При последовательном соединении емкость аккумуляторов: Последовательное и параллельное соединение аккумуляторных батарей — magazinakb.ru

Содержание

Как подключить аккумуляторы чтобы увеличить емкость

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

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

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

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

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт. В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений. Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока. Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В. Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами. Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически. Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

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

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников. Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры. Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя. Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

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

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

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:inline-block;width:580px;height:400px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="8813674614"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script><center><div class="lazy lazy-hidden advv"><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:inline-block;width:336px;height:280px" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="9935184599"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></div></center></center>

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

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

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

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

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

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

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

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

Повышение рабочего напряжения батареи

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

Увеличение емкости источника питания

Параллельное соединение батарей с формулами

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

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

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

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

Аккумуляторы обычно изготавливаются с прицелом на работу с определённой стандартизированной нагрузкой. Так, есть батареи, обеспечивающие функционирование микроконтроллеров – они обладают напряжением 5 В. Для работы с двигателями используются аккумуляторы, которые могут предоставить 12 В или 24 В. А что делать, если необходимо получить 60 В? Батарею с таким напряжением ещё попробуй найди. В таком случае нам может помочь соединение аккумуляторов параллельно. Что даёт такой ход? Какова схема такого подключения? Какие особенные аспекты этого хода есть? Как делается параллельное соединение аккумуляторов? Схема для этого действия как выглядит? Все эти, а также ряд других вопросов мы с вами и рассмотрим в рамках данной статьи.

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Наиболее распространёнными являются показатели 100 А и 130 А. Причиной такого ограничения является то, что непосредственно клеммы не смогут передавать такой ток (хотя теоретически самому аккумулятору это под силу). Но это самый верх, который может быть только считанные секунды. Давайте рассмотрим более реалистический вариант использования.

Технические ограничения

Если посмотреть на технические характеристики разрешенной величины тока, то обычно здесь больших цифр не увидишь. Так, обычно нельзя допускать, чтобы соединялись вместе аккумуляторы, емкость которых разнится от 5 до 25 раз (это как правило). Более того, данный аспект необходимо внимательно изучить, поскольку возможным является даже короткое замыкание. Риск его возникновения находится в диапазоне 15-70 емкостей самого малого аккумулятора (зависит от марки и технической реализации). Грубо говоря, чем меньше времени они функционируют, тем с большим значением тока можно работать. Так, если разница между ними составляет 5 раз, то это значит, что они смогут функционировать всё время (теоретически). Но вот если мы работаем со 20-кратным различием, то желательно, чтобы счет был на секунды. Многие производители источников питания указывают пороговые значения тока для своей продукции. Например, 2,6 А.

Почему есть ограничения?

Итак, для успешного протекания необходимой электрохимической реакции необходимо обеспечить её качественным электролитом. Важно также совершение процесса в верхних слоях и отвод продуктов. В этом значительным образом помогает активная масса пластин аккумулятора. Ведь благодаря ей легче подводится и отводится вещество, участвующее в реакции. Но по мере перемещения «ресурсных материалов» вниз всё начинает происходить медленнее. Активно сказывается и то, что в электролите появляется сера. Поэтому соединение аккумуляторов параллельно предпочтительным является только когда батарея заряжена. Чем ниже реальный показатель напряжения, тем опаснее работа источников питания разной емкости. Поэтому желательным является обеспечение своевременного питания. Лучше всего будет не давать емкости упасть меньше 1/3 номинала.

Особенности зарядки при параллельном соединении

Во время начала этого процесса предпочтительной является передача довольно большого зарядного тока. Ведь сначала будет восстанавливаться поверхность аккумулятора, а потом – нижние его слои. Одновременно с этим желательным является уменьшение тока, поскольку снижается интенсивность электрохимической реакции, вследствие чего из-за большого количества энергии может «закипеть» электролит (будет происходить его разложение).

Если рассматривать один из самых популярных типов аккумуляторов – свинцово-кислотный, то он при нарушении данного предписания вряд ли сразу выйдет из строя. Но вот срок его службы явно существенно сократится. Вообще, если говорить о зарядке источников питания, то стоит сконцентрировать внимание на том, что желательно пользоваться заводскими приборами. Если эксплуатировать что-то иное, то могут быть не учтены определённые аспекты (или неправильно приняты во внимание), что обернётся проблемами в будущем.

Об аккумуляторах и емкости

Давайте рассмотрим соединение двух аккумуляторов параллельно на 2 А, когда они из одной партии и заряжаются током 2*2= 4 А. Здесь нет опасностей, поскольку благодаря одинаковой конструкции токи будут разделяться пропорционально. И никакие рубежи не пересекутся.

А вот теперь давайте возьмем источники питания, где существует значительная разница. Когда ток превысит установленные производителем ограничения, то потечёт через аккумулятор, при том, что он не рассчитан на это. Думаем, говорить о результате не нужно. Это относится ко всем, а не только к свинцово-кислотным батареям. Даже если вы хотите сделать параллельное соединение аккумуляторов Li-Ion, которые считаются имеющими повышенную надежность, не пренебрегайте техникой безопасности.

Рассчитываем необходимые показатели

А сейчас расшифровка формулы:

Т – ток, который получится. Необходимо, чтобы он совпадал с нужным результатом.

РТЕЭП – разрядный ток единицы элемента питания. То есть сколько может дать один аккумулятор.

КЭПОТ – количество элементов питания одного типа.

В радиолюбительской практике бывает сложно получить необходимые значения. Эта же формула сделает достижение цели более лёгким.

Ищем другие способы включения батарей

Мы уделили параллельному соединению аккумуляторов значительное внимание. Надеемся, что это поможет решить поставленные задачи. Но если во время ознакомления со статьей к вам пришла мысль, что описываемые здесь решения не подходят под какой-то конкретный случай, предлагаем ознакомиться со следующим:

Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.

Можно ли соединять параллельно аккумуляторы разной емкости

Автор shikolenkovlad На чтение 19 мин. Опубликовано 12.12.2019

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.

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Технические ограничения

Почему есть ограничения?

Особенности зарядки при параллельном соединении

Об аккумуляторах и емкости

Рассчитываем необходимые показатели

А сейчас расшифровка формулы:

Т – ток, который получится. Необходимо, чтобы он совпадал с нужным результатом.

РТЕЭП – разрядный ток единицы элемента питания. То есть сколько может дать один аккумулятор.

КЭПОТ – количество элементов питания одного типа.

Ищем другие способы включения батарей

Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Технические ограничения

Почему есть ограничения?

Особенности зарядки при параллельном соединении

Об аккумуляторах и емкости

Рассчитываем необходимые показатели

А сейчас расшифровка формулы:

Т – ток, который получится. Необходимо, чтобы он совпадал с нужным результатом.

РТЕЭП – разрядный ток единицы элемента питания. То есть сколько может дать один аккумулятор.

КЭПОТ – количество элементов питания одного типа.

Ищем другие способы включения батарей

Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.

Заметки о проблемах составления батарей аккумуляторных элементов

На написание этой статьи меня сподвигла участь многих аккумуляторов, умерших из-за неправильного подбора компаньонов в аккумуляторной батарее. Кончина одного аккумулятора (что не так уж и дорого) может привести к более быстрой деградации свойств всей батареи (что уже вылетит в хорошую копейку). Поэтому далее я опишу возможные подводные камни подбора аккумуляторов в батарею и намечу пути их обхода. Сразу оговорюсь, что в статье могут быть неточности, так как сам сборкой батарей не занимался. Однако теоретические вопросы долго копал, потому могу с большой долей уверенности давать советы (тем более, что сам я вырос в стране советов). Далее будет сказано о проблемах сборки в батарею герметичных аккумуляторов. Это не значит, что тезисы статьи несправедливы для вентилируемых батарей, просто для них есть еще много дополнительных вопросов, касающихся системы обслуживания элементов в батарее.

Для чего собирается батарея аккумуляторов? – Для того, чтобы получить требуемое напряжение для потребителя, набрать необходимую емкость и обеспечить достаточные мощностные характеристики вторичного химического источника тока. Для подъема напряжения аккумуляторы соединяются в батарее последовательно, образуя «стринг» (с английского string – нить). Для обеспечения повышенной емкости и мощности стринги аккумуляторов соединяются параллельно. Если при параллельном соединении аккумуляторов нагрузка на них балансируется в зависимости от внутреннего сопротивления и напряжения на элементе, то при последовательном соединении все намного хуже.

Представим типичную картину, которая приводит к деградации стринга: в середине свинцово-кислотной батареи появился аккумулятор с более слабыми характеристиками (отстающий элемент) – из-за процесса старения в нем возрасло внутреннее сопротивление и снизилась отдаваемая емкость. В процессе разряда отстающий элемент разряжается намного быстрее и высока вероятность, что он разрядится до нуля тогда, когда соседи еще имеют достаточно большой заряд. При дальнейшем разряде батареи разрядный ток соседей будет действовать на отстающий аккумулятор как зарядный ток из-за чего на отрицательных пластинах отстающего аккумулятора образуется двуокись свинца (вместо положенного свинца), а на положительных пластинах – свинец (вместо диоксида свинца). Описанное явление называется переполюсовкой (сменой полярности) аккумулятора. Опасность переполюсовки отстающего аккумулятора не только в том, что он умирает, но и в том, что умерший аккумулятор резко снижает характеристики всего стринга (на него тратится большое количество энергии). Параллельное соединение аккумуляторов менее опасно, однако отстающие аккумуляторы и здесь снижают разрядные характеристики батареи.

Для параллельного соединения аккумуляторных элементов следует помнить о нескольких подводных камнях. Первый – это то, что для соединения следует использовать аккумуляторы не только одинаковой емкости, но и одинакового внутреннего сопротивления. Второе – то, что сопротивление соединительной перемычки от клемы аккумулятора до общего выхода батареи относится к внутреннему сопротивлению источника ЭДС, из-за чего обязательно следует ставить все перемычки одинакового сопротивления. Поскольку основная нагрузка при параллельном подключении идет на «здоровые» аккумуляторы, повышается вероятность их перехода в разряд отстающих, что, в конечном итоге, ведет к деградации всей батареи.

Своевременное выявление отстающих аккумуляторов и исправление ситуации – залог длительной жизни батареи. Особенно важно, чтобы основные параметры аккумуляторов в батарее не различались более, чем на 5%. Необходим еженедельный контроль напряжения и температуры после заряда на каждом аккумуляторе (у отстающих аккумуляторов высокое внутреннее сопротивление и снижена емкость, при заряде такой аккумулятор греется сильнее, а также быстрее происходит состояния перезаряда, что ведет к «выкипанию» электролита). Для вентилируемых батарей важный параметр, который можно проверить – плотность и уровень электролита. Для прогнозирования состояния батареи в будущем полезно вести дневник измерений состояния аккумуляторов. При разбросе параметров аккумуляторов, близких к граничным 5%, необходимо произвести эквализацию (выравнивающий заряд) батареи. Выявленные отстающие аккумуляторы необходимо удалять из батареи. Для избежания переполюсовки необходимо контролировать напряжение на самом слабом аккумуляторе и вовремя, при достижении нижнего предела напряжения, прервать разряд батареи.

Замена отстающих аккумуляторов новыми усугубляет проблемы батареи – параметры новых аккумуляторов лучше уже циклировавшихся, потому опасность переполюсовки может возрасти.

Все выше описанное приводит к нескольким выводам:

необходимо подбирать аккумуляторы в батарею с наиболее близкими значениями основных параметров (емкость, напряжение, внутреннее сопротивление, уровень саморазряда, циклируемость)
батарея должна иметь запас емкости для уменьшения вероятности переполюсовки
необходим постоянный контроль за состоянием аккумуляторов в батарее (возможно, использование системы мониторинга и управления батареей)
имеет смысл подбирать батарею из альтернативных химических систем, в которых нет опасности переполюсовки и деградация параметров отдельного аккумулятора сильно не влияет на параметры всей батареи

Широкое практическое применение первого метода нашло у моделистов. Для питания моделей в соревнованиях жизненно важно подобрать легкую и надежную батарею, которая может выдержать очень жесткие условия эксплуатации: быстрый и мощный разряд, потом быстрый заряд и так 5-10 раз в сутки. Выигрывают те модели, батареи которых могут выдержать этот режим в течение достаточно длительного времени (2-3 дня) без деградации характеристик. Так как в моделях используются малые по размерам аккумуляторы, имеется возможность закупки большого количества элементов россыпью. После нескольких тренировочных циклов заряда/разряда проверяются параметры напряжения, емкости и внутреннего сопротивления. Составляется католог параметров аккумуляторов. Из очень схожих по характеристикам (разброс параметров менее 1%) элементов собирается батарея. О трудоемкости этого процесса можно судить по тому факту, что на подбор стринга из шести аккумуляторов нужно перебрать более тысячи исходных элементов. Даже использование компьютеризации и автоматизации основного процесса отбора не сильно снижают трудоемкость. Такие стринги стоят в 3-4 раза дороже, однако и работают лучше (при сборке батареи с разбросом параметров аккумуляторов в 5% сильно отстающие появляются после 10 интенсивных циклов заряда/разряда, при использовании отобраных элементов – после 50 циклов).

Для больших аккумуляторов можно ограничиться менее жестким процессом отбора (так как есть возможность создать дополнительный запас емкости), что позволит быстрее подобрать стринг. Также, имея приличный запас емкости, можно удалять сильно отстающие элементы батареи без добавления новых, что снижает вероятность дальнейшего дисбаланса. Также хороший запас емкости увеличивает количество циклов заряда/разряда при частичном использовании батареи, причем рост количества циклов нелинейно возрастает от уменьшения глубины разряда.

Использование системы мониторинга и управления батареей позволяет перенести тяжкую ношу контроля состояния отдельных элементов на крепкие кремниевые мозги контроллера. В зависимости от возможностей (определяют цену системы управления), контроллер может следить за напряжением, силой разрядного тока, количеством циклов, температурой отдельного элемента или группы элементов, продвинутые контроллеры могут шунтировать ток при превышении допустимых величин нагрузок на элемент. Для удешевления системы управления батареей имеет смысл собирать стринг из очень емких элементов, что позволит ограничиться относительно небольшим количеством контроллеров. Ярким примером такого подхода являются широко используемые литий-ионные батареи.

Альтернативные химические системы имеют право на жизнь при сборке большого количества аккумуляторов в одну батарею. Хороший пример такой системы – аккумуляторные батареи ZEBRA для электротранспорта

Схемы соединения аккумуляторных батарей

Существует три схемы соединения аккумуляторных батарей – последовательная, параллельная и комбинированная.

Давайте рассмотрим каждую схему более подробно.

Последовательная схема соединения батарей, служит для увеличения напряжения.
При последовательном соединении объединяются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод соединяется с минусовым выводом следующей батареи. Суммарное рабочее напряжение данной схемы будет равно сумме всех батарей в цепи. К примеру, чтобы получить напряжение 24 В, из одной батареи с номинальным напряжением 12В, нам необходимо соединить 2 батареи последовательно. Емкость же данной системы будет равна емкости одной батареи. При данной схеме соединения нельзя использовать батареи разной емкости, типа технологии и состояния заряда.

Параллельная схема соединения батарей, служит для увеличения емкости системы.
Параллельное соединение осуществляется путем объединения однополюсных выводов. Плюсовой вывод соединяется с плюсовым выводом другой батареи и так далее, аналогично минусовые выводы соединяются у каждой батареи.
Емкость данной системы будет равна сумме емкости всех батарей в данном подключении. К примеру, чтобы получить емкость с номиналом 66 Ач, нам потребуется соединить 2 батареи по 33ач параллельно.

Комбинированное соединение батарей подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Данная схема служит для одновременного повышения емкости и напряжения.
Давайте рассмотрим конкретный пример:
Соединив аккумуляторные батареи delta dtm1233 по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно с двумя другими последовательно соединенными аккумуляторами, мы получим номинальное напряжение равное 24В и емкость равную 66Ач

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

24 вольта из двух 12 вольтовых аккумуляторов Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их

Способы соединения двух аккумуляторов: последовательное и параллельное

Достаточно большое количество охотников, рыболовов и путешественников, в виду своего хобби, зачастую устанавливают на свои транспортные средства дополнительный аккумулятор. Это необходимо для того, чтобы энергия основного аккумулятора сохранялась, и в дальнейшем можно было уехать с места дислокации без приключений.

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

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

Какие виды соединения существуют

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

Можно ли соединять АКБ разной емкости

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

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

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

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

Зачем необходим второй аккумулятор ?

Областей применения второго аккумулятора великое множество:

Обеспечение работы дополнительных электроприборов, необходимых для комфортного времяпрепровождения на природе (например таких как холодильник, световые приборы, музыкальное оборудование).
Автомобиль, имеющий в своем оснащении электролебедку в любом случаи должен оснащаться периферийным аккумулятором.
Автотранспорт представительского класса «по умолчанию» оснащаются видеоплеером, телевизором, кофеваркой, микроволновкой и прочими электроприборами, обеспечивающими повышенный комфорт при путешествии.
Охранные системы видеонаблюдения, противоугонные системы, всевозможные радиосигнализации, а также устройства, предназначенные для активной защиты транспортного средства, также должны оснащаться своим отдельным элементом питания.

Выбор устройства

При выборе необходимого пускового устройства, в первую очередь следует обращать внимание на напряжение, которое использует аккумуляторная батарея в автомобиле. В обычных легковых машинах, как правило, применяются АКБ на 12 Вольт. В более тяжёлых крупногабаритных автомобилях – батареи на 24 Вольта.

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:

Для соединения клемм применяются специальные перемычки. Рекомендуется отдавать предпочтение перемычкам, которые изготавливаются из материала с малым сопротивлением и высокой устойчивостью к теплу.
Противоположные клеммы соединяются между собой. Нужно уделить внимание качеству соединения, так как плохой контакт может стать причиной окисления материала и потери тока.
При соединении всех клемм стоит учитывать, что разноименные не должны пересекаться: это приведет к короткому замыканию.
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:

При помощи перемычек соединяются плюсовые и минусовые клеммы.
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.

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

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.
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.

Особенности комплектования батарей 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:

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.
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.
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.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

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

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

Техника безопасности

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

ВНИМАНИЕ! Главное – обезопасить себя от удара током.

Ошибки коммутации и их последствия

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

Если вы перепутаете клеммы, возможно следующее:

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

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

Подключение силовых 12 вольт в 24 вольтовую цепь

Господа!
Есть некая проблемка, которую пока не удается решить.
Дано:
бортовая цепь 24 вольта. Источник — 2 12 вольтовых аккумулятора последовательно.
12 вольтовая лебедка, которая достаточно часто пользуется.
Требуется:
Схема подключения, при которой все это можно нормально эксплуатировать.
При попытке просто натянуть на один из аккумуляторов — он достаточно быстро разряжается, не заряжаясь потом от генератора (приходится менять аккумуляторы местами, а это геморройно).

Подскажите, как сделать так, чтобы можно было бы нормально эксплуатировать лебедку, желательно схемку. Со схемой электронного преобразования видимо не получится — токи примерно как на стартере.

Заранее спасибо.
Андрей.

Устанавливать дополнительный 12-ти вольтовый генератор + аккум дополнительный на него вешать, и от этого хозяйства лебёдку питать. ИМХО, это наиболее рациональный выход. Всё остальное — полумеры, снижающие надёжность и не дающие нужный результат.

Зы. Как вариант — без генератора, но с преобразователем, обеспечивающим зарядку дополнительного аккума от бортовой сети.

Упрощённая схема балансира для АКБ

Вот упрощённая схема балансира тока на базе TL431. Резисторы R1 и R2 устанавливают напряжение 4,20 Вольт, или можно выбрать другие, в зависимости от типа батареи. Эталонное напряжение для регулятора снимается с транзистора, и уже на границе 4,20 В система начнет приоткрывать транзистор, чтобы не допустить превышения заданного напряжения. Минимальное увеличение напряжения вызовет очень быстрый рост тока транзистора. Во время тестов, уже при 4,22 В (превышение на 20 мВ), ток составил более 1 А.

Сюда подходит в принципе любой транзистор PNP, работающий в диапазоне напряжений и токов, которые нас интересуют. Если батареи должны быть заряжены током 500 мА. Расчет его мощности прост: 4,20 В х 0,5 А = 2,1 В, и столько должен потерять транзистор, что вероятно, потребует небольшого охлаждения. Для зарядного тока 1 А или больше мощность потерь, соответственно, растет, и все труднее будет избавиться от тепла. Во время теста были проверены несколько разных транзисторов, в частности BD244C, 2N6491 и A1535A — все они ведут себя одинаково.

Делитель напряжения R1 и R2 следует подобрать так, чтобы получить нужное напряжение ограничения. Для удобства вот несколько значений после применения которых, мы получим следующие результаты:

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:

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

Для чего соединяют аккумуляторы

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

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

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

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

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

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

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

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

Параллельное соединение:

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

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

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

Последовательное соединение:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Андрей Повный

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_svoimi_rukami

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Схемы соединения аккумуляторов, учитываем все тонкости и нюансы | Энергофиксик

Итак, казалось бы, что проще соединять между собой аккумуляторы, ведь существуют всего два способа: это параллельный и последовательный, но на самом деле даже в таком, казалось бы, простом деле есть свои тонкости, не учтя которые можно даже новые аккумуляторы вывести из строя. В этой статье я расскажу, как соединить аккумуляторы по всем правилам. Итак, начнем.

Параллельное соединение

И начнем с параллельного соединения. При параллельном соединении происходит соединение всех плюсовых клемм в один плюс, а всех минусовых клемм в один минус.

yandex.ru

При таком способе соединения вне зависимости от того, какое количество будет соединено суммарное напряжение, будет равняться напряжению одного элемента. Но при этом сила разрядного тока пропорционально возрастет во столько раз, сколько элементов мы объединим в цепочку при условии, что соединяемые аккумуляторы однотипные.

yandex.ru

Последовательное соединение

При такой сборке общая емкость остается равной емкости одного элемента цепочки, а вот напряжение возрастает и будет равно суммарному напряжению всех соединенных элементов.

yandex.ru

При этом сила тока от сформированной батареи таким образом будет равняться силе тока одного элемента.

yandex.ru

С какой целью аккумуляторы объединяют в батареи

Давайте пару слов скажем о причинах таких манипуляций. Все потому, что наши системы далеки от идеала, и в них присутствуют потери на нагрев проводников. И гораздо выгоднее передавать мощность при более высоком напряжении, например, при 220 Вольтах, чем при 12 Вольтах. Ведь при более высоком напряжении протекающий ток меньше и следовательно потери тоже меньше.

Именно поэтому достаточно мощные ИБП собираются из аккумуляторов, соединенных в последовательную цепочку рассчитанных на 12 Вольт. В этом случае верно утверждение: чем более высокий показатель напряжения источника, тем более высоким КПД он обладает.

Если же нужно увеличение тока отдачи, то гораздо выгоднее поставить в параллель еще один аккумулятор (для увеличения суммарной емкости источника), чем покупать новый аккумулятор повышенной емкости.

Нюансы, которые нужно учитывать при объединении аккумуляторов

Теперь давайте разберемся в тонкостях и правилах соединения аккумуляторов.

Для всех аккумуляторов верно утверждение, что чем больше емкость самого аккумулятора, тем меньше его внутреннее сопротивление и в данном случае зависимость тут почти обратно пропорциональная.

Итак, если мы возьмем изделия различной емкости, но выполненные по идентичной технологии, и соединим их в последовательную цепочку, (а после этого замкнем цепочку), то ток в этой цепи будет течь одинаковый. А вот падение напряжения будет на каждом элементе различными.

И вполне вероятно, что на одном из элементов цепи во время зарядки напряжение будет существенно выше номинала, что крайне нежелательно, а при разрядке существенно меньше нижнего предела, что так же нежелательно для аккумулятора. Для лучшего понимания давайте рассмотрим такой пример:

Представим, что аккумуляторная батарея состоит из 10 элементов на номинальное напряжение в 12 Вольт. И 9 из 10 будут иметь емкость в 20 А*ч, а один в 10 А*ч.

И давайте соединим нашу батарею последовательным образом и поставим заряжаться устройством током в 2 Ампера. При этом ЗУ отрегулировано таким образом, что при достижении напряжения в 138 U произойдет отключение зарядного устройства (отталкиваясь от среднего значения в 13,8 U на отдельный аккумулятор в цепи). Так что произойдет во время зарядки?

yandex.ru

А вот что. Вполне логично, что аккумулятор маленькой емкостью будет заряжаться так же как и остальные аккумуляторы, вот только напряжение на его обкладках будет увеличиваться в три раза быстрее, чем у остальных элементов.

И когда аккумулятор с емкостью в 10 А*ч уже будет полностью заряжен и его уже необходимо переводить в режим стабилизации напряжения, этого не случится. А все потому, что оставшиеся элементы составной аккумуляторной батареи необходимо заряжать несколько часов.

В течении этого времени напряжение на малом аккумуляторе превысит предел и система рекомбинации газов просто напросто не выдержит. Будут сорваны клапаны, что приведет к потере влаги, уменьшению емкости.

Из этого следует, что заряжать последовательно соединенные аккумуляторы допустимо, только если их емкости одинаковы, выполнены по единой технологии и находятся в одинаковой стадии разряда.

Теперь давайте рассмотрим такую ситуацию. Будем разряжать эту же аккумуляторную батарею, у которой на каждом элементе напряжение имеет величину в 13,8 Вольт, при этом разрядный ток равен 2 Амперам.

yandex.ru

Защита от глубокого разряда сработает когда элементы разрядятся до суммарного напряжения в 72 U ( на одном элементе 7,2 U). Но в нашей цепи есть малый аккумулятор, и при данном разрядном токе он полностью разрядится спустя 4 часа, а на остальных аккумуляторах еще будет 12U. Защита от разряда будет молчать, а малый аккумулятор неизбежно потеряет свою изначальную емкость.

Поэтому в последовательную цепь лучше всего соединять аккумуляторы из одной партии и перед соединением обязательно проверить их емкости тестером АКБ.

Теперь давайте поговорим о параллельном соединении

В параллель соединять аккумуляторы различной емкости вполне можно. Ведь при таком виде соединения емкость не играет никакой роли, ведь максимальный ток разряда и заряда для каждого элемента свой. В этом случае гораздо важнее, чтобы при соединении напряжение всех элементов было одинаково.

yandex.ru

Ведь если во время соединения двух аккумуляторов, существенно различающихся по емкости, будут различны и напряжения, то неизбежно возникнет кратковременная перегрузка по току одного аккумулятора.

Если высоким напряжением будет обладать аккумулятор с меньшей емкостью, то при соединении внутри него будет протекать ток короткого замыкания, что может разрушить элемент.

Если же повышенным напряжением будет обладать аккумулятор большой емкостью, то пострадает все равно аккумулятор с маленькой емкостью, так как в этом случае он будет принимать заряд в режиме перегрузки.

Поэтому главным правилом при параллельном соединении является предварительное выравнивание их напряжений.

Если статья оказалась познавательной или полезной, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

A True Balancing Act

Теперь, когда у нас есть возможность установить действительно несульфатирующие аккумуляторы с частичным зарядом (PSOC) AGM, такие как Firefly и линейки Blue Plus от Meridian / Northstar, мы столкнулись с новой дилеммой. Эти батареи могут быть подвержены риску выхода из строя из-за дисбаланса напряжений при подключении в виде нескольких блоков в последовательной конфигурации.

Прочтите спецификации любой литий-ионной батареи, и вы увидите, что отдельные последовательно соединенные элементы используют какой-то механизм балансировки напряжения.Без этого уравновешивающего действия некоторые элементы в конечном итоге будут работать при разных напряжениях и заряжаться с разной скоростью, и если эта ситуация выйдет из строя с литий-ионными батареями, ну … вы знаете, он отдыхает.

Элементы в батареях AGM работают иначе, чем литий-ионные элементы. Небольшие дисбалансы между отдельными свинцово-кислотными элементами 2 В (шесть из них в батарее 12 В) не создают никакой реальной опасности, но объединение нескольких несбалансированных батарей 12 В в последовательное соединение для повышения напряжения действительно представляет реальную возможность преждевременный выход батареи из строя.Такой же потенциал существует и для 6-вольтовых батарей, соединенных последовательно, но теоретически дисбаланс должен быть намного меньше, поэтому для простоты мы рассмотрим здесь только 12-вольтовые батареи.

Pause for Tech Talk: соединение двух или более 12-вольтовых батарей вместе в серии (+ к -, + к — и т. Д.) Увеличивает напряжение в несколько раз по сравнению с количеством отдельных батарей, но емкость ампер / час остается неизменной. Это означает, что две батареи на 12 вольт 100 ампер / час, соединенные последовательно, дают батарею на 24 вольта 100 ампер / час.

Подключение двух или более батарей 12 В в параллельно (+ к +, — к -) увеличивает емкость в несколько раз по сравнению с количеством отдельных батарей, сохраняя напряжение на уровне 12 В. Теперь те же две 12-вольтовые батареи на 100 ампер / час, соединенные параллельно, дают нам 12-вольтовый аккумуляторный блок с емкостью 200 ампер / час. Конец технических разговоров.

При параллельном подключении батарей каждая батарея получает одинаковое напряжение заряда, при этом любые дисбалансы выравниваются во время и после зарядки.Но батареи, соединенные в последовательную цепочку, не будут полностью уравновешивать себя во время процесса зарядки, и любой дисбаланс усиливается с последующими циклами зарядки. Говорят, что полная зарядка последовательно соединенного блока батарей в каждом цикле поможет свести к минимуму эти дисбалансы, как и периодическая зарядка кондиционера, но разве мы не просто установили эти новые батареи PSOC AGM именно потому, что они не заряжаются? Требуется полная зарядка в каждом цикле?

Итак, как мы можем помочь предотвратить преждевременный выход из строя одной или нескольких 12-вольтных батарей при последовательном соединении? Итак, первый шаг перед установкой — зарядить все батареи вместе от зарядного устройства на 12 В, при этом они будут подключены параллельно.Это гарантирует, что все индивидуальные напряжения батареи будут как можно более равными при первой установке и подключении последовательно, и это также должно быть сделано в случае замены одной батареи в банке после сбоя. Следующим шагом будет установка балансиров батарей.

Балансировщики батарей — это небольшие дискретные устройства, которые подключаются к каждой паре 12-вольтовых батарей в последовательно соединенной цепочке; один требуется для системы на 24 В и три для системы на 48 В. (Системы на 36 В практически не слышны, и все, что превышает 50 В постоянного тока на лодке, рассматривается властями как явно вредное для здоровья, поэтому смелой элите контингента электрических силовых установок остается бродить на территории с более чем 50 В.

Устройства балансировки батарей

работают, глядя на разницу в напряжении между парой 12-вольтовых батарей, соединенных последовательно, и позволяют уравнивающим токам протекать между ними, пока они не окажутся в пределах нескольких милливольт друг от друга.

Они также будут работать с несколькими банками последовательно соединенных батарей, соединенных параллельно для увеличения емкости — последовательная / параллельная система. Некоторые противовесы работают только при зарядке аккумуляторов, а некоторые работают как при работающем зарядном устройстве, так и когда нет.Их ток в режиме ожидания обычно составляет около полмиллиампера, что составляет менее 0,5 ампер / час в месяц, так что здесь не о чем беспокоиться. Нам нравится модель Philippi BLA, которая работает постоянно и может пропускать до 5 ампер уравновешивающего тока.

Получается, что, решив одну проблему в виде сульфатных аккумуляторов, перейдя на модели PSOC, мы ввели другую. Отсутствие необходимости полностью заряжать батарею в каждом цикле увеличивает риск преждевременного выхода батареи из строя из-за возможных дисбалансов напряжений.Теперь, благодаря доступности этих небольших, недорогих и простых в установке балансировщиков батарей, это больше не должно считаться проблемой.

Далее?

Работа от батарей: последовательно и параллельно

Когда основная теория, лежащая в основе работы батарей, будет понята, мы сможем применить эти концепции, чтобы лучше понять способ использования батарей.

Ячейки серии

Когда несколько ячеек соединены последовательно (Рисунок 7), общее выходное напряжение батареи равно сумме напряжений отдельных ячеек. В примере батареи на Рисунке 7 четыре элемента по 1,5 В обеспечивают в общей сложности 6 вольт.

Когда мы соединяем ячейки последовательно, положительная клемма одной ячейки подключается к отрицательной клемме следующей ячейки. Ток, протекающий через последовательно подключенную батарею, такой же, как и для одной ячейки.

Рисунок 7: Ячейки, подключенные в серии

Параллельные ячейки

Элементы, соединенные параллельно (Рисунок 8), увеличивают емкость аккумулятора. При параллельном соединении ячеек все положительные выводы соединяются вместе, а все отрицательные выводы соединяются вместе. Общее выходное напряжение батареи, подключенной параллельно, такое же, как у одиночной ячейки.

Ячейки, соединенные параллельно, имеют тот же эффект, что и увеличение размера электродов и электролита в одной ячейке.Преимущество параллельного соединения элементов в том, что это увеличивает токонесущую способность батареи.

Рисунок 8: Ячейки, подключенные параллельно

Первичная ячейка

Ячейки, которые нельзя вернуть в хорошее состояние или перезарядить после того, как их выходное напряжение упало до непригодного для использования значения, называются первичными ячейками. Сухие элементы, которые используются в фонариках и транзисторных радиоприемниках (например, элементы AA, ячейки C), являются примерами первичных элементов.

Вторичные элементы

Ячейки, которые можно перезаряжать почти до исходного состояния, называются вторичными ячейками. Наиболее распространенным примером вторичного или перезаряжаемого элемента является свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор.

Вместимость

Емкость аккумуляторной батареи определяет, как долго аккумуляторная батарея будет работать при определенной скорости разряда, и измеряется в ампер-часах. Например, аккумулятор на 120 ампер-час необходимо перезарядить через 12 часов, если скорость разряда составляет 10 ампер.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление в химической ячейке в основном связано с сопротивлением электролита между электродами (Рисунок 9).

Любой ток в батарее должен проходить через внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление последовательно с напряжением батареи, вызывая внутреннее падение напряжения (Рисунок 10).

При отсутствии тока падение напряжения равно нулю; таким образом, полное напряжение батареи вырабатывается на выходных клеммах (V _B).Если на аккумулятор подается нагрузка, сопротивление нагрузки (R _L) последовательно с внутренним сопротивлением (R _i).

Рисунок 9: Внутреннее сопротивление в химической ячейке

Рисунок 10: Внутреннее падение напряжения

Когда в цепи течет ток (I _L), внутреннее падение напряжения (I _L R _i) снижает напряжение на клеммах батареи, как показано в уравнении ниже. Таким образом, внутреннее сопротивление снижает как ток, так и напряжение, доступное для нагрузки.

V _L = V _B — I _L R _i

Срок годности

Срок годности батареи — это время, в течение которого батарея может храниться без потери более 10 процентов своей первоначальной емкости.

Зарядка и разрядка

Заряд батареи может обозначаться как одно из двух:

относительное состояние емкости аккумулятора, или
фактическое действие подачи тока в обратном направлении, чтобы вернуть батарею в полностью заряженное состояние.

Разряд, проще говоря, это процесс получения тока от батареи.

Сводка по эксплуатации батарей

Выходное напряжение последовательно соединенной батареи равно сумме напряжений элементов.
Батарея, подключенная параллельно, имеет преимущество большей пропускной способности по току.
Вторичные элементы можно заряжать; первичные элементы не подлежат перезарядке.
Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах.
Внутреннее сопротивление в батарее снижает напряжение батареи, когда на батарею помещается нагрузка.
Срок годности — это термин, который используется для измерения времени, в течение которого батарея может простаивать и не терять более 10 процентов своего заряда.
Заряд батареи может относиться к одному из двух факторов: (1) относительному состоянию емкости батареи или (2) фактическому действию приложения тока в обратном направлении, чтобы восстановить полностью заряженную батарею. условие.
Разряд относится к отбору тока от батареи.

Срок службы батареи · Расширенные приложения Интернета вещей

Срок службы батареи

При разработке новых устройств для Интернета вещей всегда возникает важный вопрос, как долго устройство может работать при питании от аккумулятора. Ответ на этот вопрос зависит от двух вещей:

от емкости АКБ, а
от потребления аппарата

Изображение 1 — Аккумулятор NCR 18650B

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора указана в Ач (ампер-час), соответственно.в нижних единицах мАч (миллиампер-час). Батарея имеет емкость в один час в амперах, если она теоретически может в пределах своего номинального напряжения подавать в нагрузку ток 1A в течение 1 часов.

Емкость батарей одного типа может различаться в зависимости от производителя. Сводная информация о емкости наиболее популярных аккумуляторов на рынке представлена в следующей таблице. Батареи имеют маркировку в соответствии с обозначением ANSI. Согласно IEC маркированы только батарейки типа «таблетка» и «таблетка».

Тип	Тег	Вместимость	Напряжение
монетный элемент	CR2032	190 — 225 мАч	3 В
кнопочный элемент	R44	15-600 мАч	3 В
размер карандаша	AA	600 — 3400 мАч	1.2 — 1,5 В
микро	AAA	350 — 1250 мАч	1,25 — 1,5 В
Аккумулятор 9В	9В	400 — 1200 мАч	7,2 — 9 В

Однако тот факт, что батарея способна выдавать ток величиной 1A , не означает, что она будет подавать его постоянно. Величина тока, снимаемого с аккумулятора, зависит от размера подключенной к нему нагрузки.Исходя из закона Ома, можно сказать, что при небольшой нагрузке аккумулятор будет обеспечивать большой ток. С другой стороны, когда нагрузка высока, он будет давать небольшой ток. Например, если аккумулятор емкостью 1Ач подключен к нагрузке, которая потребляет -500мА , сможет обеспечить этот поток 2ч . Если аккумулятор, требующий 2A , подключен к такой нагрузке, аккумулятор сможет выдавать ток только 30 м .

Срок службы батареи, соотв.Время, в течение которого устройство может питаться от батареи, можно рассчитать как деление емкости батареи на величину тока, протекающего через нагрузку.

Срок службы батареи = Емкость батареи [Ач] Ток нагрузки [А] Батарея \ space {} Life = \ frac {Battery \ space {} Емкость \ space {} [Ач]} {Load \ space {} Current \ space {} [A]} Срок службы батареи = ток нагрузки [А] Емкость батареи [Ач]

Например, если к аккумулятору емкостью 1000 мАч подключен Arduino Uno , который после подключения потребляет ток примерно 50 мА , то его хватает на 20 часов :

Срок службы батареи = Емкость батареи Ток нагрузки = 1 Ач0.05A = 20 часов Батарея \ space {} Life = \ frac {Battery \ space {} Емкость} {Load \ space {} Current} = \ frac {1 Ah} {0,05A} = 20 \ space {} часов Срок службы батареи = ток нагрузки Емкость батареи = 0,05 А 1 Ач = 20 часов

В соответствии с этим соотношением, теоретически батарея емкостью 1 Ач могла бы обеспечивать нагрузку током размером 100 А на 6 м (_0.01h ). Однако максимальный расход заряда батареи ограничен внутренним сопротивлением. Это сопротивление очень мало (порядка мОм) и также является источником тепла, возникающего при подаче тока на нагрузку.Информацию о максимальном токе, который батарея может безопасно обеспечивать, можно найти в техническом описании соответствующей батареи.

Изображение 2 — Характеристики скорости разряда NCR18650B

Из характеристики разряда батареи NCR18650B видно, что чем больше ток потребляется от батареи, тем меньше ее емкость и тем быстрее батарея разряжается (тем больше потери тепла ). Точно так же из характеристики можно увидеть, что чем больше ток потребляется от батареи, тем ниже выходное напряжение.Это связано с внутренним сопротивлением аккумулятора.

По характеристикам можно увидеть процесс поведения разряда в различных условиях. Поэтому данные о батарее можно принять как приблизительное значение в идеальных условиях. В случае батареи NCR18650B , например, напряжение составляет 3,7 В, , а емкость составляет 3400 мАч .

Если сравнить две батареи с одинаковой емкостью, но с разными номинальными напряжениями, может показаться, что они дают одинаковое количество энергии.Это неправда. Аккумулятор с более высоким номинальным напряжением будет иметь большую мощность. Количество энергии, которое может выдать аккумулятор, зависит не только от его емкости, но и от номинального напряжения. Чтобы выразить количество энергии, которое может выдать аккумулятор, используется единица измерения Вт · ч, (ватт), и ее можно вычислить как произведение емкости аккумулятора и его номинального напряжения: Энергия батареи = Емкость батареи [Ач] ⋅Номинальное напряжение [В] Батарея \ пробел {} Энергия = Батарея \ пробел {} Емкость \ пробел {} [Ач] \ cdot Номинальное \ пробел {} Напряжение \ пробел {} [В] Энергия батареи = Емкость батареи [Ач] ⋅Номинальное напряжение [В]

Например, батарея NCR18650B имеет в соответствии с таблицей данных номинальное напряжение 3.6V и (типовая) емкость 3350mAh . Энергия батареи = Емкость батареи ⋅Номинальное напряжение = 3,4 Ач 3,35 В = 11,39 Втч Батарея \ пробел {} Энергия = Батарея \ пробел {} Емкость \ пробел {} \ cdot Номинальное \ пробел {} Напряжение \ пробел {} = 3,4 Ач \ cdot 3,35 В = 11,39 Втч Энергия батареи = Емкость батареи ⋅Номинальное напряжение = 3,4 А · ч 3,35 В = 11,39 Вт · ч

Не рекомендуется учитывать аккумуляторные батареи при проектировании и эксплуатации устройств IoT . Перезаряжаемые батареи есть в устройствах, которые используются ежедневно, в MP3-плеерах, камерах, клавиатурах и мышах.В этом случае использование аккумуляторных батарей выгоднее с финансовой точки зрения, чем покупка новых батарей.

Устройства IoT — это устройства, которые не используются ежедневно и постоянно. Часто такое устройство только просыпается, считывает значение с датчика, отправляет его на обработку и снова засыпает. Аккумуляторы страдают от саморазряда, что сокращает срок их службы. Даже без использования аккумуляторной батареи она может разрядиться через несколько месяцев. Этой проблемы можно избежать, используя неперезаряжаемые (щелочные) батареи.Устройства с питанием от щелочных батарей могут работать от месяцев до лет без необходимости замены батарей.

Потребление устройства

Определить потребление устройства немного сложнее. В результате работы устройства, в зависимости от других подключенных компонентов (цепей), в разное время может потребляться различная энергия. Таким образом, если устройство предназначено для питания от батареи как можно дольше, следует рассмотреть вопрос об использовании каждого элемента в устройстве, его потреблении, а также использовании соответствующих функций микроконтроллера для достижения минимально возможного потребления. .Эти параметры будут описаны в следующих главах.

Последовательный или параллельный

Соединение нескольких батарей вместе также влияет на срок службы батарей. Влияние можно увидеть после того, как мы выберем тип межсоединения. Мы можем подключить батареи к серии , параллельно или последовательно-параллельно .

При последовательном подключении аккумуляторов полюса аккумулятора входят в противоположное положение. Это означает, что положительный полюс одной батареи соединен с отрицательным полюсом другой батареи.Результирующее номинальное напряжение сформированной батареи будет суммой номинальных батарей, подключенных последовательно. Результирующая емкость снова рассчитывается как среднее значение емкостей всех задействованных батарей.

Например, если две батареи емкостью 2000 мАч и номинальным напряжением 1,5 В соединены последовательно, результирующее значение номинального напряжения будет _3 В . Однако емкость аккумулятора не изменится.

Рисунок 3 — Две батареи, соединенные последовательно

При параллельном подключении батарей соединяются одинаковые полюса.Это означает, что положительный полюс одной батареи соединен с положительным полюсом другой батареи. То же самое и с отрицательными полюсами. Результирующее номинальное напряжение подключенной таким образом батареи возникает как среднее напряжение подключенных аккумуляторов. Результирующая емкость будет суммой емкостей подключенных батарей.

Например, если две батареи емкостью 2000 мАч и номинальным напряжением 1,5 В подключены параллельно, номинальное напряжение останется равным 1.5В. Однако емкость аккумулятора увеличивается вдвое (_4000mAh ).

Изображение 4 — Две батареи, соединенные параллельно

Конечно, можно создать последовательно-параллельное соединение, чтобы объединить характеристики последовательной и параллельной проводки. Например, если батареи подключены в соответствии со следующей схемой подключения, результирующее номинальное напряжение батареи такого типа будет 3V , а ее емкость будет 4000mA .

Изображение 5 — Батареи, подключенные последовательно / параллельно

Проблемы при подключении батарей

При использовании нескольких батарей в последовательной и параллельной проводке рекомендуется использовать одни и те же батареи — с точки зрения номинального напряжения, но особенно с точки зрения емкости.Батарея малой емкости вызовет потенциальный дисбаланс, и если батареи подключены параллельно, другие батареи будут пытаться перезарядить батарею. В случае последовательного подключения батарея с наименьшей емкостью при подключении к нагрузке разряжается первой, что вызывает преждевременное отключение устройства. В режиме зарядки зарядное устройство сначала заряжается, и перезарядка будет длиться дольше, чем у других аккумуляторов.

Однако также можно подойти к батареям, которые частично нарушают этот подход.Например, аккумуляторы для ноутбуков часто состоят из нескольких объединенных элементов. Например, в комбинации, именуемой 4s2p , батареи 4 подключены последовательно для достижения номинального уровня напряжения 14,4 В, и 2 подключены параллельно для увеличения емкости батареи, с 2400 мАч до 4800мАч .

При замене батарей рекомендуется заменить весь батарейный блок на новый по указанным выше причинам.Это также относится к случаям, когда одна батарея сломана в батарее, состоящей из нескольких ячеек. Замена одной единственной ячейки вызовет дисбаланс. Поэтому замените весь аккумулятор на новый.

При размещении устройств IoT на открытом воздухе необходимо следить за температурой батарей. Влияние температуры на срок службы батареи прямое: чем холоднее окружающая среда, тем быстрее разряжается батарея. Холодный аккумулятор увеличивает внутреннее сопротивление и снижает его емкость.Идеальная температура для правильной работы аккумулятора обычно составляет около 20 ° C ( 68 ° F ). Поэтому при использовании на улице всегда рекомендуется проверять температурные условия выбранной батареи в ее техническом паспорте.

Рисунок 6 — Температурные характеристики разряда NCR18650B

Температурную зависимость батареи также можно увидеть на характеристике температуры разряда батареи NCR18650B — батарея разряжается быстрее всего при самой низкой температуре.Из характеристики также можно увидеть, что влияние температуры также влияет на величину выходного напряжения.

Можно ли параллельно подключить разные батареи в ампер-часах?

Нет, можно подключить батареи из различных Ач последовательно с хорошим результатом. Однако можно подключить батареи из различных Ач в параллельно с помощью диодов.При параллельном подключении вы должны использовать диоды для подключения батарей к ИБП. Диоды предотвращают одну батарею от зарядки / разрядки другой батареи .

Нажмите, чтобы увидеть полный ответ

Можно ли параллельно использовать две разные батареи?
2 ответа. «Большинство типов батарей подходят для последовательного и параллельного соединения . Важно использовать батарею одного и того же типа с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать разных производителей и размеров., если вам нужно , чтобы работал на дольше, то 7.2AH будет работать с большую часть ночи.
Кроме того, что произойдет, если вы подключите батареи параллельно? Когда вы подключаете две идентичные батареи параллельно , , вы удваиваете выходную емкость , сохраняя при этом выходное напряжение таким же, как у любой батареи . В другом случае , если две идентичные батареи соединены последовательно , выходное напряжение удваивается, но выходная емкость остается такой же, как у любой батареи .
Кроме того, что происходит при параллельном подключении двух батарей с разной мощностью в ампер-часах?
Последовательное подключение аккумуляторов увеличивает напряжение, но не увеличивает общую А — емкость часов . Все батареи в последовательном банке должны иметь одинаковый номинал ампер — часов . Подключение аккумуляторов в параллельно увеличивает общий ток , емкость за счет уменьшения общего сопротивления, а также увеличивает общую ампер — часовую емкость .
Продержатся ли параллельно включенные батареи?
В цепи , параллельной , каждая нагрузка получает одинаковое напряжение. Когда батареи подключены к параллельно , напряжение остается тем же самым, но мощность (или доступный ток) увеличивается. Это означает, что аккумуляторов прослужат дольше . Например, две батареи на 6 Вольт , соединенные по параллельно , все равно будут давать 6 Вольт.
Конфигурации последовательных, параллельных и последовательно-параллельных цепей
Конфигурации последовательных, параллельных и последовательно-параллельных цепей
Проектирование схемы, в которой используются батареи, часто требует принятия критического решения между использованием последовательной или параллельной схемы.В этой краткой статье освещаются некоторые плюсы и минусы работы с каждой конфигурацией, а также некоторые другие полезные советы и общая информация о последовательных и параллельных схемах.
Цепи серии
Как правило, для достижения более высокого напряжения используются последовательные конфигурации. Например, если для цепи требуется 6 вольт, две 3-вольтовые батареи CR2032 могут быть подключены последовательно для обеспечения необходимого напряжения. Однако емкость схемы остается прежней, поэтому, если каждый CR2032 имеет емкость 225 мАч, наша общая схема все равно будет иметь только 225 мАч.В последовательных цепях неисправная батарея в серии может привести к тому, что напряжение будет ниже необходимого, что, среди прочего, может привести к отказу оборудования.
Параллельные цепи
Параллельные конфигурации обычно используются для достижения большей производительности. Например, если для цепи требуется 1,2 В и более высокая емкость, две батареи NiCD 1,2 В можно подключить параллельно, чтобы получить необходимый 1.2 В, но с удвоенной емкостью, предлагаемой каждой отдельной батареей. Неисправная батарея в параллельной цепи может привести к малому времени работы, но не влияет на напряжение, однако существует потенциальная опасность возгорания при коротком замыкании одной ячейки в параллельной цепи.
Последовательно-параллельные схемы
Последовательно-параллельные конфигурации представляют собой комбинацию двух вышеупомянутых конструкций. Лучше всего рассматривать последовательно-параллельную цепь как параллельную цепь, в которой параллельные ячейки на самом деле являются последовательными цепями.Очень часто параллельные цепи используются с литиевыми батареями, например литий-ионными аккумуляторными батареями 18650. Итак, если четыре батареи 18650 были подключены в последовательно-параллельную цепь, это действительно была бы параллельная цепь из двух последовательных цепей двух батарей 18650. Если каждая литий-ионная батарея 18650 имеет напряжение 3,7 В и емкость 2600 мАч, это будет означать, что каждая из двух последовательных цепей имеет напряжение 7,4 В и ток 2600 мАч. Таким образом, наша параллельная цепь работает так, как если бы она имела две батареи с 7.4 вольта и 2600 мАч, что дает нашему последовательно-параллельному устройству 7,4 вольт и 5200 мАч. Последовательно-параллельные схемы обладают сильными сторонами как последовательной, так и параллельной схемы, однако следует также учитывать, что у них также есть оба недостатка. Неисправный элемент считается как отказ в последовательной цепи, так и в общей параллельной цепи.
Держатели батарей и конфигурации цепей
Держатели для батарей следует выбирать в зависимости от схемы, которую вы выбрали заранее.Хороший производитель держателей для батареек сможет предоставить держатели для конфигурации, которая требуется вашему продукту, независимо от того, хотите ли вы две батареи CR2032 последовательно, две батареи AAA параллельно или четыре батареи AA в последовательно-параллельной цепи. Для получения общей информации о держателях батарей посетите сайт batteryholder.org или ознакомьтесь с этими советами по держателям батарей.
Последовательные и параллельные батареи
При использовании нескольких батарей в любом устройстве их можно подключать последовательно или параллельно.У каждого есть свои преимущества и недостатки. При последовательном или параллельном размещении батарей все батареи должны иметь одинаковое напряжение и емкость (мАч), иначе батареи с более высоким напряжением / емкостью приведут к повреждению батарей с более низким напряжением / емкостью.
Чтобы батареи находились рядом друг с другом по напряжению и емкости, используйте батареи одной марки, химического состава, уровня заряда и возраста.
— Химия — это первое, что важно, поскольку другой химический состав гарантирует другую кривую разряда напряжения и емкость.
— Возраст — второй по важности.
У аккумуляторных батарей, чем они старше, тем меньше их максимальная емкость, и поэтому они разряжаются быстрее, чем новые батареи. (Аккумулятор емкостью 3400 мАч после года использования может быть всего 3000 мАч — в зависимости от того, сколько он используется.)
Что касается первичной батареи, чем она старше, тем больше времени у нее на саморазряд и, следовательно, меньше вероятность того, что она разрядится. держит аж новую батарею.
— Третий по важности уровень заряда.С несколькими перезаряжаемыми батареями, если они не все заряжены до одинакового уровня, одна разрядится раньше других и начнет получать повреждения.
— Бренд наименее важен из четырех, и его можно немного игнорировать. Чтобы получить максимальную отдачу от каждой батареи, лучше всего использовать одну и ту же марку. Однако, если номинальная емкость, возраст и уровень заряда совпадают, тогда могут быть небольшие расхождения между брендами. Это более приемлемо для первичных батарей, поскольку они в любом случае используются только один раз, это просто означает, что одно использование может быть немного меньше, чем полный потенциал батарей.При использовании перезаряжаемых аккумуляторов, чем чаще батареи разных производителей смешиваются друг с другом, тем больший ущерб будет нанесен, что уменьшает количество раз, когда они могут быть перезаряжены.
серии:
Батареи, включенные последовательно, эффективно соединяются в ряд (напрямую или электрически) — это наиболее часто используемая система.
Самая простая — это физическая серия с двумя батареями, в которой одна батарея загружается так, что один конец подключается к электронике устройства, затем вторая батарея загружается в том же направлении, так что она контактирует с другой батареей, а другая подключается к устройству. электроника.
Более сложным примером последовательно соединенных батарей является подставка для батарей с тремя батареями, расположенными рядом. Два из них обращены в одну сторону, а средний — в другую. Батареи не связаны друг с другом напрямую, но провода в подставке соединяют концы батарей, так что они включены последовательно.
Преимущества: Напряжение каждой батареи в серии складывается с остальными. Четыре щелочные батареи будут (1,5 В * 4 =) 6.0V. Четыре Ni-MH батареи будут (1,2 В * 4 =) 4,8 В. Четыре литий-ионных аккумулятора будут (3,7 В * 4 =) 14,8 В.
При повышении напряжения мощность фонарика увеличивается. Это делает три Ni-MH батареи (1,2 В * 3 = 3,6 В) конкурентоспособными по мощности с одной литий-ионной батареей (3,7 В). Пара щелочных или литиевых батарей (1,5 В * 2 = 3,0 В) также является разумной конкуренцией.
Чтобы продемонстрировать разницу в химическом составе аккумуляторов, количество последовательно подключенных аккумуляторов должно достигнуть 222 В (наименьшее напряжение, которое я смог найти делимым на 1.2, 1.5 и 3.7) составляет:
Щелочные / литиевые 1,5 В: 148 батарей
Ni-MH 1,2 В: 185 батарей
Литий-ионные 3,7 В: 60 батарей
Литий / литий-ионные 3,0 В: 74 батареи
Недостатки: Емкость не увеличивается. С тремя последовательно подключенными батареями по 1000 мАч общая емкость «аккумуляторного блока» по-прежнему составляет всего 1000 мАч.
По мере того, как батареи истощают напряжение, они вызывают падение, что приводит к снижению производительности. Если у одной батареи меньше заряда, чем у других (например, из трех батарей одна почти разряжена, а две другие почти полностью заряжены), то общее напряжение упадет, что приведет к падению напряжения ниже требуемого устройства до того, как более заряженные батареи полностью разрядятся. выписан.С щелочными или литиевыми батареями это может привести к тому, что батареи будут выброшены до того, как они полностью разрядятся, а если щелочные батареи будут чрезмерно разряжены, они могут начать протекать в любой момент. В случае никель-металлгидридных или литий-ионных аккумуляторов это создает впечатление, что емкость уменьшилась, когда этого не произошло — это также может привести к чрезмерной разрядке недозаряженной батареи, что выводит ее из строя, и ее нельзя больше заряжать (литий-ионная схемы защиты предотвращают это).
В случае, если одна батарея имеет более высокий заряд, будут получены те же результаты, что и выше, но раньше, поскольку напряжение будет ниже изначально.Например, три батареи, одна из которых почти заряжена, а две — наполовину. Когда две половинки разряжены, устройство больше не будет получать достаточно энергии, и в результате более полная заряженная батарея больше не разряжается. Если разница между полностью разряженными и полностью разряженными батареями достаточно велика, разряженные батареи могут быть чрезмерно разряжены до того, как напряжение станет слишком низким для устройства.
Короткое замыкание:
В случае короткого замыкания, температура батарей быстро возрастет и будет выше, чем у одной батареи, но она прослужит столько же, сколько и одна батарея.Это может привести к протечке батарей, возгоранию всего, с чем они соприкасаются, или к возгоранию легковоспламеняющихся материалов. (Цепи литий-ионной защиты предотвращают это, отключая аккумулятор от цепи.)
В случае короткого замыкания батареи (батарея выходит из строя и быстро разряжается) она нагревается и потенциально может повредить другие батареи, вызвать ожоги, утечку или вызвать возгорание. Цепи защиты бесполезны в случае внутреннего короткого замыкания аккумулятора.
Параллельный:
Батареи, включенные параллельно, вместо этого увеличивают общую емкость «аккумуляторного блока».Здесь батареи электрически соединяются на одних концах. Когда батареи загружаются бок о бок в устройство, обращенное в одном направлении, или в подставку, обращенную в одном направлении, они, вероятно, находятся параллельно.
Самый простой — это две батареи, расположенные бок о бок в одном направлении.
Более сложный пример — подставка, в которую помещается несколько батарей, все обращенных в одном направлении, что усложняется только потому, что нужно загрузить больше батарей.
Преимущества: В устройстве, которое может работать как от одной батареи, так и от пакета этих батарей параллельно, емкость (время работы) эффективно умножается на количество батарей.С тремя батареями по 1000 мАч эффективная емкость составляет 3000 мАч.
Некоторые устройства потребляют энергию быстрее, чем может поддерживать одна батарея; рисование даже немного быстрее, чем рассчитано на батарею, может значительно повлиять на скорость разряда батареи и привести к значительному сокращению времени работы. При параллельном подключении батареи потребность распределяется между батареями, что обеспечивает постоянный расход емкости и время работы.
Недостатки: При выходе из строя одного аккумулятора его полезная емкость соответственно падает.
Если батареи заряжены неравномерно, то высока вероятность того, что батареи с меньшим зарядом будут чрезмерно разряжены. В щелочных батареях это приводит к утечкам. В Ni-MH и Li-Ion аккумулятор отключится, и его нельзя будет перезарядить (схемы защиты Li-Ion предотвращают чрезмерную разрядку).
Короткое замыкание:
В случае короткого замыкания температура аккумуляторов быстро возрастет и может прослужить дольше, чем отдельная батарея.Это может привести к протечке батарей, сгоранию всего, с чем они соприкасаются, или к потенциально воспламенению легковоспламеняющихся материалов. (Цепи литий-ионной защиты предотвращают это, отсоединяя аккумулятор от цепи — и все схемы защиты будут отключены.)
В случае короткого замыкания батареи (батарея выходит из строя и быстро разряжается) это также будет вести себя как короткое замыкание для других батарей в блоке; все батареи нагреются и могут вызвать ожоги, протечку или возгорание.(Цепи литий-ионной защиты предотвратят разряд других батарей в блоке из-за неисправной батареи, но они все равно могут быть повреждены теплом, выделяемым неисправной батареей.)
Последовательный и параллельный:
Это достигается последовательным размещением батарей, а затем размещением этих групп батарей параллельно друг другу. В каждом отдельном блоке последовательно соединенных батарей должно быть равное количество батарей, чтобы они имели одинаковое напряжение при последовательном соединении.
Пример установки — девять батарей, разделенных на группы по три. Три батареи в каждой группе подключаются друг к другу последовательно, а затем каждая группа подключается друг к другу параллельно. Напряжение будет определяться батареями, включенными последовательно (каждая группа из трех), а емкость будет основываться на параллельном соединении батарей (три группы).
С девятью батареями Ni-MH 1,2 В по 1000 мАч каждая группа в серии будет (1,2 В * 3 =) 3,6 В и 1000 мАч. Тогда три группы параллельно будут (1000 мАч * 3 =) 3000 мАч на 3.6В. Это будет аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 3,6 В и емкостью 3000 мАч. [Примечание: это примерно то же самое, что и одна литий-ионная батарея 18650 на 3,7 В и 2800–3400 мАч.]
Следует отметить, что при использовании этой конфигурации все группы последовательно соединенных батарей должны быть равны. Используя приведенные выше 9 батарей в качестве примера того, чего не следует делать: если одну из них вытащить из одной группы (1,2 В * 2 = 2,4 В) и добавить в другую группу (1,2 В * 4 = 4,8 В), теперь в ней будут три группы. параллельно трех разных напряжений (третье — 1.2 В * 3 = 3,6 В). Пара батареек сначала будет разряжена, а затем начнет чрезмерно разряжаться. В конце концов, группа из трех человек тоже начнет перевыпускаться. Если группа из четырех человек сможет поддерживать устройство, пагубные последствия чрезмерной разрядки уже будут хорошо сказываться — для щелочных это означает вероятную утечку, в то время как для перезаряжаемых аккумуляторов это может сделать их неспособными перезарядить.
Преимущества: Повышение напряжения батарей при последовательном включении и увеличение емкости батарей при параллельном включении.
Недостатки: Все недостатки последовательного и параллельного. Из-за того, что одна батарея имеет больший или меньший заряд, может быть повреждено больше батарей, поэтому батареи обычно заряжаются как группа, а не каждую батарею по отдельности.
Короткое замыкание:
В случае короткого замыкания более высокое напряжение и емкость значительно увеличивают опасность такого короткого замыкания. Аккумуляторные блоки должны иметь схему защиты для отключения от устройства в случае короткого замыкания.
В случае короткого замыкания батареи (батарея выходит из строя и быстро разряжается) она нагревается и потенциально может повредить другие батареи, вызвать ожоги, утечку или вызвать возгорание. Поскольку каждая группа из трех батарей подключена последовательно, самозакорачивание одной батареи может повредить батареи вокруг себя из-за нагрева или утечки. Если последовательный комплект батарей, содержащий вышедшую из строя батарею, все еще используется после того, как батарея вышла из строя, у нее будет пониженное напряжение, что снизит производительность устройства.
Регулировка напряжения — создание последовательного действия, подобного параллельному
Некоторые устройства содержат схему регулирования напряжения. В фонариках, которые мы носим, это отражается на их способности иметь несколько доступных выходов. Фонари можно выключить на более низкую мощность, чтобы продлить время работы.
Если устройство имеет это, батареи могут быть размещены последовательно, и схема ограничивает мощность, поступающую от батарей.
Преимущества: Это может сделать устройство длиннее, а не шире, поэтому его будет удобнее держать в руке — без сложной подставки для создания параллельной цепи той же формы.
Недостатки: Параллельное размещение тех же батарей обеспечит немного лучшее время работы, так как схема регулирования потребляет энергию сама — и чем больше мощности она имеет для регулирования, тем больше энергии она потребляет.
Короткое замыкание:
Некоторым коротким замыканиям может препятствовать регулирующая цепь. Если регулирующая цепь находится между батареей и местом короткого замыкания, регулирующая цепь может ограничить поток энергии и может предотвратить любое повреждение батарей или устройства.Если это произойдет, короткое замыкание может остаться незамеченным любой схемой защиты и разрядить батареи быстрее или даже когда фонарик не используется. Это может быть заметно из-за того, что устройство плохо работает с полностью заряженными батареями.
Серия
и параллельная сводка:
Более высокие требования к напряжению или емкости могут быть удовлетворены путем добавления дополнительных батарей последовательно или параллельно по мере необходимости … но каждая добавленная батарея увеличивает потенциальные осложнения и опасности, если что-то выйдет из строя.Следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить короткое замыкание цепи и избежать чрезмерной зарядки или разрядки аккумуляторов.
Серия
и параллель в фонариках, которые мы носим:
Большинство (если не все) фонари, которые мы носим, для которых требуется несколько батарей, работают с этими батареями последовательно — либо физически (в ряд), либо электрически (подставка для батарей), чтобы получить повышенное выходное напряжение, и могут включать регулятор мощности для ограничения дополнительных напряжение, потребляемое для продления времени работы. У некоторых есть дополнительные расширения для последовательного добавления дополнительных батарей (например, Eagletac 3-cell Body Extension или Eagletac 4-cell Body Extension), а фонарик имеет встроенный регулятор напряжения, поэтому он потребляет столько напряжения, сколько требуется для получения любого из них. больше производительности, увеличенное время работы или и то, и другое.
Fenix LD50 не является ни последовательным, ни параллельным, но имитирует последовательно включенные батареи. Один батарейный отсек питает один светодиод, а другой батарейный отсек питает другой светодиод. Вместо использования последовательных батарей для увеличения напряжения, чтобы получить большую мощность от светодиода, используются два светодиода для получения большей мощности. Это приводит к тому же времени работы, что и один светодиод, питающийся от двух последовательно соединенных батарей. Преимущество заключается в возможности использовать только один батарейный отсек для снижения выходной мощности при том же времени работы.
Большинство, если не все, фонари, которые мы носим, имеют схему защиты. Это связано с тем, что щелочные, литиевые и никель-металлгидридные батареи обычно не имеют схемы защиты, а литий-ионные батареи доступны как незащищенные. Эта схема ведет себя как схема защиты «аккумуляторного блока», отключая все батареи от электрической цепи в случае обнаружения каких-либо проблем. Использование аккумуляторов, имеющих собственную защиту, в устройстве со схемой защиты — это нормально — мы делаем это постоянно.
Конфигурации батарей (последовательные и параллельные) и их защита
Одной ячейки недостаточно для некоторых устройств.Для достижения желаемого напряжения ячейки соединяются последовательно, чтобы складывать напряжение ячеек. Для достижения желаемой емкости элементы подключаются параллельно, чтобы получить высокую емкость путем добавления ампер-часов (Ач). Эта комбинация ячеек называется батареей.
Иногда аккумуляторные блоки используются в обеих конфигурациях вместе, чтобы получить желаемое напряжение и большую емкость. Эта конфигурация используется в аккумуляторе ноутбука, который имеет четыре литий-ионных элемента на 3,6 В, подключенных последовательно, чтобы получить 14,4 В. В каждом элементе есть один элемент, подключенный параллельно, чтобы получить удвоенную емкость 6800 мАч.
Конфигурация аккумулятора ноутбука.
Батарея, подключенная в конфигурации, должна иметь такое же напряжение и емкость, поскольку более слабый элемент вызывает дисбаланс. В последовательной конфигурации батарея имеет такую же прочность, как и слабое звено в цепи батареи, поэтому элемент с большей емкостью не может заряжать больше, чем элемент с более слабой мощностью. Более слабый элемент также разряжается и заряжается первым, что также вызывает такие проблемы, как чрезмерный разряд и чрезмерный заряд в устройстве.
Одноэлементная конфигурация
Одноэлементная конфигурация представляет собой простейший аккумуляторный блок.Эта конфигурация доступна для настенных часов, резервного копирования памяти и наручных часов. Все это маломощные устройства, поэтому в них используется щелочная батарея на 1,5 В. Мобильные телефоны и планшеты также доступны в одноэлементной конфигурации с литий-ионным аккумулятором 3,6 В. На изображении ниже показана одноэлементная конфигурация литий-ионного аккумулятора.
Как мы видели, номинальное напряжение одиночного литий-ионного элемента составляет 3,6 В. Никелевый аккумулятор имеет номинальное напряжение 1,2 В, а щелочная батарея имеет номинальное напряжение около 1.5 В. Другая литиевая батарея имеет напряжение от 3,0 В до 3,9 В. Литий-фосфатный составляет 3,2 В, а литий-титанатный — 2,4 В. В литий-марганцевых и других системах на основе лития часто используются элементы с напряжением 3,7 В. и выше.
Конфигурация серии
Последовательная конфигурация используется там, где напряжение отдельной ячейки недостаточно. Последовательная конфигурация достигается подключением положительного полюса ячейки к отрицательному полюсу другой ячейки, как показано на изображении ниже. Четыре литий-ионных элемента по 3.Последовательное соединение 6 В даст вам 14,4 В, и эта конфигурация называется 4S, потому что четыре ячейки подключены последовательно.
Количество ячеек можно изменять в зависимости от напряжения отдельной ячейки. Свинцово-кислотная батарея имеет номинальное напряжение 2 В, поэтому для достижения 12 В требуется шесть последовательно соединенных элементов. Шесть щелочных батарей с напряжением 1,5 В на элемент, соединенные последовательно, дадут вам 9 В.
Если устройству требуется нечетное напряжение, например 10 вольт, то можно последовательно подключить три Li-ion аккумулятора.Но когда устройству требуется 8,5 вольт от литий-ионного аккумулятора, вам нужно знать характеристики вашего устройства. Если он может работать с напряжением 10 В, то его можно подключать напрямую; в противном случае используется понижающий или повышающий уровень для достижения 8,5 В.
Если одна ячейка в серии неисправна, сопоставление ячеек является проблемой в устаревшем пакете во время замены ячеек. Новая ячейка имеет большую емкость, чем другие, что вызывает дисбаланс. Вот почему аккумуляторные блоки обычно заменяют по частям.
BMS (система управления батареями) или ее контроллер могут определить неисправную батарею, измерив напряжение в каждой точке батареи, как показано ниже на изображении.Неисправна одна ячейка, которая дает 2,8 В вместо 3,6 В. Из-за этого падает напряжение батареи, и устройство отключается раньше с сообщением о низком заряде батареи. Вы можете отремонтировать аккумулятор, заменив этот элемент.
Параллельная конфигурация
Ячейки подключаются параллельно, чтобы удовлетворить более высокие требования к емкости по току, если устройству требуется более высокий ток, но недостаточно места для батареи. Это устройство может использовать параллельную конфигурацию для обеспечения возможности работы с большими токами в небольшом пространстве.Конфигурация с четырьмя параллельными ячейками называется P4, а три ячейки, соединенные параллельно, называются P3. На изображении ниже показана конфигурация P4. Напряжение в батарее остается прежним, но емкость по току (Ач) увеличивается.
Ячейка, которая развивает высокое сопротивление или размыкается, менее критична в параллельной цепи, чем в последовательной конфигурации, но вышедшая из строя ячейка снизит общую допустимую нагрузку по току. С другой стороны, электрическое короткое замыкание является более серьезным, поскольку неисправный элемент забирает энергию из других элементов, вызывая пожар.Короткое замыкание происходит из-за обратной поляризации или роста дендритов. Большая ячейка включает предохранитель для отключения вышедшей из строя ячейки при коротком замыкании. На изображении ниже третья ячейка в синем прямоугольнике вышла из строя, и ее емкость уменьшена до 1500 мАч. Это не влияет на напряжение, но снижает общую емкость.
Серия — параллельная конфигурация
В этой конфигурации ячейки подключаются как последовательно, так и параллельно. Последовательно-параллельная конфигурация может дать желаемое напряжение и емкость при минимально возможном размере.Вы можете увидеть две ячейки 3,6 В 3400 мАч, подключенные параллельно на изображении ниже, что удваивает текущую емкость с 3400 мАч до 6800 мАч. Поскольку эти параллельные блоки соединены последовательно, напряжение также удваивается с 3,6 В до 7,2 В. Общая мощность этого блока теперь составляет 48,96 Вт · ч. Эта конфигурация называется 2SP2. Если конфигурация состоит из восьми ячеек с конфигурацией 4SP2, две ячейки работают параллельно, а четыре блока этой параллельной комбинации подключены последовательно. Общая мощность, производимая этим пакетом, составляет 97.92Втч.
Защита в батареях
Стандарт IEC 62133 согласовал требования безопасности к никелевым и литиевым батареям и элементам для портативных устройств. Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее опасными аккумуляторами в своей категории, потому что химический состав аккумуляторов содержит взрывчатые вещества. Защита батареи необходима для предотвращения любого повреждения из-за сильноточного разряда, перезаряда, повышения температуры и т. Д. Защита может быть встроена в структуру батареи или может использоваться внешняя схема защиты для отключения батареи.
Встроенная защита в аккумуляторах
Некоторые батареи имеют элементы безопасности в конструкции батареи. Изображение ниже иллюстрирует функцию безопасности литий-ионных элементов 18650. PTC (положительный тепловой коэффициент) — это сопротивление, которое очень низкое при нормальной температуре. Но когда температура превышает критическое значение, его сопротивление возрастает, чтобы уменьшить ток. PTC имеет нормальное сопротивление, когда температура опускается ниже критического диапазона.
CID (устройство прерывания тока) представляет собой устройство с предохранителем, которое постоянно отключает цепь, когда диапазон давления, температуры или напряжения ячейки превышает свои пределы. Если внутреннее давление увеличивается примерно на 1000 кПа, верхний диск отсоединяется от металлической фольги и отключает прохождение тока. Сверху есть вентиляционное отверстие для выпуска газа, которое можно снова закрыть.
Встроенная защита .FE
Схема защиты в батареях
Некоторые литий-ионные аккумуляторы 18650 имеют схему защиты.Основная функция схемы защиты — защищать батареи от перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току, а также повышенной и пониженной температуры. Это часть BMS. BMS контролирует состояние батарей для более безопасной работы и отправляет сигнал в схему защиты, если в батареях есть какая-либо неисправность. Когда схема защиты подключается к положительной клемме аккумулятора, это называется защитой высокого напряжения. Когда он подключен к отрицательной стороне батареи, это называется защитой отрицательной стороны.
Блок-схема схемы защиты приведена ниже. Это схема защиты на стороне высокого напряжения. Конфигурация батареи — S4 (четыре последовательно), и предохранитель подключен к положительной стороне батареи, чтобы отключить батарею, когда ток превышает пределы.
No related posts.

Как подключить аккумуляторы чтобы увеличить емкость

Повышение рабочего напряжения батареи

Увеличение емкости источника питания

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Повышение рабочего напряжения батареи

Увеличение емкости источника питания

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Технические ограничения

Почему есть ограничения?

Особенности зарядки при параллельном соединении

Об аккумуляторах и емкости

Рассчитываем необходимые показатели

Ищем другие способы включения батарей

Можно ли соединять параллельно аккумуляторы разной емкости

Вопросы об аккумуляторах

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

2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

4. Можно ли соединять параллельно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Технические ограничения

Почему есть ограничения?

Особенности зарядки при параллельном соединении

Об аккумуляторах и емкости

Рассчитываем необходимые показатели

Ищем другие способы включения батарей

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Технические ограничения

Почему есть ограничения?

Особенности зарядки при параллельном соединении

Об аккумуляторах и емкости

Рассчитываем необходимые показатели

Ищем другие способы включения батарей

Заметки о проблемах составления батарей аккумуляторных элементов

Схемы соединения аккумуляторных батарей

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Рекомендации по созданию аккумуляторных батарей

Способы соединения двух аккумуляторов: последовательное и параллельное

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Какие виды соединения существуют

Можно ли соединять АКБ разной емкости

Зачем необходим второй аккумулятор ?

Областей применения второго аккумулятора великое множество:

Выбор устройства

Применяемые методы

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Техника безопасности

Ошибки коммутации и их последствия

Подключение силовых 12 вольт в 24 вольтовую цепь

Упрощённая схема балансира для АКБ

Некоторые особенности аккумуляторов

Для чего соединяют аккумуляторы

Схемы соединения аккумуляторов, учитываем все тонкости и нюансы | Энергофиксик

Параллельное соединение

Последовательное соединение

С какой целью аккумуляторы объединяют в батареи

Нюансы, которые нужно учитывать при объединении аккумуляторов

Теперь давайте поговорим о параллельном соединении

A True Balancing Act

Работа от батарей: последовательно и параллельно

Параллельные ячейки

Первичная ячейка

Вторичные элементы

Вместимость

Внутреннее сопротивление

Срок годности

Зарядка и разрядка

Срок службы батареи · Расширенные приложения Интернета вещей

Срок службы батареи

Емкость аккумулятора

Потребление устройства