рассмотреть три конденсатора С1. С2 и С3. соединенные в последовательную цепь, то выясняется, что средний конденсатор С2 при постоянном токе оказывается электрически изолированным от общей цепи.

В конечном итоге величина эффективной площади обкладок будет уменьшена до площади обкладок конденсатора с самыми минимальными размерами. Полное заполнение обкладок электрическим зарядом, делает невозможным дальнейшее прохождение по нему тока.

В результате, движение тока прекращается во всей цепи, соответственно прекращается и зарядка всех остальных конденсаторов.

Общее расстояние между обкладками при последовательном соединении представляет собой сумму расстояний между обкладками каждого элемента.

В результате соединения в последовательную цепь, формируется единый большой конденсатор, площадь обкладок которого соответствует обкладкам элемента с минимальной емкостью.

Расстояние между обкладками оказывается равным сумме всех расстояний, имеющихся в цепи.

Падение напряжения на каждый конденсатор будет разным, в зависимости от емкости. Данное положение определяется формулой: С = Q/V, в которой емкость обратно пропорциональна напряжению. Таким образом, с уменьшением емкости конденсатора на него падает более высокое напряжение. Суммарная емкость всех конденсаторов вычисляется по формуле: 1/Cобщ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 .

Главная особенность такой схемы заключается в прохождении электрической энергии только в одном направлении. Поэтому в каждом конденсаторе значение тока будет одинаковым. Каждый накопитель в последовательной цепи накапливает равное количество энергии, независимо от емкости. То есть емкость может воспроизводиться за счет энергии, присутствующей в соседнем накопителе.

Смешанное соединение

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельным считается такое соединение, при котором конденсаторы соединяются между собой двумя контактами. Таким образом в одной точке может соединяться сразу несколько элементов.

Данный вид соединения позволяет сформировать единый конденсатор с большими размерами, площадь обкладок которого будет равна сумме площадей обкладок каждого, отдельно взятого конденсатора.

В связи с тем, что емкость конденсаторов находится в прямой пропорциональной зависимости с площадью обкладок, общая емкость составить суммарное количество всех емкостей конденсаторов, соединенных параллельно.

То есть, Собщ = С1 + С2 + С3 .

Совет

Поскольку разность потенциалов возникает лишь в двух точках, то на все конденсаторы, соединенные параллельно, будет падать одинаковое напряжение. Сила тока в каждом из них будет отличаться, в зависимости от емкости и значения напряжения.

Таким образом, последовательное и параллельное соединение, применяемое в различных схемах, позволяет выполнять регулировку различных параметров на тех или иных участках.

За счет этого получаются необходимые результаты работы всей системы в целом.

Схемы соединения конденсаторов: параллельное, последовательное

Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять последовательно и параллельно. Рассмотрим соединение конденсаторов: для чего применяются каждая из схем, и их итоговые характеристики.

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельное соединение конденсаторов

Эта схема – самая распространенная. В ней обкладки конденсаторов соединяются между собой, образуя эквивалентную емкость, равную сумме соединяемых емкостей.

При параллельном соединении электролитических конденсаторов необходимо, чтобы между собой соединялись выводы одной полярности.

Особенность такого соединения – одинаковое напряжение на всех соединяемых конденсаторах. Номинальное напряжение группы параллельно соединенных конденсаторов равно рабочему напряжению конденсатора группы, у которого оно минимально.

Токи через конденсаторы группы протекают разные: через конденсатор с большей емкостью потечет больший ток.

На практике параллельное соединение применяется для получения емкости нужной величины, когда она выходит за границы диапазона, выпускаемого промышленностью, или не укладываются в стандартный ряд емкостей. В системах регулирования коэффициента мощности (cos ϕ) изменение емкости происходит за счет автоматического подключения или отключения конденсаторов в параллель.

Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении обкладки конденсатором соединяются друг к другу, образуя цепочку. Крайние обкладки подключаются к источнику, а ток по всем конденсаторам группы потечет одинаковый.

Эквивалентная емкость последовательно соединенных конденсаторов ограничена самой маленькой емкостью в группе. Объясняется это тем, что как только она полностью зарядится, ток прекратится. Подсчитать общую емкость двух последовательно соединенных конденсаторов можно по формуле

Но применение последовательного соединения для получения нестандартных номиналов емкостей не так распространено, как параллельного.

При последовательном соединении напряжение источника питания распределяется между конденсаторами группы. Это позволяет получить батарею конденсаторов, рассчитанную на большее напряжение. чем номинальное напряжение входящих в нее компонентов. Так из дешевых и небольших по размерам конденсаторов изготавливаются блоки, выдерживающие высокие напряжения.

Еще одна область применения последовательного соединения конденсаторов связана с перераспределением напряжений между ними. Если емкости одинаковы, напряжение делится пополам, если нет – на конденсаторе большей емкости напряжение получается большим. Устройство, работающее на этом принципе, называют емкостным делителем напряжения .

Смешанное соединение конденсаторов

Пример смешанного соединения конденсаторов

Такие схемы существуют, но в устройствах специального назначения, требующие высокой точности получения величины емкости, а также для их точной настройки.

Оцените качество статьи. Нам важно ваше мнение:

Источники: http://electricalschool.info/spravochnik/electroteh/618-parallelnoe-i-posledovatelnoe.html, http://electric-220.ru/news/soedinenie_kondensatorov/2016-12-20-1143, http://electric-tolk.ru/sposoby-soedineniya-kondensatorov/

Источник: http://electricremont.ru/emkost-pri-posledovatelnom-soedinenii.html

Способы подключения конденсаторов в электрическую цепь

Схемы в электротехнике состоят из электрических элементов, в которых способы соединения конденсаторов могут быть разными. Надо понимать, как правильно подключить конденсатор. Отдельные участки цепи с подключенными конденсаторами можно заменить одним эквивалентным элементом.

Он заменит ряд конденсаторов, но должно выполняться обязательное условие: когда напряжение, подводимое к обкладкам эквивалентного конденсатора, равняется напряжению на входе и выходе группы заменяющихся конденсаторов, тогда заряд емкости будет такой же, как и на группе емкостей.

Для понимания вопроса, как подключить конденсатор в любой схеме, рассмотрим виды его включения.

Параллельное включение конденсаторов в цепь

Параллельное соединение конденсаторов — это когда все пластины подключаются к точкам включения цепи, образовывая батарею емкостей.

Параллельное соединение конденсаторов:

Параллельное соединение конденсаторов

Разность потенциалов на пластинах накопителей емкости будет одинаковая, так как они все заряжаются от одного источника тока. В этом случае каждый заряжающийся конденсатор имеет собственный заряд при одинаковой величине, подводимой к ним энергии.

Параллельные конденсаторы, общий параметр количества заряда полученной батареи накопителей, рассчитывается, как сумма всех зарядов, помещающихся на каждой емкости, потому что каждый заряд емкости не зависит от заряда другой емкости, входящей в группу конденсаторов, параллельно включенных в схему.

При параллельном соединении конденсаторов емкость равняется:

Формула и расшифровка

Из представленной формулы можно сделать вывод, что всю группу накопителей можно рассматривать как один равноценный им конденсатор.

Конденсаторы, соединенные параллельно, имеют напряжение:

Формула

Последовательное включение конденсаторов в цепь

Когда в схеме выполнено последовательное соединение конденсаторов, оно выглядит как цепочка емкостных накопителей, где пластина первого и последнего накопителя емкости (конденсатора) подключены к источнику тока.

Последовательное соединение конденсатора:

Формула

При последовательном соединении конденсаторов все устройства этого участка берут одинаковое количество электроэнергии, потому что в процессе участвует первая и последняя пластинка накопителей, а пластины 2, 3 и другие до N проходят зарядку посредством влияния.

По этой причине заряд пластины 2 накопителя емкости равняется по значению заряду 1 пластины, но имеет обратный знак. Заряд пластины накопителя 3 равняется значению заряда пластины 2, но так же с обратным знаком, все последующие накопители имеет аналогичную систему заряда.

Формула нахождения заряда на конденсаторе, схема подключения конденсатора:

Последовательное соединение конденсаторов

Когда выполняется последовательное соединение конденсаторов, напряжение на каждом накопители емкости будет различное, так как в зарядке одинаковым количеством электрической энергии участвуют разные емкости.

Зависимость емкости от напряжения такова: чем она меньше, тем большее напряжение необходимо подать на пластины накопителя для его зарядки. И обратная величина: чем выше емкость накопителя, тем меньше требуется напряжения для его зарядки.

Можно сделать вывод, что емкость последовательно соединенных накопителей имеет значение для величины напряжения на пластинах — чем она меньше, тем больше напряжения требуется, а также накопители большой емкости требуют меньшего напряжения.

Обратите внимание

Основное отличие схемы последовательного соединения накопителей емкости в том, что электроэнергия протекает только в одном направлении, а это означает, что в каждом накопителе емкости составленной батареи ток будет одинаковым. В этом виде соединений конденсаторов обеспечивается равномерное накопление энергии независимо от емкости накопителей.

Группу накопителей емкости можно также на схеме рассматривать как эквивалентный накопитель, на пластины которого подается напряжение, определяемое формулой:

Основные моменты

Заряд общего (эквивалентного) накопителя группы емкостных накопителей последовательного соединения равен:

Формула

Общему значению емкости последовательно соединенных конденсаторов соответствует выражение:

Формула

Смешанное включение емкостных накопителей в схему

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов на одном из участков цепи схемы называется специалистами смешанным соединением.

Участок цепи подсоединенных смешанным включением накопителей емкости:

Схема подключения конденсаторов

Смешанное соединение конденсаторов в схеме рассчитывается в определенном порядке, который можно представить следующим образом:

  • разбивается схема на простые для вычисления участки, это последовательное и параллельное соединение конденсаторов;
  • вычисляем эквивалентную емкость для группы конденсаторов, последовательно включенных на участке параллельного соединения;
  • проводим нахождение эквивалентной емкости на параллельном участке;
  • когда эквивалентные емкости накопителей определены, схему рекомендуется перерисовать;
  • рассчитывается емкость получившейся после последовательного включения эквивалентных накопителей электрической энергии.

Последовательное, параллельное и смешанное соединение конденсаторов

Накопители емкостей (двухполюсники) включены разными способами в цепь, это дает несколько преимуществ в решении электротехнических задач по сравнению с традиционными способами включения конденсаторов:

  1. Использование для подключения электрических двигателей и другого оборудования в цехах, в радиотехнических устройствах.
  2. Упрощение вычисления величин электросхемы. Монтаж выполняется отдельными участками.
  3. Технические свойства всех элементов не меняются, когда изменяется сила тока и магнитное поле, это применяется для включения разных накопителей. Характеризуется постоянной величиной емкости и напряжения, а заряд пропорционален потенциалу.

Вывод

Разного вида включения конденсаторов в цепь применяются для решения электротехнических задач, в частности, для получения полярных накопителей из нескольких неполярных двухполюсников.

В этом случае решением будет соединение группы однополюсных накопителей емкости по встречно-параллельному способу (треугольником). В этой схеме минус соединяется с минусом, а плюс — с плюсом.

Происходит увеличение емкости накопителя, и меняется работа двухполюсника.

Не отображаются имеющиеся вхождения: последовательное параллельное и смешанное соединение конденсаторов, последовательное и параллельное соединение конденсаторов, при параллельном соединении конденсаторов емкость.

Источник: https://domelectrik.ru/baza/komponenty/soedinenie-kondensatorov

Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого.

Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток.

Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой.

Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка.

Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям.

Важно

Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры.

Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно.

Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные.

При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

Совет

Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:

Р=Р1 + Р2

Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.

При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов.

Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками.

Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

qобщ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:

С= q/(U1 + U2 + U3)

Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.

Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.

Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.

Обратите внимание

Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.

Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Теперь используем формулу расчета сопротивления:

  • Первая формула для последовательного вида соединения.
  • Далее, для параллельной схемы.
  • И окончательно для последовательной схемы.

Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов.

Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/raschjoty/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie/

Как соединить конденсаторы

Июль 23, 2014

12695 просмотров

В предыдущих статьях были рассмотрены вопросы работы и характеристики конденсаторов. Сейчас Я расскажу о всех методах соединения конденсаторов для подключения в схему. Сразу скажу, что в жизни практически везде, за исключением редких случаев используется только параллельная схема подключения.

Следует знать, что в цепи переменного тока конденсатор выступает еще как емкостное сопротивление. При чем с увеличением величины емкости конденсатора- уменьшается сопротивление в цепи переменного тока.

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельной схеме подключения все обкладки конденсаторов соединяются в две группы, причем один вывод с каждого конденсатора соединяется в одну группу с другими, а второй — в другую.

Наглядный пример параллельного соединения и схема на картинке.
Все параллельно соединенные конденсаторы подключаются к одному источнику напряжения, поэтому существует на них две точки разности потенциалов или напряжения.

На всех выводах конденсаторов будет абсолютно одинаковое напряжение.

При  подключении параллельно все конденсаторы вместе, образуют принципиально одну емкость, величина которой будет равняться сумме всех емкостей подключенных в цепи конденсаторов.При параллельном подключении через каждый из конденсаторов потечет разный ток, который будет зависеть от величины емкости каждого из них. Чем выше емкость, тем больший ток потечет через неё.

Параллельное соединение очень часто встречается в жизни. С его помощью можно из группы конденсаторов собрать любую необходимую емкость.

Например, для запуска 3 фазного электродвигателя в однофазной сети 220 Вольт в результате расчетов Вы получили что необходима рабочая емкость 125 мкФ. Такой емкости конденсаторов Вы не найдете в продаже.

Для того, что бы получить необходимую емкость придется купить и соединить параллельно 3 конденсатора один на 100 мкФ, второй- на 20, и третий на 5 мкФ.

Соединение конденсаторов последовательно

При последовательном соединении конденсаторов каждая из обкладок соединяется только в одной точке с одной обкладкой другого кон­денсатора. Получается цепочка конденсаторов.

Крайние два вывода подключаются к источнику тока, в результате чего происходит перераспределение между ними электрических зарядов.

Заряды на всех промежуточных обкладках одинаковые величине с чередованием по знаку. 

Через все соединенные конденсаторы последовательно протекает одинаковой величины ток, потому что у него нет другого пути прохождения.

Общая же емкость будет ограничиваться площадью обкладок самого маленького по величине, потому что как только зарядится полностью конденсатор с самой маленькой емкостью- вся цепочка перестанет пропускать ток и заряд остальных прервется.

Высчитывается же емкость по этой формуле:Но при последовательном соединении увеличивается расстояние (или изоляция) между обкладками до величины равной сумме расстояний между обкладками всех последовательно подключенных конденсаторов.

Например, если взять два конденсатора с рабочим напряжением 200 Вольт и соединить последовательно, то изоляция между их обкладками сможет выдержать 1000 Вольт при подключении в схему.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что последовательно соединять необходимо:

  1. Для получения эквивалентного меньшего по емкости конденсатора.
  2. Если необходима емкость, работающая на более высоких напряжениях.
  3. Для создания емкостного делителя напряжения, который позволяет получить меньшей величины напряжение из более высокого.

Практически, для получения первого и второго достаточно просто купить один конденсатор с необходимой величиной емкости или рабочим напряжением. Поэтому данный метод соединения в жизни не встречается.

Смешанное соединение конденсаторов

Встречается смешанное соединение только на различных платах. Для него характерно наличие в одной цепи параллельного и последовательного соединения конденсаторов. При чем смешанное соединение может быть как последовательного, так параллельного характера.

В жизни подробные знания о смешанном соединении могут только пригодится радиолюбителям, поэтому не буду на этом подробно останавливаться.

Из следующей статьи Вы узнаете как правильно проверить и определить емкость конденсатора.

Источник: http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/soedinenie-kondensatorov.html

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Для достижения нужной емкости или при напряжении, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы, могут соединяться последовательно или параллельно. Любое же сложное соединение состоит из нескольких комбинаций последовательного и параллельного соединений.

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении конденсаторов конденсаторы подключены таким образом, что  только внешние пластины первого и последнего конденсатора подключены к источнику тока.

Заряд одинаков на всех пластинах, но внешние заряжаются от источника, а внутренние образуются только за счет разделения зарядов ранее нейтрализовавших друг друга.

При этом заряд конденсаторов в батарее меньше, чем, если бы каждый конденсатор подключался бы отдельно. Следовательно, и общая емкость батареи конденсаторов меньше.

Напряжение на данном участке цепи соотносятся следующим образом:

Зная, что напряжение конденсатора можно представить через заряд и емкость, запишем:

Сократив выражение на Q, получим знакомую формулу:

Откуда эквивалентная емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно:

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках одинаковое, а заряды разные.

Величина общего заряда полученного конденсаторами, равна сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов. В случае батареи из двух конденсаторов:

Так как заряд конденсатора

А напряжения на каждом из конденсаторов равны, получаем следующее выражение для эквивалентной емкости двух параллельно соединенных конденсаторов

Пример 1

Важно

Какова результирующая емкость 4 конденсаторов включенных последовательно и параллельно, если известно что С1 = 10 мкФ, C2 = 2 мкФ, C3 = 5 мкФ, а C4 = 1 мкФ?

При последовательном соединении общая емкость равна:

При параллельном соединении общая емкость равна:

Пример 2

Определить результирующую емкость группы конденсаторов подключенных последовательно-параллельно, если известно, что С1 = 7 мкФ, С2 = 2 мкФ, С3 = 1 мкФ.

Сначала найдем общую емкость параллельного участка цепи:

Затем найдем общую емкость для всей цепи:

По сути, расчет общей емкости конденсаторов схож с расчетом общего сопротивления цепи в случае с последовательным или параллельным соединением, но при этом, зеркально противоположен.

Советуем прочесть – Заряд и разряд конденсатора

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.00 (0 Голоса)

Источник: https://electroandi.ru/elektronika/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-kondensatorov.html

Соединение конденсаторов – Основы электроники

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока.

Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы.

Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Совет

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов.

Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость.

А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

Обратите внимание

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник: http://www.sxemotehnika.ru/soedinenie-kondensatorov.html

Секреты эксплуатации аккумуляторов при параллельном и последовательном соединении © Солнечные.RU

Если необходимо получить напряжение блока аккумуляторов 24 Вольта, применяется последовательное соединение. Для последовательного соединения обязательно нужно использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости, одинаковой модели и желательно одной даты выпуска (с одинаковым датакодом).

При последовательном соединении необходимо раз в полгода проверять напряжение на каждой АКБ.

Если напряжения равны или отличаются менее чем на 0,1 Вольта, например 12,80 и 12,86 Вольта, то это значит, что аккумуляторы сбалансированы и можно продолжать их дальнейшую эксплуатацию.

Однако, даже в этом случае необходимо не реже одного раза в полгода проводить выравнивающий заряд для выравнивания напряжений на двухвольтовых банках аккумуляторов.

Со временем может произойти разбалансировка состояний заряда, т.е. появится значительная разница между напряжениями на каждой АКБ в последовательной цепи. При разбалансировке более 0,1 Вольта рекомендуется проводить балансировку, т.е. выравнивание уровня заряда. При разбалансировке более 0,2 Вольта — балансировка обязательна.

Проведение процедуры балансировки предотвратит перезаряд одного из аккумуляторов и недозаряд второго, что в итоге положительно скажется на их сроке службы.

Самый простой способ балансировки — проведение цикла выравнивающего заряда при повышенном напряжении заряда в течение 24 часов. Напряжение выравнивающего заряда для всех серий АКБ Delta составляет 2,4 Вольта на двухвольтовую банку или 14,4 Вольта для АКБ на 12 Вольт или 28,8 Вольт для АКБ на 24 Вольта. Напряжение выравнивающего заряда для других марок АКБ уточняйте у производителя.

Если выравнивающий заряд не помогает, то отбалансировать АКБ можно, например, при помощи зарядного устройства от сети 220 Вольт, проведя выравнивающий заряд обеих АКБ по отдельности.

Если при повторной проверке разбалансировка снова будет более 0,1 Вольта, то нужно повторить подзаряд только АКБ с меньшим напряжением.

Для автоматической балансировки существуют специальные устройства — балансиры.

Если необходимо увеличить емкость аккумуляторов 12 Вольт, применяется параллельное соединение.

Важно

Для параллельного соединения рекомендуется использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости и одинаковой модели.

Однако, возможно использование и разных моделей и даже разных емкостей, но при этом зарядные токи будут распределяться неравномерно, что может привести к сокращению срока службы АКБ.

При параллельном соединении важно подключать нагрузку “по диагонали”, как это видно на рисунке выше. Такое подключение совместно с применением перемычек одинаковой длины позволит сбалансировать зарядные и разрядные токи каждого аккумулятора, что приведет к продлению срока службы АКБ.

Если нужно собрать батарею большой ёмкости на напряжение 24 Вольта, то применяется последовательно-параллельное соединение аккумуляторов. При этом нужно принять во внимание и рекомендации по последовательному соединению и по параллельному соединению АКБ.

Источник: https://www.solnechnye.ru/akkumulyatory/rekomendacii-po-ekspluatacii-akkumulyatorov-parallelno-posledovatelno.htm

Соединение конденсаторов: последовательное, параллельное и смешанное

В электротехнике существуют различные варианты подключения электрических элементов. В частности, существует последовательное, параллельное или смешанное соединение конденсаторов, в зависимости от потребностей схемы. Рассмотрим их.

Параллельное соединение

Параллельное соединение характеризуется тем, что все пластины электрических конденсаторов присоединяются к точкам включения и образовывают собой батареи. В таком случае, во время заряда конденсаторов каждый из них будет иметь различное число электрических зарядов при одинаковом количестве подводимой энергии

Схема параллельного крепления

Емкость при параллельной установке рассчитывается исходя из емкостей всех конденсаторов в схеме. При этом, количество электрической энергии, поступающей на все отдельные двухполюсные элементы цепи, можно будет рассчитать, суммировав сумму энергии, помещающейся в каждый конденсатор. Вся схема, подключенная таким образом, рассчитывается как один двухполюсник.

Cобщ = C1 + C2 + C3

Схема – напряжение на накопителях

В отличие от соединения звездой, на обкладки всех конденсаторов попадает одинаковое напряжение. Например, на схеме выше мы видим, что:

VAB = VC1 = VC2 = VC3 = 20 Вольт

Последовательное соединение

Здесь к точкам включения присоединяются контакты только первого и последнего конденсатора.

Схема – схема последовательного соединения

Главной особенностью работы схемы является то, что электрическая энергия будет проходить только по одному направлению, значит, что в каждом из конденсаторов ток будет одинаковым.

В такой цепи для каждого накопителя, независимо от его емкости, будет обеспечиваться равное накопление проходящей энергии.

Нужно понимать, что каждый из них последовательно соприкасается со следующим и предыдущим, а значит, емкость при последовательном типе может воспроизводиться энергией соседнего накопителя.

Формула, которая отражает зависимость тока от соединения конденсаторов, имеет такой вид:

i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4, то есть токи проходящие через каждый конденсатор равны между собой.

Следовательно, одинаковой будет не только сила тока, но и электрический заряд. По формуле это определяется как:

Qобщ= Q1 = Q2 = Q3

А так определяется общая суммарная емкость конденсаторов при последовательном соединении:

1/Cобщ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

Видео: как соединять конденсаторы параллельным и последовательным методом

Смешанное подключение

Но, стоит учитывать, что для соединения различных конденсаторов необходимо учитывать напряжение сети. Для каждого полупроводника этот показатель будет отличаться в зависимости от емкости элемента.

Отсюда следует, что отдельные группы полупроводниковых двухполюсников малой емкости будут при зарядке становиться больше, и наоборот, электроемкость большого размера будет нуждаться в меньшем заряде.

Схема: смешанное соединение конденсаторов

Существует также смешанное соединение двух и более конденсаторов.

Здесь электрическая энергия распределяется одновременно при помощи параллельного и последовательного подключения электролитических элементов в цепь. Эта схема имеет несколько участков с различным подключением конденсирующих двухполюсников.

Совет

Иными словами, на одном цепь параллельно включена, на другом – последовательно. Такая электрическая схема имеет ряд достоинств сравнительно с традиционными:

  1. Можно использовать для любых целей: подключения электродвигателя, станочного оборудования, радиотехнических приборов;
  2. Простой расчет. Для монтажа вся схема разбивается на отдельные участки цепи, которые рассчитываются по отдельности;
  3. Свойства компонентов не изменяются независимо от изменений электромагнитного поля, силы тока. Это очень важно при работе с разноименными двухполюсниками. Ёмкость постоянна при постоянном напряжении, но, при этом, потенциал пропорционален заряду;
  4. Если требуется собрать несколько неполярных полупроводниковых двухполюсников из полярных, то нужно взять несколько однополюсных двухполюсника и соединить их встречно-параллельным способом (в треугольник). Минус к минусу, а плюс к плюсу. Таким образом, за счет увеличения емкости изменяется принцип работы двухполюсного полупроводника.

Источник: https://www.asutpp.ru/soedinenie-kondensatorov.html

Последовательная и параллельная конфигурация соединения аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареямОпубликовано 10.04.

2016 14:30Автор: 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.

Обратите внимание

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.

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.

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.

Важно

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.

Совет

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.

Обратите внимание

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.

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.

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.

Важно

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.

  • 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.

  • 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

Источник: https://best-energy.com.ua/support/battery/bu-302

Что будет если соединить два аккумулятора параллельно?

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.

Как соединить два аккумулятора для увеличения емкости?

Если необходимо увеличить емкость аккумуляторов 12 Вольт, применяется параллельное соединение. Для параллельного соединения рекомендуется использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости и одинаковой модели.

В чем разница между параллельным и последовательным соединением?

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова. При этом общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из проводников. При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов.

Можно ли соединять последовательно литиевые аккумуляторы разной емкости?

Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора.

Как увеличить емкость аккумулятора Li Ion?

Другой способ увеличить емкость li-ion аккумуляторов, не менее сомнительный – срезать пластик на батарее, найти главные контакты и на миг замкнуть их металлическим предметом. Возвращают крышку на место и оставляют для высыхания.

Можно ли заряжать параллельно соединенные аккумуляторы?

Можно, но только соединение аккумуляторов делать последовательное. Соответственно, и ЗУ должно выдавать подходящее напряжение и будет хорошо, если оно будет регулируемым для заряда от одного до четырёх аккумуляторов.

В каком случае на практике используется параллельное соединение?

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга.

Как найти ток при параллельном соединении?

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: I = I1 + I2.

Что такое параллельное соединение потребителей?

При параллельном соединении все потребители подключены к одному источнику тока, между клеммами которого имеется определённое напряжение. Каждый потребитель получает полное напряжение цепи. При параллельном соединении общий ток является суммой токов, протекающих через отдельные потребители.

Как ставить аккумулятор сначала минус?

Соответственно, одевать на аккумулятор первой следует клемму “плюс”, а уже потом накидывать “минус”. Важно: В отличие от процесса снятия аккумулятора, его установка гораздо более потенциально опасный процесс. Здесь нельзя сначала накинуть “минус”, а потом “плюс”, иначе велик риск повреждения бортовой сети.

Как последовательно соединить аккумуляторы?

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.

Как складывается емкость аккумуляторов?

При последовательном соединении аккумуляторных батарей, емкость общей батареи остается такой же как и у каждого аккумулятора из цепи, а напряжение суммируется. То есть при последовательном соединении 4шт. АКБ 200 А*ч, 12 В – мы получим общую батарею емкостью 200 А*ч, и напряжением 48 В.

Что увеличивается при параллельном соединении?

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.

Как правильно заряжать аккумулятор 18650?

Как заряжать АКБ 18650

  1. На раннем этапе необходимо подавать не более 0,05 В. Заканчивают процедуру, повышая параметр до 4,2 В. …
  2. Ток заряда должен составлять 0,5-1 А. …
  3. Ускоренные способы зарядки нужно применять только в экстренных случаях. …
  4. Рекомендуется использовать устройства, автоматически контролирующие ход зарядки.

Последовательное соединение конденсаторов: особенности и примеры

Последовательное соединение конденсаторов – батарея, образованная цепочкой конденсаторов. Отсутствует ветвление, выход одного элемента подключается к входу следующего.

Физические процессы при последовательном соединении

При последовательном соединении конденсаторов заряд каждого равноценен. Обусловлено природным принципом равновесия. С источником соединены только крайние обкладки, другие заряжаются путем перераспределения меж ними зарядов. Используя равенство, находим:

q = q1 = q2 = U1 C1 = U2 C2, откуда запишем:

U1/U2 = C2/C1.

Напряжения меж конденсаторами распределяются обратно пропорционально номинальным емкостям. В сумме оба составляют вольтаж питающей сети. При разряде конструкция способна отдать заряд q вне зависимости от того, сколько конденсаторов включено последовательно. Емкость батареи найдем из формулы:

C = q/u = q/(U1 + U2), подставляя выражения, приведенные выше, приводя к общему знаменателю:

1/С = 1/С1 + 1/С2.

Вычисление общей емкости батареи

При последовательном соединении конденсаторов в батарею складываются величины, обратные номинальным емкостям. Приводя последнее выражение к общему знаменателю, переворачивая дроби, получаем:

С = C1C2/(C1 + C2).

Выражение используется для нахождения емкости батареи. Если конденсаторов более двух, формула усложняется. Для нахождения ответа номиналы перемножаются меж собой, выходит числитель дроби. В знаменатель ставят попарные произведения двух номиналов, перебирая комбинации. Практически иногда удобнее вести вычисление через обратные величины. Полученным результатом разделить единицу.

Соединение последовательное конденсаторов

Формула сильно упрощается, если номиналы батареи одинаковы. Требуется просто цифру поделить общим числом элементов, получая результирующее значение. Напряжение распределится равномерно, следовательно, достаточно номинал питающей сети разбить поровну на общее число. При питании аккумулятором 12 вольт, 4-х емкостях, на каждой упадет 3 вольта.

Одно упрощение сделаем для случая, когда номиналы равны, одна емкость включена переменная, чтобы подстраивать результат. Тогда максимальное напряжение каждого элемента удастся приближенно найти, разделив вольтаж источника уменьшенным на единицу количеством. Получится результат с заведомым запасом. Что касается переменной емкости, требования намного жёстче. В идеале рабочее значение перекрывает вольтаж источника.

Необходимость в последовательном соединении

На первый взгляд идея соединения конденсаторов батареей последовательным образом покажется лишенной смысла. Первое преимущество очевидно: падают требования к максимальному напряжению обкладок. Больше рабочий вольтаж, дороже изделие. Подобным образом мир видит радиолюбитель, владеющий рядом низковольтных конденсаторов, желающий применить железо составной частью высоковольтной цепи.

Рассчитывая по приведенным выше формулам действующие напряжения элементом, можно легко решить поставленную задачу. Рассмотрим для пущей наглядности пример:

Пусть установлены аккумулятор напряжением 12 вольт, три емкости номиналами 1, 2 и 4 нФ. Найдем напряжение при последовательном соединении элементов батареей.

Решение:

Для нахождения трех неизвестных потрудитесь составить равное количество уравнения. Известно из курса высшей математики. Результат будет выглядеть следующим образом:

  1. U1 + U2 + U3 = 12;
  2. U1/U2 = 2/1 = 2, откуда запишем: U1 = 2U2;
  3. U2/U3 = 4/2 = 2, откуда видно: U2 = 2U

Не сложно заметить, последние два выражения подставим первому, выразив 12 вольт через вольтаж третьего конденсатора. Получится следующее:

4U3 + 2U3 + U3 = 12, откуда находим, напряжение третьего конденсатора составляет 12/7 = 1,714 вольта, U2 – 3,43 вольта, U1 – 6,86 вольта. Сумма чисел дает 12, каждое меньше напряжения питающего аккумулятора. Причем тем больше разница, чем меньший номинал у соседей. Из этого правила следует: в последовательном соединении конденсаторы низкой емкости показывают большее рабочее напряжение. Найдем для определенности номинал составленной батареи, заодно проиллюстрируем формулу, поскольку выше описана чисто словесно:

С = С1С2С3/(С1С2 + С2С3 + С1С3) = 8/(2 + 8 + 4) = 8/14 = 571 пФ.

Результирующий номинал меньше каждого конденсатора, составляющего последовательное соединение. Из правила видно: максимальное влияние на суммарную емкость оказывает меньший. Следовательно, при необходимости подстройки полного номинала батареи должен быть переменный конденсатор. В противном случае поворот винта не окажет большого влияния на конечный результат.

Видим очередной подводный камень: после подстройки распределение напряжений по конденсаторам изменится. Просчитайте крайние случаи, дабы вольтаж не превысил рабочее значение для составляющих батарею элементов.

Программные пакеты исследования электрических цепей

Помимо онлайн- калькуляторов расчета последовательного соединения конденсаторов присутствуют и инструменты помощнее. Большой минус общедоступных средств объясняется нежеланием сайтов проверять программный код, значит, содержат ошибки. Плохо, если одна емкость выйдет из строя, сломленная процессом испытаний неправильно собранной схемы. Не единственный недостаток. Иногда схемы гораздо сложнее, разобраться комплексно невозможно.

В отдельных приборах встречаются фильтры высокой частоты, использующие конденсатор, включенные каскадами. Тогда на схеме помимо замыкания через резистор на землю образуется последовательное соединение емкостей. Обычно не применяют формулу, показанную выше. Принято считать, каждый каскад фильтра существует отдельно, результат прохождения сигнала описывается амплитудно-частотной характеристикой. Графиком, показывающим, как сильно обрежет на выходе спектральную составляющую сигнала.

Желающим провести ориентировочные расчеты рекомендуется ознакомиться с программным пакетом персонального компьютера Electronics Workbench. Конструктив выполнен по английским стандартам, потрудитесь учитывать нюанс: обозначение резисторов на электрической схеме изломанным зигзагом. Номиналы, названия элементов будут изложены на иностранный манер. Не мешает пользоваться оболочкой, предоставляющей оператору гору источников питания различного толка.

И главное – Electronics Workbench позволит задать контрольные точки на каждой, в режиме реального времени посмотреть напряжение, ток, спектр, форму сигнала. Полагается дополнить проект амперметром, вольтметром, прочими аналогичного толка приборами.

При помощи такого программного пакета смоделируете ситуацию, посмотрите, сколько падает напряжения на элементе батареи. Уберегает от громоздких расчетов, намного ускоряя процесс проектирования схемы. Одновременно исключаются ошибки. Легко и просто становится добавлять, удалять конденсаторы с немедленной оценкой результата.

Рабочий пример

Скрин показывает рабочий стол Electronics Workbench 5.12 с собранной электрической схемой последовательного соединения конденсаторов. Каждый емкостью 1 мкФ, одинаковые элементы взяты для целей демонстрации. Чтобы каждый мог без труда проверить правильность.

Последовательная батарея конденсаторов

Обратим вначале внимание на источник. Переменное напряжение частотой 60 Гц. В стране разработчика действует иной стандарт, нежели российские. Рекомендуется правой кнопкой мыши щелкнуть источник, посетить свойства, выставить:

  1. Частоту (frequency) 50 Гц вместо 60 Гц.
  2. Действующее значение напряжения (voltage) 220 вольт вместо 120.
  3. Фазу (phase – имитация реактивности) взять согласно своим нуждам.

Для буквоедов будет полезно полистать свойства элементов цепи. У источника вольны задать допустимое отклонение напряжения (voltage tolerance) в процентах. Достаточно добавить один резистор размером 1 кОм, цепь становится фильтром верхних частот. Рекомендуется не упрощать действия. Поставить правильно знак заземления, убедиться: схема полностью тривиальна. В противном случае результаты заставят надолго поломать голову.

Построение графиков

Проиллюстрированный скрином фильтр верхних частот обнаруживает подъем амплитудно-частотной характеристики в районе 1 кГц. При нахождении полосы пропускания необходимо учесть: вертикальная шкала логарифмическая. Посему срез на уровне 70% максимума не соответствует семи десятым высоты пологой части пика. Заядлым любителям будет интересна фазочастотная характеристика, в окне расположенная снизу.

Тот и другой график строятся из меню Analysis раздел AC Frequency. А еще тут… Fourier. Доступно посмотреть спектр выходного сигнала. В нашем случае не будет ничего интересного, поскольку собрали унылый пассивный фильтр, колебание на входе гармоническое. Гораздо интереснее наблюдать спектр импульсного сигнала.

График отклика

Раздел Transient показывает отклик на подачу фронта питающего напряжения. На графике фактически представлен процесс заряда батареи, откуда найдем постоянную времени по уровню 0,7 максимума. Тонкости понятны желающим собрать сглаживающий фильтр амплитудного детектора. Как видно из графика, значение составляет 250 мкс. Параметр определяется из окна следующим образом:

  1. Считается, за три постоянные времени цепи заряд конденсаторов, разряд производится приблизительно на 95%.
  2. Легко заметить, точка находится в районе 800 мкс.
  3. Следует разделить значение на три, получится постоянная времени батареи последовательно соединенных конденсаторов.

По-другому постоянная времени вычисляется произведением сопротивления на общую емкость батареи. Пользуясь приведенными выше формулами, вычислим: С = 1 мкФ / 4 = 250 нФ. Осталось умножить значение на 1000 Ом, получится 250 мкс. Программный пакет Electronics Workbench 5.12 при умелом использовании высвобождает уйму свободного времени.

Версия ПО

Раздобыть программный пакет расчета электрики

В интернете бытует мнение: автором Electronics Workbench выступает дочерняя компания корпорации National Instruments, разрабатывающая программное обеспечение. Неправда. Из окна авторских прав упомянутого приложения видно: разработка выполнена отделом Interactive Image Technologies.

Вышеозначенное подразделение обрело самостоятельность в 1995 году. Отдел направленно занимался рекламными и обучающими материалами. Electronics Workbench разработан для целей обучения студентов Канады. Потом программный продукт распространился всемирно, с некоторых пор именуется Multisim.

Обновленный программный продукт продают официальные дилеры, перечень представлен официальным сайтом компании National Instruments: russia.ni.com/contact. На момент исследования счастливчиками, получившими право купить ПО не выезжая за город, назовем жителей Москвы, Санкт-Петербурга. Удачи решившимся связаться с официальными представителями, в Multisim добавлены новые фишки:

  1. Более 36000 схемных элементов.
  2. Возможность разработки печатных плат на основе собранной электрической схемы.
  3. Продвинутые опции анализа вместо убогости, демонстрируемой скринам, версии 20-летней давности.

Что такое аккумулятор? — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 22

Использование

Однокамерный

Некоторые схемы могут питаться от одного элемента, но убедитесь, что батарея может обеспечивать достаточное напряжение и ток.

Этот Photon Battery Shield питается от одного элемента LiPo

Если напряжение слишком высокое или слишком низкое для вашей схемы, вам, вероятно, понадобится преобразователь постоянного тока в постоянный.

серии

Чтобы увеличить напряжение между выводами батареи, вы можете расположить элементы последовательно. Последовательность означает штабелирование ячеек встык, соединение анода одного с катодом следующего.

Последовательно соединяя батареи, вы увеличиваете общее напряжение. Сложите напряжение всех ячеек, чтобы определить рабочее напряжение. Емкость остается прежней.

В этом примере четыре ячейки 1,5 В соединены последовательно.Напряжение на нагрузке составляет 6 В, а общий набор аккумуляторов имеет емкость 2000 мАч.

В большинстве бытовых электронных устройств, в которых используются щелочные батареи, батареи устанавливаются последовательно. Например, этот держатель батареек 2x AA может поднять номинальное напряжение до 3 В для проекта.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы заряжаете литий-ионные или литий-полимерные батареи последовательно, вам необходимо обязательно использовать специальные схемы, известные как «балансировщик», чтобы гарантировать равномерное напряжение между элементами.Некоторые зарядные устройства, такие как это, имеют балансиры для безопасной зарядки.

Параллельный

Если напряжение одного элемента соответствует нагрузке, вы можете добавить батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Обратите внимание, что это также означает увеличение доступного тока (C-Rate).

Будьте осторожны при параллельном подключении аккумуляторов! Все элементы должны иметь одинаковое номинальное напряжение и одинаковый уровень заряда. Если есть какие-либо различия в напряжении, может произойти короткое замыкание, что приведет к перегреву и, возможно, возгоранию.

В этом примере четыре ячейки 1,5 В подключены параллельно. Напряжение на нагрузке остается на уровне 1,5 В, но общая емкость увеличивается до 8000 мАч.

Серия

и параллельный

Если вы хотите увеличить напряжение и емкость, вы можете комбинировать последовательные и параллельные батареи. Еще раз убедитесь, что уровень напряжения одинаков для батарей, включенных параллельно, так как может произойти короткое замыкание.

В этом примере полное напряжение на нагрузке составляет 3 В, а общая емкость аккумуляторов составляет 4000 мАч.

В больших аккумуляторных блоках, особенно литий-ионных, вы часто видите конфигурацию, указанную с использованием «S» и «P» для последовательного и параллельного подключения. Конфигурация схемы выше — 2S2P. В качестве практического примера современные электромобили используют массивные массивы батарей, соединенных последовательно и параллельно.


← Предыдущая страница
Терминология

аккумуляторов — добавление мАч при последовательном подключении аккумуляторных элементов?

Сводка

  • мАч остаются неизменными при последовательном подключении ячеек — при условии, что все элементы имеют одинаковую емкость.

  • Особый и необычный случай Если две ячейки соединены последовательно и имеют разную емкость мАч, эффективная емкость соответствует емкости ячеек с меньшей емкостью мАч. Обычно это не делается, но иногда это имеет смысл.

  • мАч добавляются при параллельном подключении ячеек (но есть технические проблемы, которые означают, что это может быть непросто).


Ответ можно получить, если учесть, что означает емкость мАч :

мАч = произведение мА × часов, которое обеспечит аккумулятор.

Хотя есть (как всегда) сложности, это означает, что, например, элемент емкостью 1500 мАч будет обеспечивать 1500 мА в течение одного часа или 500 мА в течение 3 часов или 850 мА в течение 2 часов или даже 193,9 мкА в течение одного года (193,9 мкА x 8765 часов = 1500 мА · часов).

На практике емкость ячейки зависит от нагрузки. Элемент обычно достигает своей номинальной мощности при нагрузке со скоростью C1 = 1 час. например, 1500 мАч = 1500 мА в течение одного часа. НО аккумулятор емкостью 1500 мАч, нагруженный, скажем, 5 В (5 x 1500 = 7500 мА = 7.5А) НЕ будет делать этого в течение 1/5 часа = 12 минут — и может вообще не выдавать 7,5 А даже при коротком замыкании. Нагрузка, скажем, C / 10 = 150 мА или C / 100 = 15 мА, может производить более 1500 мАч в целом, НО нагрузка, скажем, 150 мкА = 10000 x так долго = 10000 часов = около 14 месяцев может производить менее 1500 мАч, если батарея со временем быстро разряжается.

А

Если элемент будет вырабатывать, скажем, 2000 мА в течение 1 часа при напряжении 3,7 В (типичное значение для литий-ионных элементов 18650), то два идентичных элемента будут делать то же самое при независимом тестировании.Если вместо использования двух нагрузок вы подключаете ячейки последовательно и потребляете тот же ток, что и раньше, идентичный ток течет через обе ячейки. Вы все еще можете потреблять только 2000 мА в течение одного часа, НО доступное напряжение увеличилось вдвое.


Если вы используете 2 ячейки по 3,7 В, 2000 мАч параллельно для управления номинальной нагрузкой 3,7 В, одна ячейка может обеспечивать 2000 мА в течение одного часа или 200 мА в течение 10 часов и т. Д. И другая ячейка может делать то же самое. Так что рейтинги мАч прибавляются.

Если одна ячейка имеет больше мАч, чем другая, мАч ТЕНД необходимо добавлять при параллельном подключении.Скажем, у вас есть элементы емкостью 1000 мАч и 2000 мАч, подключенные параллельно, каждая из которых рассчитана на номинальное напряжение 3,7 В, поскольку меньшая батарея теряет емкость, ее напряжение будет снижаться быстрее, поэтому большая батарея будет обеспечивать больший ток, поэтому они будут ТЕНДЕНЦИИ для баланса. YMMV, и это обычно не очень хорошая практика без конкретного дизайна того, что происходит.


В специальном корпусе , о котором я упоминал выше, у вас может быть герметичная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея на 12 Ач, 7 Ач, любимая в индустрии сигнализации. Возможно, вы захотите использовать переключатель высокого уровня N-канала, которому требуется напряжение затвора, скажем, на 4 В выше шины +12.Если вы используете «транзисторную радиобатарею PP3» на 9 В и подключаете ее отрицательную клемму к +12 В, тогда положительная клемма PP3 изначально будет на 12 + 9 = 21 В. N-канальному MOSFET требуется 12 + 4 = 16 В, поэтому объединенный PP3 + SLA, за которым следует регулятор, будет управлять им до тех пор, пока объединенное напряжение не упадет ниже 16 В. Этого никогда не должно происходить, так как «мертвое напряжение» PP3 = 6 В, а Sla не должно быть ниже, скажем, 11 В, поэтому минимальное доступное напряжение = 11 + 6 = 17 В.

Если вы используете его время от времени и отсоединяете аккумулятор, когда не используете, PP3 прослужит долго.Если PP3 рассчитан, скажем, на 150 мАч, и если cct на верхней стороне полевого транзистора потребляет стабильные 10 мА, когда oj, то PP3 прослужит ~~ = 150/10 = 15 часов. Это может быть приемлемо или нет в зависимости от приложения.

НО SLA имеет емкость 7 Ач = 7000 мАч, НО комбинация может обеспечить только 150 мАч при> = 17 Вольт. Таким образом, по сути, мАч принадлежит гораздо меньшему по размеру PP3. Это для задачи, которая требует комбинированного напряжения — выход 12 В по-прежнему имеет полную емкость 7 Ач.

Практические соображения — Аккумуляторы | Аккумуляторы и системы питания

При соединении батарей вместе, чтобы сформировать более крупные «банки» (батарея , батарей?), Составляющие батареи должны быть согласованы друг с другом, чтобы не создавать проблем.

Батареи серии

Сначала рассмотрим последовательное подключение аккумуляторов для большего напряжения:

Мы знаем, что ток одинаков во всех точках последовательной цепи, поэтому, какая бы величина тока ни была в одной из последовательно соединенных батарей, должна быть одинаковой и для всех остальных. По этой причине каждая батарея должна иметь одинаковую мощность в ампер-часах, иначе некоторые батареи разрядятся раньше, чем другие, что поставит под угрозу емкость всего банка.Обратите внимание, что общая емкость батарейного блока этой серии не зависит от количества батарей.

Батареи в параллель

Далее мы рассмотрим подключение батарей параллельно для большей емкости по току (меньшее внутреннее сопротивление) или большей емкости в ампер-часах:

Мы знаем, что напряжение одинаково на всех ветвях параллельной цепи, поэтому мы должны быть уверены, что эти батареи имеют одинаковое напряжение. В противном случае у нас будут относительно большие токи, циркулирующие от одной батареи к другой, причем батареи с более высоким напряжением превосходят батареи с низким напряжением.Это не хорошо.

Максимальная токовая защита

По той же теме, мы должны быть уверены, что любая максимальная токовая защита (автоматические выключатели или предохранители) установлена ​​таким образом, чтобы быть эффективной. Для нашей последовательной аккумуляторной батареи одного предохранителя будет достаточно, чтобы защитить проводку от чрезмерного тока, поскольку любой разрыв в последовательной цепи прекращает ток во всех частях цепи:

При параллельном блоке батарей одного предохранителя достаточно для защиты проводки от перегрузки по току (между параллельно соединенными батареями и нагрузкой), но у нас есть и другие проблемы, от которых необходимо защитить.Известно, что батареи имеют внутреннее короткое замыкание из-за неисправности сепаратора электродов, что вызывает проблему, похожую на ту, где батареи с неравным напряжением подключены параллельно: исправные батареи будут превосходить вышедшую из строя батарею (более низкое напряжение), вызывая относительно большие токи внутри соединительных проводов батарей. Чтобы избежать такой возможности, мы должны защитить каждую батарею от перегрузки по току с помощью отдельных предохранителей батареи в дополнение к предохранителю нагрузки:

При работе с аккумуляторными батареями особое внимание следует уделять методу и времени зарядки.Различные типы и конструкции батарей имеют разные потребности в зарядке, и рекомендации производителя, вероятно, являются лучшим руководством, которому следует следовать при проектировании или обслуживании системы. При зарядке аккумуляторов возникают две проблемы: , циклически, и , перезаряжаются, . Цикличность относится к процессу зарядки аккумулятора до «полного» состояния, а затем его разрядки до более низкого состояния. Все батареи имеют ограниченный (ограниченный) срок службы, а допустимая «глубина» цикла (как долго она должна быть разряжена в любой момент) варьируется от конструкции к конструкции.Перезарядка — это состояние, при котором ток продолжает возвращаться через вторичную ячейку за пределы точки, в которой ячейка достигла полного заряда. В частности, в свинцово-кислотных элементах перезарядка приводит к электролизу воды («кипячению» воды из батареи) и сокращает срок службы.

Любая батарея, содержащая воду в электролите, может выделять водород в результате электролиза. Это особенно верно для перезаряженных свинцово-кислотных элементов, но не только для этого типа.Водород — чрезвычайно легковоспламеняющийся газ (особенно в присутствии свободного кислорода, образующегося в результате того же процесса электролиза), без запаха и цвета. Такие батареи представляют опасность взрыва даже при нормальных условиях эксплуатации и требуют уважительного обращения. Автор был непосредственным свидетелем взрыва свинцово-кислотной батареи, когда искра, образовавшаяся при извлечении зарядного устройства (небольшого источника питания постоянного тока) из автомобильной батареи, зажгла газообразный водород внутри корпуса батареи, оторвав верхнюю часть батареи. и брызги серной кислоты повсюду.Это произошло в автомобильном магазине средней школы, не меньше. Если бы не все студенты, находившиеся поблизости, были в защитных очках и комбинезонах с застегнутыми воротниками, могла бы произойти серьезная травма.

При подключении и отключении зарядного оборудования от аккумулятора всегда выполняйте последнее подключение (или первое отключение) в месте, удаленном от самого аккумулятора (например, в точке на одном из кабелей аккумулятора, по крайней мере, в футе от аккумулятора. ), так что любая возникающая искра практически не может воспламенить газообразный водород.

В больших стационарных аккумуляторных батареях батареи оборудованы вентиляционными крышками над каждой ячейкой, а газообразный водород удаляется за пределы аккумуляторной комнаты через вытяжные колпаки непосредственно над батареями. Газообразный водород очень легкий и быстро поднимается. Наибольшая опасность возникает, когда ему позволяют скапливаться в зоне в ожидании возгорания.

Более современные конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов герметичны и изготовлены для повторного объединения электролизованного водорода и кислорода обратно в воду внутри самого корпуса аккумулятора.Адекватная вентиляция может быть хорошей идеей на случай, если батарея протечет.

ОБЗОР:

  • Последовательное подключение батарей увеличивает напряжение, но не увеличивает общую емкость в ампер-часах.
  • Все батареи в последовательном банке должны иметь одинаковый номинал ампер-часов.
  • Параллельное подключение аккумуляторов увеличивает общую емкость по току за счет уменьшения общего сопротивления, а также увеличивает общую емкость в ампер-часах.
  • Все батареи в параллельном блоке должны иметь одинаковое номинальное напряжение .
  • Батареи могут быть повреждены из-за чрезмерной перезарядки , и , перезарядки .
  • Батареи с электролитом на водной основе способны выделять взрывоопасный газообразный водород, который не должен накапливаться в помещении.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

BU-302: Последовательная и параллельная конфигурации батарей

BU-302: Конфигурация батарей в серии и Паралело (Español)

Узнайте, как расположить батареи для увеличения напряжения или увеличения емкости.

Батареи достигают желаемого рабочего напряжения путем последовательного соединения нескольких ячеек; каждая ячейка складывает свой потенциал напряжения, чтобы получить общее напряжение на клеммах. Параллельное соединение обеспечивает более высокую мощность за счет суммирования общего ампер-часа (Ач).

Некоторые блоки могут состоять из комбинации последовательного и параллельного подключения. Аккумуляторы для ноутбуков обычно имеют четыре литий-ионных элемента 3,6 В последовательно для достижения номинального напряжения 14,4 В и два параллельно для увеличения емкости с 2400 мАч до 4800 мАч.Такая конфигурация называется 4s2p, что означает четыре ячейки последовательно и две параллельно. Изоляционная фольга между ячейками предотвращает электрическое короткое замыкание проводящей металлической оболочкой.

Аккумуляторы большинства типов подходят для последовательного и параллельного подключения. Важно использовать батареи одного и того же типа с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать батареи разных производителей и размеров. Более слабая ячейка вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи определяется самым слабым звеном в цепи.Аналогия — это цепочка, звенья которой представляют последовательно соединенные элементы батареи (рис. 1).

Рисунок 1: Сравнение аккумулятора с цепью.
Звенья цепи представляют собой элементы, включенные последовательно для увеличения напряжения, удвоение звена означает параллельное соединение для увеличения нагрузки по току.

Слабая ячейка может не сразу выйти из строя, но при нагрузке будет исчерпана быстрее, чем сильные. При зарядке аккумулятор с низким уровнем заряда заполняется раньше, чем с высоким уровнем заряда, потому что его нужно заполнить меньше, и он остается в избыточном заряде дольше, чем другие.При разряде слабая ячейка опорожняется первой, и ее забивают более сильные братья. Ячейки в групповых упаковках должны быть согласованы, особенно при использовании под большими нагрузками. (См. BU-803a: Несоответствие ячеек, балансировка).


Одноэлементные приложения

Одноэлементная конфигурация представляет собой простейший аккумуляторный блок; элемент не требует согласования, и схема защиты на небольшом литий-ионном элементе может быть простой. Типичными примерами являются мобильные телефоны и планшеты с одним литий-ионным аккумулятором 3,60 В. Другое использование одной ячейки — это настенные часы, в которых обычно используется цифра 1.Щелочная батарея 5 В, наручные часы и резервное копирование памяти, большинство из которых являются приложениями с очень низким энергопотреблением.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи на никелевой основе составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В; оксид серебра составляет 1,6 В, а свинцово-кислотный — 2,0 В. Первичные литиевые батареи находятся в диапазоне от 3,0 до 3,9 В. Литий-ионный — 3,6 В; Li-фосфат — 3,2 В, а литий-титанат — 2,4 В.

В литий-марганцевых и других системах на основе лития часто используются элементы с напряжением 3,7 В и выше. Это связано не столько с химией, сколько с увеличением ватт-часов (Втч), что становится возможным при более высоком напряжении.Аргумент гласит, что низкое внутреннее сопротивление элемента поддерживает высокое напряжение под нагрузкой. Для рабочих целей эти ячейки подходят как кандидаты на 3,6 В. (См. BU-303 «Путаница с напряжениями»)

Подключение серии


В переносном оборудовании, требующем более высоких напряжений, используются аккумуляторные блоки с двумя или более элементами, соединенными последовательно. На рисунке 2 показан аккумуляторный блок с четырьмя последовательно соединенными литий-ионными элементами 3,6 В, также известными как 4S, для получения номинального напряжения 14,4 В. Для сравнения, свинцово-кислотная цепочка из шести элементов с 2 В на элемент будет генерировать 12 В, а четыре щелочных — с 1.5 В / элемент даст 6 В.

Рисунок 2: S eries соединение четырех ячеек (4s).
Добавление ячеек в цепочку увеличивает напряжение; емкость остается прежней.
Предоставлено Cadex


Если вам нужно нечетное напряжение, скажем, 9,50 В, подключите последовательно пять свинцово-кислотных, восемь NiMH или NiCd или три Li-ion. Конечное напряжение батареи не обязательно должно быть точным, если оно выше, чем указано в устройстве.Источник питания 12 В может работать вместо 9,50 В. Большинство устройств с батарейным питанием могут выдерживать некоторое перенапряжение; однако необходимо соблюдать напряжение в конце разряда.

Высоковольтные батареи сохраняют малый размер проводника. Аккумуляторные электроинструменты работают от батарей 12 В и 18 В; в моделях высокого класса используются 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов поставляются с литий-ионным аккумулятором 36 В, некоторые — 48 В. Автомобильная промышленность хотела увеличить стартерную батарею с 12 В (14 В) до 36 В, более известную как 42 В, путем последовательного размещения 18 свинцово-кислотных элементов.Логистика замены электрических компонентов и проблемы с дугой на механических переключателях сорвали ход.

Некоторые легкие гибридные автомобили работают от литий-ионных аккумуляторов 48 В и используют преобразование постоянного тока в 12 В для электрической системы. Запуск двигателя часто осуществляется отдельной свинцово-кислотной батареей на 12 В. Ранние гибридные автомобили работали от батареи 148 В; электромобили обычно 450–500 В. Такой аккумулятор требует более 100 последовательно соединенных литий-ионных элементов.

Высоковольтные батареи требуют тщательного согласования ячеек, особенно при работе с большими нагрузками или при работе при низких температурах.Если несколько ячеек соединены в цепочку, вероятность отказа одной ячейки реальна, и это приведет к сбою. Чтобы этого не произошло, твердотельный переключатель в некоторых больших батареях обходит неисправную ячейку, чтобы обеспечить непрерывный ток, хотя и при более низком напряжении в цепочке.

Сопоставление ячеек является проблемой при замене неисправного элемента в устаревшем пакете. Новая ячейка имеет большую емкость, чем другие, что вызывает дисбаланс. Сварная конструкция усложняет ремонт, поэтому аккумуляторные блоки обычно заменяются целиком.

Высоковольтные батареи в электромобилях, полная замена которых невозможна, делят батарею на модули, каждый из которых состоит из определенного количества ячеек. Если одна ячейка выходит из строя, заменяется только затронутый модуль. Небольшой дисбаланс может возникнуть, если новый модуль будет оснащен новыми ячейками. (См. BU-910: Как отремонтировать аккумуляторный блок.)

На рисунке 3 показан аккумуляторный блок, в котором «ячейка 3» выдает только 2,8 В вместо полностью номинальных 3,6 В. При пониженном рабочем напряжении эта батарея достигает точки окончания разряда раньше, чем обычная батарея.Напряжение падает, и устройство выключается с сообщением «Батарея разряжена».


Рисунок 3: S eries соединение с неисправной ячейкой.
Неисправная ячейка 3 снижает напряжение и преждевременно отключает оборудование.
Предоставлено Cadex


Батареи в дронах и пультах дистанционного управления для любителей, которым требуется высокий ток нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если одна ячейка в цепочке слаба. Максимальный ток нагружает хрупкие ячейки, что может привести к поломке.Считывание напряжения после заряда не позволяет выявить эту аномалию; проверка баланса ячеек или проверка емкости с помощью анализатора батарей.


Отвод в последовательную цепочку

Существует обычная практика, когда в последовательную цепочку свинцово-кислотного массива вводят ответвления для получения более низкого напряжения. Для тяжелонагруженного оборудования, работающего от батарейного блока 24 В, может потребоваться источник питания 12 В для вспомогательной работы, и это напряжение удобно доступно в промежуточной точке.

Постукивание не рекомендуется, поскольку оно создает дисбаланс ячеек, так как одна сторона батарейного блока загружена больше, чем другая.Если несоответствие не может быть исправлено с помощью специального зарядного устройства, побочным эффектом является сокращение срока службы батареи. Вот почему:

При зарядке несбалансированного блока свинцово-кислотных аккумуляторов с помощью обычного зарядного устройства в недозаряженной части возникает тенденция к сульфатированию, поскольку элементы никогда не получают полного заряда. Секция высокого напряжения батареи, которая не принимает дополнительную нагрузку, имеет тенденцию к перезарядке, что приводит к коррозии и потере воды из-за выделения газов. Обратите внимание, что зарядное устройство, заряжающее всю цепочку, смотрит на среднее напряжение и соответственно прекращает заряд.

Нарезание резьбы также характерно для литий-ионных и никелевых аккумуляторов, и результаты аналогичны свинцово-кислотным: сокращение срока службы. (См. BU-803a: Согласование и балансировка ячеек.) В новых устройствах используется преобразователь постоянного тока в постоянный для обеспечения правильного напряжения. В электрических и гибридных транспортных средствах в качестве альтернативы используется отдельная низковольтная батарея для вспомогательной системы.


Параллельное соединение

Если требуются более высокие токи, а ячейки большего размера недоступны или не соответствуют конструктивным ограничениям, одна или несколько ячеек могут быть подключены параллельно.Большинство химикатов батарей допускают параллельную конфигурацию с небольшими побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре ячейки, соединенные параллельно в схеме P4. Номинальное напряжение показанного блока остается на уровне 3,60 В, но емкость (Ач) и время работы увеличиваются в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех ячеек (4 полюса).
При параллельном подключении ячеек емкость в Ач и время работы увеличиваются, а напряжение остается неизменным.

Предоставлено Cadex


Ячейка, которая развивает высокое сопротивление или размыкается, менее критична в параллельной цепи, чем в последовательной конфигурации, но выход из строя ячейки снижает общую нагрузочную способность. Это как двигатель, работающий только на трех цилиндрах, а не на всех четырех. С другой стороны, электрическое короткое замыкание является более серьезным, поскольку неисправный элемент забирает энергию из других элементов, вызывая опасность пожара. Большинство так называемых электрических коротких замыканий мягкие и проявляются как повышенный саморазряд.

Полное короткое замыкание может произойти из-за обратной поляризации или роста дендритов. Большие блоки часто включают в себя предохранитель, который отключает неисправный элемент от параллельной цепи в случае короткого замыкания. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одной неисправной ячейкой.

Рисунок 5: Параллельное соединение / соединение с одной неисправной ячейкой.
Слабый элемент не повлияет на напряжение, но обеспечит малое время работы из-за пониженной емкости.Закороченный элемент может вызвать чрезмерный нагрев и стать причиной возгорания. В более крупных батареях предохранитель предотвращает высокий ток, изолируя элемент.

Предоставлено Cadex


Последовательное / параллельное соединение

Последовательная / параллельная конфигурация, показанная на Рисунке 6, обеспечивает гибкость конструкции и позволяет достичь желаемых значений напряжения и тока при стандартном размере ячейки. Полная мощность — это сумма напряжения, умноженного на ток; батарея 3,6 В (номинальная), умноженная на 3400 мАч, дает 12.24Втч. Четыре элемента питания 18650 емкостью 3400 мАч каждый можно подключить последовательно и параллельно, как показано на рисунке, чтобы получить номинальное напряжение 7,2 В и общую мощность 48,96 Вт-ч. Комбинация с 8 ячейками даст 97,92 Втч, допустимый предел для перевозки на воздушном судне или перевозки без опасных материалов класса 9. (См. BU-704a: Доставка литиевых батарей по воздуху). Тонкий элемент позволяет гибкую конструкцию блока, но необходима схема защиты.

Рисунок 6: S eries / параллельное соединение четырех ячеек (2s2p).
Эта конфигурация обеспечивает максимальную гибкость проектирования. Распараллеливание ячеек помогает в управлении напряжением.

Предоставлено Cadex


Литий-ионный аккумулятор хорошо подходит для последовательной / параллельной конфигурации, но элементы нуждаются в мониторинге, чтобы оставаться в пределах напряжения и тока. Интегральные схемы (ИС) для различных комбинаций ячеек доступны для контроля до 13 литий-ионных ячеек. Для более крупных пакетов требуются специальные схемы, и это относится к аккумуляторным батареям для электронных велосипедов, гибридным автомобилям и Tesla Model 85, которая потребляет более 7000 ячеек 18650, чтобы составить батарею мощностью 90 кВт · ч.

Терминология для описания последовательного и параллельного соединения

В производстве аккумуляторов сначала указывается количество ячеек, соединенных последовательно, а затем ячеек, размещаемых параллельно. Пример — 2с2п. При использовании литий-ионных аккумуляторов в первую очередь всегда изготавливаются параллельные струны; завершенные параллельные блоки затем помещаются последовательно. Литий-ионная система — это система, основанная на напряжении, которая хорошо подходит для параллельного формирования. Объединение нескольких ячеек в параллель с последующим последовательным добавлением блоков снижает сложность управления напряжением для защиты блока.

Сначала сборка гирлянд, а затем их параллельное размещение может быть более обычным для никель-кадмиевых аккумуляторов, чтобы удовлетворить механизму химического челнока, который уравновешивает заряд в верхней части заряда. «2с2п» — обычное дело; Были выпущены официальные документы, которые относятся к 2p2s при параллельном соединении последовательной строки.


Устройства безопасности в последовательном и параллельном соединении

Переключатели с положительным температурным коэффициентом (PTC) и устройства прерывания заряда (CID) защищают аккумулятор от перегрузки по току и избыточного давления.Хотя эти защитные устройства рекомендуются для безопасности в меньших 2- или 3-элементных батареях с последовательной и параллельной конфигурацией, они часто не используются в более крупных многоэлементных батареях, например, для электроинструментов. PTC и CID работают, как ожидалось, переключая ячейку на чрезмерный ток и внутреннее давление в ячейке; однако завершение работы происходит в каскадном формате. Хотя некоторые ячейки могут рано отключиться, ток нагрузки вызывает избыточный ток на оставшихся ячейках. Такое состояние перегрузки может привести к тепловому разгоне до срабатывания остальных предохранительных устройств.

Некоторые ячейки имеют встроенные PCT и CID; эти защитные устройства также могут быть добавлены задним числом. Инженер-проектировщик должен знать, что любое предохранительное устройство может выйти из строя. Кроме того, PTC вызывает небольшое внутреннее сопротивление, которое снижает ток нагрузки. (См. Также BU-304b: Обеспечение безопасности литий-ионных аккумуляторов)


Простые инструкции по использованию бытовых первичных батарей
  • Содержите контакты аккумулятора в чистоте. Конфигурация с четырьмя ячейками имеет восемь контактов, и каждый контакт добавляет сопротивление (ячейка к держателю и держатель к следующей ячейке).
  • Никогда не смешивайте батареи; замените все ячейки, когда они слабые. Общая производительность зависит от самого слабого звена в цепи.
  • Соблюдайте полярность. Перевернутая ячейка вычитает, а не добавляет к напряжению ячейки.
  • Выньте батареи из оборудования, когда оно больше не используется, чтобы предотвратить утечку и коррозию. Это особенно важно для первичных цинк-углеродных элементов.
  • Не храните незакрепленные элементы в металлическом ящике. Поместите отдельные ячейки в небольшие полиэтиленовые пакеты, чтобы предотвратить короткое замыкание.Не носите в карманах незакрепленные ячейки.
  • Храните батарейки в недоступном для маленьких детей месте. Ток от батареи может не только вызвать удушье, но и вызвать изъязвление стенки желудка при проглатывании. Батарея также может разорваться и вызвать отравление. (См. BU-703: Проблемы со здоровьем, связанные с батареями.)
  • Не заряжайте неперезаряжаемые батареи; скопление водорода может привести к взрыву. Выполняйте экспериментальную зарядку только под наблюдением.


Простые инструкции по использованию вторичных батарей
  • Соблюдайте полярность при зарядке вторичного элемента.Обратная полярность может вызвать короткое замыкание и создать опасную ситуацию.
  • Выньте полностью заряженные аккумуляторы из зарядного устройства. Потребительское зарядное устройство может не подавать правильный постоянный заряд при полной зарядке, что может привести к перегреву элемента.
  • Заряжайте только при комнатной температуре.
Серия

и параллельные схемы в источниках питания

Фотоэлектрические модули и батареи являются строительными блоками системы. Хотя каждый модуль или батарея имеют номинальное напряжение или силу тока, их также можно соединить вместе, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

1. Последовательные схемы

Последовательные подключения проводов выполняются на положительном (+) конце одного модуля и отрицательном (-) конце другого модуля. Когда нагрузки или источники питания подключаются последовательно, напряжение увеличивается. Последовательная проводка не увеличивает производимую силу тока. На изображении справа показаны два модуля, подключенных последовательно, что дает 24 В и 3 А. Цепи серии

можно также проиллюстрировать с помощью батареек для фонарей. Батареи фонарей часто подключаются последовательно для увеличения напряжения и питания лампы с более высоким напряжением, чем одна батарея могла бы питать в одиночку.

Вопрос: Каково результирующее напряжение при последовательном подключении четырех батарей 1,5 В постоянного тока?

Ответ: 6 вольт

2. Параллельные цепи

Параллельные проводные соединения выполняются от положительной (+) к положительной (+) клеммам и отрицательной (-) к отрицательной (-) клеммам между модулями. Когда нагрузки или источники подключаются параллельно, токи складываются, а напряжение одинаково во всех частях цепи. Чтобы увеличить силу тока в системе, источники напряжения должны быть подключены параллельно.На изображении справа показаны фотоэлектрические модули, подключенные параллельно, чтобы получить систему на 12 В, 6 А. Обратите внимание, что параллельное соединение увеличивает производимый ток и не увеличивает напряжение.

Батареи также часто подключаются параллельно для увеличения общего ампер-часа, что увеличивает емкость накопителя и продлевает время работы. S

3. Последовательные и параллельные схемы

Системы могут использовать сочетание последовательной и параллельной проводки для получить требуемые напряжения и силы тока. На изображении справа показаны четыре модуля на 3 А, 12 В постоянного тока, подключенных последовательно и параллельно.Гирлянды из двух модулей соединены последовательно, увеличивая напряжение до 24 В. Каждая из этих струн подключается параллельно цепи, увеличивая силу тока до 6 ампер. В результате получилась система на 6 ампер и 24 В постоянного тока.

4. Последовательные и параллельные батареи

Преимущества параллельной схемы можно проиллюстрировать, наблюдая, как долго проработает фонарик, прежде чем батареи полностью разрядятся. Чтобы фонарик прослужил вдвое дольше, необходимо вдвое увеличить емкость аккумулятора.

На картинке слева последовательно к другой цепочке из четырех батарей была добавлена ​​последовательная цепочка из четырех батарей для увеличения емкости (ампер-часов). Новая цепочка батарей подключается параллельно, что увеличивает доступные ампер-часы, тем самым добавляя дополнительную емкость и увеличивая время использования. Вторую цепочку нельзя было добавить последовательно, потому что общее напряжение будет 12 вольт, что несовместимо с 6-вольтовой лампой.

5. Высоковольтные фотоэлектрические массивы

До сих пор в этой главе мы обсуждали только входное напряжение до номинального 24 В.Сегодня для большинства инверторов с подключением к сети без батарей требуется вход постоянного тока высокого напряжения. Это входное окно обычно находится в диапазоне от 350 до 550 В постоянного тока. Из-за требований инвертора к входу высокого напряжения фотоэлектрические модули должны быть подключены последовательно, чтобы в достаточной степени увеличить напряжение.

6. Примеры последовательного и параллельного подключения и инструкции

1. Подключите фотоэлектрические модули (массив) последовательно или параллельно, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

2. Рассчитайте общую мощность модуля для вольт и ампер.

3. Подключите массив к контроллеру заряда.

4. Подключите батареи последовательно или параллельно, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

5. Рассчитайте общее напряжение аккумуляторной батареи и емкость в ампер-часах.

6. Подключите аккумуляторную батарею к контроллеру заряда.

Источник : «ФОТОЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ — Руководство по проектированию и установке» компании Solar Energy International.

Тренинг по сертификации солнечной энергии от профессиональных установщиков солнечных батарей

С 18 сертифицированными IREC-ISPQ тренерами по солнечной фотоэлектрической батарее и 24 сертифицированными специалистами по установке солнечных фотоэлектрических систем, сертифицированными NABCEP — больше, чем в любой другой учебной организации по солнечной энергии, — опытная команда Solar Energy International находится в авангарде образования в области возобновляемых источников энергии. Если вы ищете онлайн-обучение по солнечной энергии или личное лабораторное обучение для сдачи экзамена начального уровня NABCEP или сертификации установщика NABCEP, почему бы не получить свое образование от команды самых опытных специалистов по установке солнечных батарей в отрасли? Многие инструкторы SEI участвовали в самых известных солнечных установках в своих общинах в США и в развивающихся странах.

Чтобы начать свой путь солнечной тренировки сегодня с Solar Energy International, щелкните здесь.

Соединение свинцово-кислотных аккумуляторов серии

и параллельно — BatteryClerk.com

Иногда при включении устройства вам просто нужно больше напряжения или больше емкости, или и то, и другое. В других случаях батарея большего размера просто не поместится в отведенном для нее отсеке. Вам не всегда нужно покупать гигантскую батарею, вы можете подключить две или более батарей, чтобы получить необходимую мощность.Подключение аккумуляторов может позволить вам работать в ограниченном пространстве и при этом получать необходимый заряд аккумулятора.

Давайте начнем с нескольких определений батарей, поэтому мы говорим на одном языке.

  • Ампер-час — это единица измерения электрической емкости аккумулятора. Стандартный номинал усилителя рассчитан на 20 часов, но некоторые производители используют другие стандарты.
  • Напряжение представляет собой давление электричества.Некоторые приложения требуют большего «давления», что означает более высокое напряжение.
  • Battery Bank — это система, созданная путем подключения двух или более батарей, независимо от метода.

Есть два способа подключения нескольких батарей: последовательное соединение или параллельное соединение. Большинство химикатов аккумуляторов работают с любым типом подключения, но герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы уже много лет являются предпочтительным выбором для создания высоковольтных или емкостных аккумуляторных батарей.

Соединения серии

Две или более батареи, соединенные последовательно, увеличивают напряжение системы батарей, но сила тока или емкость остается прежней. Две батареи на 6 В с номиналом 10 ампер-часов, соединенные последовательно, будут производить 12 вольт, но все же только 10 ампер-часов.

Чтобы соединить батареи последовательно, вы подключаете положительную клемму одной батареи к отрицательной клемме другой, пока не будет достигнуто желаемое напряжение. Не перекрещивайте оставшийся открытый позитив и открытый негатив друг с другом.Это приведет к короткому замыканию батарей и может вызвать повреждение или травму. Используйте другой набор кабелей, чтобы подключить открытые положительные и открытые отрицательные клеммы к устройству, которое вы запитываете.

Параллельные соединения

Батареи, соединенные параллельно, увеличивают емкость в ампер-часах, но напряжение остается прежним. Параллельное подключение батарей увеличит время, в течение которого вы сможете запитать свое оборудование, но не позволит вам запитать что-либо с выходным напряжением выше стандартного.

Для параллельного подключения батарей положительные клеммы соединяются вместе с помощью кабеля, а отрицательные клеммы соединяются вместе другим кабелем, пока не будет достигнута желаемая емкость .

Последовательные и параллельные соединения

Вы также можете увеличить как напряжение, так и емкость, подключив как минимум четыре батареи последовательно и параллельно. Это дает вам аккумуляторную батарею с более высоким напряжением, которая также имеет более длительное время работы для вашего приложения.Это обычная практика для таких приложений, как электромобили и большие системы ИБП. Есть разные способы подключения батарей для увеличения напряжения и емкости.

С четырьмя батареями вы можете создать две серии, соединенные параллельным соединением, или две параллельные группы, соединенные одним последовательным соединением. В любом случае прирост напряжения и емкости одинаков.

Зарядные батареи для батарей

Батареи, соединенные последовательно, не влияют на емкость батарейного блока в ампер-часах, поэтому при зарядке сосредоточьтесь на напряжении.Зарядное устройство должно удовлетворять требованиям зарядки аккумуляторов данной серии. Например, две батареи на шесть вольт, последовательно соединенные для создания батареи на 12 вольт, необходимо заряжать с помощью зарядного устройства на 12 вольт, чтобы удовлетворить потребности обеих батарей на 6 вольт.

После того, как вы определились с правильным зарядным устройством, подключите положительный выход зарядного устройства к положительной клемме первого аккумулятора. Затем подключите отрицательный вывод зарядного устройства к отрицательной клемме последнего аккумулятора в серии.Для зарядки серии потребуется столько же времени, сколько и для зарядки одной батареи.

При зарядке аккумуляторов, которые настроены в параллельной комбинации, необходимо учитывать увеличение емкости в ампер-часах в результате новой конфигурации. Это связано с тем, что при параллельной зарядке вы перезаряжаете не напряжение системы, а, скорее, емкость в ампер-часах. Умножьте время, необходимое для зарядки одного аккумулятора, на количество аккумуляторов, чтобы получить время, необходимое для зарядки банка аккумуляторов.

Один из методов зарядки аккумуляторов, подключенных параллельно, заключается в подключении положительного вывода зарядного устройства к положительному выводу первого аккумулятора. Подключите эту положительную клемму к положительной клемме второй батареи. Продолжайте, пока не подключите все батареи. Теперь проделайте то же самое с отрицательным выходом зарядного устройства и отрицательными клеммами аккумуляторов.

Если у вас есть батарейный блок, который подключен как последовательно, так и параллельно, все становится немного сложнее.Подключите положительный вывод зарядного устройства к положительной клемме первой батареи, а тот соединяется с положительной клеммой второй батареи. Подключите отрицательный вывод зарядного устройства к отрицательной клемме третьей батареи, затем подключите эту отрицательную клемму к отрицательной клемме четвертой батареи. Наконец, подключите отрицательные клеммы первой и второй батарей к положительным клеммам третьей и четвертой батарей соответственно.

Некоторые рекомендации по работе с аккумуляторными батареями

Чтобы получить наиболее надежную энергию от аккумуляторной батареи, всегда используйте аккумулятор одного типа, в идеале от одного производителя (мы рекомендуем аккумуляторы AJC).Используйте батареи одинакового напряжения и емкости, а при необходимости заменяйте все батареи в банке одновременно. Слабая батарея разряжается первой, уменьшая время между зарядками, а слабая батарея первой завершает заряд, что означает, что она будет более склонна к перезарядке, пока заряжаются другие батареи. Емкость блока батарей определяется мощностью самой слабой батареи, которую вы используете в приложении, а слабые батареи сокращают срок службы всех остальных батарей в блоке.

Подключение литиевых батарей параллельно и последовательно | Большая мощность

Литиевая батарея серии и параллельное соединение

Из соображений безопасности литий-ионные батареи нуждаются в внешнем PCM, используемом для мониторинга батареи для каждой батареи. Не рекомендуется использовать батареи параллельно. При параллельном подключении убедитесь, что параметры батареи (емкость, внутреннее сопротивление и т. Д.) Согласованы, другие последовательно включенные батареи должны иметь согласованные параметры, в противном случае производительность аккумуляторной батареи может быть намного хуже, чем производительность батареи. одиночная ячейка.

Критерии соответствия литиевой батареи
: разница напряжений ≤ 10 мВ, разница сопротивлений ≤ 5 мОм, разница в емкостях ≤ 20 мА

Целью согласования литиевой батареи является обеспечение того, чтобы каждая ячейка в батарее имела постоянную емкость, напряжение и внутренний импеданс, поскольку из-за несовместимых характеристик литиевая батарея будет иметь различные параметры во время использования. Произойдет дисбаланс напряжения. После долгой работы батарея перезарядится, разрядится, потеряет емкость или даже загорится, чтобы взорваться.

1. Режим последовательного и параллельного подключения литиевой батареи

модель 18650-2С1П 18650-2С1П 18650-2С2П 18650-2S3P
Напряжение 7,4 В 7,4 В 7,4 В 7,4 В
Вместимость 2200/2500/3000 мАч 2200/2500/3000 мАч 6000 мАч 9000 мАч
Размер 18 * 105 мм 18 * 36 * 65 мм 37 * 37 * 66 мм 37 * 55 * 66 мм
Масса 90 г 90 г 180 г 270 г

Три литиевые батареи, соединенные последовательно (11.Литиевая батарея 1 В)

Режим последовательного и параллельного подключения 18650-3S1 П треугольник 18650-3С1П рядный 18650-3С2П 18650-3S3P
Напряжение 11,1 В 11,1 В 11,1 В 11,1 В
Вместимость 2200/2500/3000 мАч 2200/2500/3000 мАч 6000 мАч 9000 мАч
Размер 66.5 * 36,6 * 36,6 мм 69,8 * 55,7 * 18,8 мм 66,8 * 55,0 * 40,8 мм 60,6 * 68,0 * 56,1 мм
Масса 155 г 158 г 285 г 425 г

Четыре литиевые батареи, соединенные последовательно (литиевая батарея 14,8 В)

Режим последовательного и параллельного подключения 18650-4С1П квадрат 18650-4С1П рядный 18650-4S2P
Напряжение 14.8V 14,8 В 14,8 В
Вместимость 2200/2500/3000 мАч 2200/2500/3000 мАч 6000 мАч
Размер 69,6 * 37,7 * 37,7 мм 69,3 * 73,4 * 17,6 мм 70,6 * 74,2 * 37,1 мм
Масса 181 г 191 г 371 г

Шесть литиевых батарей, соединенных последовательно (литиевая батарея 22,2 В)

Режим последовательного и параллельного подключения 18650-6С1П рядный 18650-6С2П 18650-6S3P
Напряжение 25.2В 25,2 В 25,2 В
Вместимость 2000/3000 мАч 6000 мАч 9000 мАч
Размер 114 * 72 * 22 мм 114 * 72 * 41 мм 114 * 72 * 60 мм
Масса 303 г 570 г 835 г

2. провод / клемма литиевой батареи

Длину вилки и вывода литиевого аккумуляторного блока можно настроить в соответствии с электрическим оборудованием заказчика.

3. Расчет литиевой батареи, подключенной последовательно и параллельно

Все мы знаем, что напряжение литиевой батареи увеличивается после последовательного подключения, емкость увеличивается после параллельного подключения, тогда как рассчитать количество литиевой батареи при последовательном или параллельном подключении и сколько ячеек?

Перед расчетом нам необходимо знать, какая спецификация элементов аккумуляторной батареи принята для сборки, потому что разные элементы имеют разное напряжение и емкость.Количество ячеек для последовательного и параллельного соединения, необходимого для сборки определенного блока литиевых батарей, варьируется. Распространенные типы литиевых элементов на рынке: 3,7 В LiCoO2, 3,6 В тройной, 3,2 В LFePO4, 2,4 В титанат лития . Емкость зависит от размера ячейки, материала и производителей.

Возьмите литиевый аккумулятор 48 В 20 Ач для примера

  • Предположим, что размер используемой отдельной ячейки составляет 18650 3,7 В 2000 мАч
  • Количество ячеек для последовательного подключения: 48В / 3.7 В = 12,97. То есть 13 ячеек последовательно.
  • Количество ячеек параллельного подключения: 20Ah / 2Ah = 10. То есть 10 ячеек параллельно.
  • Весь аккумуляторный блок состоит из 13 ячеек последовательно × 10 ячеек параллельно = 130 ячеек

Обычная литиевая батарея, подключенная последовательно

Номинальное напряжение Категория батарей Общее количество последовательного подключения Напряжение зарядки
12 В 3.7 В LiCoO2 3S 12,6 В
3,2 В LiFePO4 4S 14,6 В
24 В 3,7 В LiCoO2 7S 29,4 В
3,2 В LiFePO4 8S 29,2 В
36 В 3,7 В LiCoO2 10S 42,0 В
3,7 В LiCoO2 11S 46,2 В
3.2В LiFePO4 11S 40,2 В
3,2 В LiFePO4 12S 43,8 В
48 В 3,7 В LiCoO2 13S 54,6 В
3,7 В LiCoO2 14S 58,8 В
3,2 В LiFePO4 15S 58,8 В
3,2 В LiFePO4 16S 58,8 В
60 В 3.7 В LiCoO2 17S 71,4 В
3,2 В LiFePO4 20S 73,0 В
72В 3,7 В LiCoO2 20S 84,0 В
3,2 В LiFePO4 24S 87,6 В

Меры предосторожности при последовательном и параллельном подключении литиевых батарей

  • Не используйте вместе батарейки разных производителей.
  • Не используйте вместе батареи с разным напряжением.
  • Не используйте вместе старые и новые литиевые батареи разной емкости.
  • Батареи с разными химическими материалами не могут использоваться вместе, например, никель-металлогидридные и литиевые батареи.
  • Замените все батареи при недостатке электричества.
  • Используйте PCM литиевой батареи с соответствующими параметрами.
  • Выбирайте аккумуляторы с стабильной производительностью. Как правило, для последовательного и параллельного подключения требуется распределение элементов литиевых батарей.Соответствующие стандарты: разница напряжений ≤10 мВ, разница сопротивлений ≤5 мОм, разница емкости ≤20 мА

1. литиевая батарея с различным напряжением, подключенная к серии

Из-за проблемы согласованности литиевых батарей, когда одна и та же система (например, тройная или литиево-железная) используется для последовательного или параллельного соединения, также необходимо выбирать батареи с одинаковым напряжением, внутренним сопротивлением и емкостью для согласования. Батареи с разными платформами напряжения и различным внутренним импедансом, используемые последовательно, заставят определенную батарею полностью заряжаться и разряжаться первой в каждом цикле.Если есть PCM и неисправностей не происходит, емкость всей батареи будет уменьшена. Если PCM отсутствует, аккумулятор будет перезаряжен или разряжен, что приведет к его повреждению.

2. параллельно соединенные литиевые батареи разной емкости

Если разные емкости или старые и новые литиевые батареи используются вместе, может возникнуть утечка, нулевое напряжение и другие проблемы, потому что во время процесса зарядки из-за разницы в емкости некоторые батареи перезаряжаются, а некоторые — нет, а во время процесса разряда аккумуляторы большой емкости. не разрядился, но батареи малой емкости чрезмерно разряжаются.В таком замкнутом цикле аккумуляторы будут повреждены утечкой или низким (нулевым) напряжением.

Литиевые батареи, зарядка последовательно и параллельно

1.Зарядка литиевых батарей серии

В настоящее время литиевые батареи, как правило, заряжаются последовательно, что в основном связано с их простой структурой, низкой стоимостью и простой реализацией. Но из-за разной емкости, внутреннего сопротивления, характеристик старения и характеристик саморазряда при последовательной зарядке литиевой батареи сначала будет полностью заряжен элемент батареи с наименьшей емкостью, а в этот момент другой элемент батареи не будет полностью заряжен. электричества.Если продолжить последовательную зарядку, полностью заряженный аккумуляторный элемент может перезарядиться.

Избыточная зарядка литиевой батареи ухудшит характеристики батареи и даже приведет к взрыву и травмам, поэтому для предотвращения перезарядки элементов батареи литиевая батарея оснащена системой управления батареями (BMS). Система управления батареями имеет защиту от перезаряда для каждого отдельного элемента литиевой батареи и т. Д. При последовательной зарядке, если напряжение одного элемента литиевой батареи достигает напряжения защиты от перезарядки, система управления батареей отключит всю цепь последовательной зарядки и остановится. зарядка для предотвращения перезарядки одного элемента литиевой батареи, что приведет к невозможности полной зарядки других литиевых батарей.

2. Параллельная зарядка литиевых батарей

При параллельной зарядке литиевых батарей каждой литиево-ионной батарее требуется выравнивающий заряд, в противном случае это повлияет на производительность и срок службы всего литиево-ионного аккумуляторного блока. Распространенные технологии выравнивания заряда включают: выравнивающий заряд постоянного шунтирующего сопротивления, выравнивающий заряд двухпозиционного сопротивления шунта, выравнивающий заряд среднего напряжения батареи, выравнивающий заряд переключаемого конденсатора, выравнивающий заряд понижающего преобразователя, выравнивающий заряд индуктивности и т. Д.

Необходимо обратить внимание на несколько проблем при параллельной зарядке литиевых батарей :

  • Литиевые батареи с PCM и без него нельзя заряжать параллельно. Батареи без PCM могут быть легко повреждены перезарядкой.
  • Батареи, заряжаемые параллельно, обычно необходимо удалить встроенный PCM батареи и использовать унифицированный PCM батареи.
  • Если в параллельной зарядке аккумулятора нет PCM, напряжение зарядки должно быть ограничено до 4.Зарядное устройство на 2 В и 5 В. использовать нельзя.

После параллельного подключения литиево-ионных аккумуляторов появится микросхема защиты от зарядки для защиты от зарядки литиевых аккумуляторов. Производители литиевых аккумуляторов полностью учли изменение характеристик литиевых аккумуляторов параллельно до производства аккумуляторов. Вышеупомянутые требования к текущему дизайну и выбору батарей очень важны, поэтому пользователям необходимо поэтапно следовать инструкциям по параллельной зарядке литиевых батарей, чтобы избежать возможных повреждений из-за неправильной зарядки.

3. Замечания по зарядке литиевой батареи

  • Для литиевой батареи необходимо использовать специальное зарядное устройство, иначе батарея может не достичь состояния насыщения, что повлияет на ее характеристики.
  • Перед зарядкой литиевой батареи ее не нужно полностью разряжать.
  • Не оставляйте зарядное устройство в розетке долгое время. Снимите зарядное устройство, как только аккумулятор полностью зарядится.
  • Батареи следует вынимать из электроприборов, которые долгое время не использовались, и хранить после их полной разрядки.
  • Не подключайте анод и катод батареи в противоположном направлении, иначе батарея вздуется или взорвется.
  • Никелевое зарядное устройство и литиевое зарядное устройство нельзя использовать вместе.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *