Соединение аккумуляторов для увеличения емкости

Основное требование для всех методов коммутации – избегать использования в сборке батарей, изготовленных по разным технологиям (например, нельзя одновременно соединять литий-ионные и никель-металлогидридные батареи).

Как соединять батареи и аккумуляторы последовательно или параллельно – схемы и особенности сборки

Как соединять батареи последовательно? Какие проблемы могут возникнуть? В чем разница между последовательным и параллельным соединением батарей? Ответы на эти вопросы необходимо знать, чтобы не "убить" новый накопитель.

Некоторые устройства требуют напряжения и тока, которые существующие батареи не могут обеспечить. Чтобы добиться таких условий, подключают несколько накопителей.

При параллельном соединении нескольких батарей общая емкость увеличивается. Такая конструкция может быть использована для питания мощных устройств, требующих больших токов. Это можно использовать, если у вас есть два накопителя малой емкости, а вам нужно запитать мощное устройство или продлить время его работы от батареи. В этом случае можно использовать комплект из двух имеющихся батарей, чтобы не покупать накопители большой емкости.

Чтобы увеличить напряжение, батареи соединяются последовательно. Например, две батареи по 12 В дадут 24 В.

Для одновременного увеличения разности потенциалов и емкости используйте комбинированное соединение.

Особенности и схемы последовательных и параллельных комбинаций

Каждая комбинация имеет свои особенности, которые необходимо учитывать для предотвращения выхода из строя аккумуляторов.

Параллельное соединение – для увеличения емкости

Параллельное соединение аккумуляторов увеличивает их емкость. Например, если 5 аккумуляторов емкостью 1200 мАч соединены параллельно, то 5 x 1200 = 6000 мАч. При параллельном соединении напряжение, выдаваемое такой конструкцией, будет таким же, как и у одноэлементной конструкции.

Батареи могут быть соединены параллельно только с одинаковым напряжением. Если это значение разное, то одна из батарей будет отдавать больший ток и произойдет перегрузка. Если потенциалы равны, можно параллельно соединять батареи с разной емкостью. Однако если этот баланс нарушается, пострадает батарея с меньшей емкостью. Если его напряжение выше, чем у других, через него будет протекать большой ток. Если меньше, то он будет перезаряжаться.

Последовательное соединение – для повышения напряжения

При последовательном соединении емкость сборки такая же, как у одного аккумулятора в цепи, а напряжение равно суммарной разности потенциалов всех элементов конструкции.

Соединять вместе можно только батареи с одинаковой емкостью. Давайте выясним, почему.

Зачем объединять несколько батарей

Основные причины объединения батарей в сборку можно суммировать следующим образом:

1. Снизить омические потери (или потери тепла при передаче энергии) за счет увеличения сопротивления системы. Ток и сопротивление обратно пропорциональны друг другу, и чем слабее ток, тем меньше потери.
2. Создайте батарею, пригодную для питания устройств с более высоким напряжением.
3. Увеличьте емкость батареи.
4. Увеличьте как мощность, так и напряжение.

Короче говоря, создайте батарею, соответствующую вашим конкретным потребностям. Проще и удобнее комбинировать имеющиеся батареи, чем покупать десятки разных батарей. А в некоторых случаях это банально дешевле.

СОВЕТ. Электрическая энергия, хранящаяся в аккумуляторе, складывается из энергии составляющих его элементов. Поэтому он будет одинаковым независимо от того, соединен ли он последовательно, параллельно или комбинированно, при условии, что одни и те же элементы используются в одинаковом количестве.

Какие типы соединений существуют

Наиболее распространенными типами соединения являются последовательное и параллельное. Существует также третий тип – комбинированный или последовательно-параллельный.

Можно ли соединять вместе батареи разной емкости?

Не последовательно. Дело в том, что емкость определяет внутреннее сопротивление. Чем больше емкость, тем меньше сопротивление. В сборке существует большая разница в напряжении, и где-то оно может быть намного выше предельного, а где-то намного ниже. При подключении зарядного устройства аккумулятор с меньшей емкостью будет заряжаться быстрее, и на нем появится избыточное напряжение, что приведет к его порче и потере емкости, а аккумулятор с большей емкостью никогда не будет заряжен полностью.

При подключении нагрузки произойдет обратная ситуация: маленький аккумулятор разрядится ниже допустимого предела (так называемый глубокий разряд), тем самым потеряв часть своей емкости.

ВАЖНО! Батареи разной емкости, типа и степени заряженности нельзя соединять последовательно. Они должны быть максимально похожими, желательно из одной партии.

Ответ на вопрос о том, можно ли соединять параллельно батареи разной емкости, положительный. Однако при этом необходимо соблюдать осторожность. Убедитесь, что напряжение на их клеммах одинаково. Если оно сильно отличается, это может привести к короткому замыканию или повреждению меньшей батареи. Также имейте в виду, что клеммы конкретной батареи могут не выдержать слишком большой ток в течение длительного времени. Перед установкой прочитайте технические характеристики.

Меры предосторожности при подключении

При подключении батареи необходимо соблюдать ряд мер предосторожности:

• соблюдайте меры предосторожности при обращении с электричеством во избежание поражения электрическим током (прежде всего, не создавайте контур тока в теле человека):
• соблюдайте полярность подключения;
• не создавайте коротких замыканий;
• отключайте нагрузку при установке батареи;
• подключайте зарядное устройство к батарее, когда она отключена от сети.
• работы следует выполнять в соответствующей изолирующей одежде и обуви, без металлических предметов, которые могут упасть и вызвать короткое замыкание клемм;
• не прикасайтесь к клеммам аккумулятора руками, особенно двумя руками к разным клеммам (это очень опасно при работе с аккумуляторами большой мощности и высокого напряжения)
• используйте специальные инструменты с изолированными частями;
• не выполняйте работу в плохом состоянии здоровья;
• учитывайте токи, протекающие через батарею и нагрузку, и используйте соответствующие кабели;
• убедитесь, что элементы соединены в единую батарею и что контакт надежен и изолирован от внешних воздействий;
• убедитесь, что сборные батареи надежно защищены от короткого замыкания и проникновения влаги;
• используйте батареи с одинаковыми характеристиками и степенью износа;
• тщательно проверять собранную батарею на наличие ошибок коммутации.

Что может привести к неисправным соединениям аккумуляторов

Во избежание ошибок при подключении рекомендуется использовать специальные разъемы, например, адаптеры T-Plug. Неправильное подключение батарей в одной сборке может привести к ошибкам, которые могут иметь очень серьезные последствия:

• параллельное соединение вызовет короткое замыкание, что приведет к бурной химической реакции в батареях, которая очень быстро приведет к утечке электролита, деформации корпуса, пожару и даже взрыву;
• в случае последовательного соединения с неправильной полярностью цепь разомкнута, но при подключении нагрузки через неправильно подключенный элемент может протекать обратный ток, что приведет к его неисправности;
• Длительное короткое замыкание одной или нескольких батарей неизбежно приведет к сгоранию изоляции, оплавлению проводов, бурной реакции внутри батареи, утечке электролита, деформации корпуса и возгоранию или взрыву;
• короткое замыкание клемм сохранит работоспособность батареи, но может ухудшить состояние электродов внутри батареи, снизив ее емкость;
• если использовать провода, не подходящие для рабочих токов, они перегреются и расплавят изоляцию, что может привести к короткому замыканию и вытекающим последствиям.

Есть вопросы или дополнения? Напишите нам в комментариях, сделав материал более полным и точным.

Рекомендации по конструкции аккумуляторов

• При последовательном и параллельном соединении батарей все батареи должны быть одного типа, возраста и производителя. Емкость последовательно соединенных батарей должна быть одинаковой, параллельно могут быть соединены батареи с разной емкостью.
• Если один аккумулятор вышел из строя при последовательном соединении, все аккумуляторы в батарейном блоке должны быть заменены. Если один аккумулятор вышел из строя при параллельном подключении, его удаляют, а оставшиеся аккумуляторы используют до окончания срока службы. В этот момент батареи заменяются.

Во избежание преждевременного старения избегайте нагревания батарей. Повышение температуры на каждые 6°C выше 20°C сокращает срок службы вдвое. Батареи следует устанавливать в хорошо проветриваемом, прохладном месте, оставляя между ними воздушное пространство для отвода тепла.

• Не увеличивайте емкость батарей, используя батареи, установленные в другом помещении. Батареи, установленные в разных местах, будут работать при разных температурах окружающей среды и не будут разряжаться и заряжаться равномерно. Это еще больше увеличит разницу температур и приведет к преждевременному старению и выходу батарей из строя. Если батареи заряжаются или разряжаются большим током, может произойти неконтролируемое повышение температуры и взрыв.
• При длительной зарядке или разрядке батарей током 200 А при напряжении 12 В (100 А при 24 В) выделяется значительное количество тепла. Для их рассеивания следует использовать принудительную вентиляцию. Для этого в воздухозаборнике аккумуляторного отсека следует установить пожарный вентилятор. Приточный вентилятор снижает риск воспламенения водорода, выделяемого батареями. (Некоторые стандарты требуют принудительной вентиляции в любое время, если батареи подключены к зарядному устройству мощностью более 2 кВт, т.е. 167 А при 12 В или 83 А при 24 В).
• Регулятор напряжения любого зарядного устройства большой мощности должен быть оснащен температурным датчиком, который снижает зарядное напряжение, когда батареи перегреваются.
• Аккумуляторы большой емкости и тока следует устанавливать только в герметичные, вентилируемые гнезда в жилых отсеках.

Методы параллельного подключения

Существует несколько методов параллельного подключения батарей

Метод 1

Оборудование подключается к положительной и отрицательной клеммам крайней батареи.

Обычно батареи соединяются медным кабелем сечением 35 мм2 с сопротивлением примерно 0,0006 Ом на метр. Таким образом, сопротивление 20-сантиметрового кабеля между батареями составит 0,00012 Ом. Это очень мало, но если добавить по 0,0002 Ом на каждое соединение (клемма на кабеле, клемма на аккумуляторе и т.д.), сопротивление возрастет до 0,0015 Ом.

Если нагрузка равномерно распределена между батареями, каждая из четырех батарей будет отдавать 25 А при потребляемом токе 100 А. Однако в рассматриваемой цепи самая нижняя батарея отдает наибольший ток, а ток каждой последующей батареи постепенно уменьшается.

Это происходит потому, что ток от самой нижней батареи не встречает никакого сопротивления, кроме сопротивления кабеля, идущего к нагрузке. Кроме того, ток от второго нижнего аккумулятора протекает через два соединительных провода, от второго нижнего аккумулятора – через четыре, а от самого верхнего – через шесть. Таким образом, вклад верхней батареи в общий ток намного меньше, чем вклад нижней батареи.

При зарядке происходит то же самое – нижняя батарея заряжается большим током, чем верхняя. Условия его эксплуатации тяжелее, и он быстрее выходит из строя.

Расчеты показывают, что при внутреннем сопротивлении батареи 0,02 Ом, сопротивлении клемм 0,0015 Ом и нагрузке 100 ампер между батареями распределяется следующий ток:

Нижняя батарея – 35,9 А.

Второй снизу – 26,2 А.

Третья снизу – 20,4 А.

Верхняя батарея – 17,8 А.