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.

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.

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.

Источник

Правила последовательного и параллельного соединения аккумуляторов

АКБ запитывают последовательным и параллельным способом для получения единой системы. Такая единая цепь элементов батарей позволяет существенно увеличить изначальный объем или поднять напряжение. В процессе последовательного и параллельного соединения аккумуляторов необходимо соблюдать меры предосторожности и учитывать нюансы.

Соединение нескольких аккумуляторов нужно для снижения потерь и роста КПД.

Для чего создают единую систему АКБ

Любые электросистемы подвержены потерям мощности, из-за которых часть энергии преобразуется в тепло, не производя полезного эффекта. Чем выше напряжение в батарее, тем ниже ток. Соответственно, меньше энергопотерь и выше КПД. Для достижения максимальной эффективности лучше всего пользоваться системами с высоким напряжением – с ростом мощности также увеличивается коэффициент полезного действия аккумулятора по сравнению с низковольными устройствами. Именно поэтому производители современных источников бесперебойного питания используют одну, но мощную батарею, с напряжением от 12 до 500 В.

Таким образом главная цель использования АКБ с последовательным и параллельным соединением – снижение потерь и рост КПД. Иногда батареи подключают, когда емкости одного АКБ не хватает. В этом случае можно не использовать батарею большой емкости, а подключить еще один такой же АКБ параллельно, чтобы общий объем удвоился.

Варианты соединения

Последовательный метод

Суть последовательного метода подключения li-ion батарей соответствует его названию – все элементы электрической системы соединяются между собой в единую цепь по порядку. Способ предполагает подключение положительного полюса каждой части АКБ с отрицательным полюсом последующей. Итог последовательного соединения аккумуляторов – единая электросистема, у которой у одного крайнего элемента свободен для подключения отрицательный, а у второго – положительный выход. Через них объединенная батарея включается во внешнюю цепь, например, электроприемник.

В случае, когда последовательно подключаются батареи равного объема и напряжения, итоговую потребляемую мощность можно вычислить путем умножения напряжения одной батареи на общее число АКБ, из которых состоит электрическая цепь.

Параллельный метод

При параллельном подключении литиевых аккумуляторов объединяют положительные клеммы с единой плюсовой точкой схемы. Отрицательные части соединяют с общим минусом. То есть, все положительные элементы запитывают к одному общему проводу, а отрицательные – к другому такому же. Концы кабелей используют для подключения к внешней сети.

Главное преимущество параллельного подключения заключается в том, что, при снятии клемм, напряжение общей сети остается таким же, как и у каждого элемента цепи. Объем при этом суммируется. То есть при параллельном подключении четырех АКБ по 300 мАч с мощностью 12 В можно получить общую батарею емкостью 1200 мАч с таким же напряжением 12 В.

Комбинированный метод

Комбинированный способ запитывания АКБ используется для построения системы более высокой емкости и напряжения. Сначала осуществляется последовательное подключение нескольких АКБ. Таким образом достигается необходимое рабочее напряжение. На следующем этапе запараллеливают аккумуляторы, полученные при последовательном соединении. Создается нескольких цепей до получения требуемой емкости.

Готовая конструкция отличается гибкостью, с ее помощью можно сделать систему с нужными значениями напряжения и зарядного тока, запитывая стандартные элементы.

Общую мощность системы можно вычислить путем умножения соответствующих значений, например, четыре 2-ватные литий-ионные батареи 18650 емкостью 500 мАч будут производить 9 Ватт.

Проверка работоспособности

При соединении аккумуляторов убедитесь, что они целые, без внешних повреждений, следов ржавчины и окисления. Клеммы и провода должны быть надежно закреплены. Если внешне батареи выглядят целыми, проверьте напряжение и силу тока. Сделать это можно одним из следующих способов:

• Подключите к системе нагрузку определенной мощности и замерьте падение напряжения с помощью вольт- или мультиметра. Готовые данные сравните с характеристиками используемых аккумуляторов, учтя величину нагрузки.
• Замерить напряжение можно и без нагрузки. Разные типы батарей имеют свои значения при разомкнутой цепи. Например, свинцово-кислотные АКБ работают с мощностью 12,6 В.
• Для измерения напряжения можно использовать нагрузочную вилку. Если в течение 10-15 секунд значение вырастет незначительно или вовсе не изменится, значит, система исправна.
• Проверьте стабильность аккумулятора при помощи специальных анализаторов и тестеров. Например, используя устройства Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
• Самый простой и достоверный метод проверки исправности АКБ – это его полная разрядка и зарядка. Сначала выполняется глубокая разрядка, а затем – восполнение емкости. Однако этот способ занимает много времени – от 14 до 24 часов и более.

Техника безопасности

Вне зависимости от выбранного способа соединения аккумуляторов важно соблюдать меры безопасности:

Нельзя объединять в единую цепь АКБ с разной емкостью и параметрами.

• перед работой надевайте диэлектрические перчатки;
• не трогайте соединения батареи и последовательно снимающиеся клеммы голыми руками;
• отключайте аккумуляторы от сети и прочих нагрузок;
• используете инструменты с изолированными рукоятками;
• перед подключением элементов проверяйте контакты;
• не включайте в единую цепь АКБ с разной емкостью и параметрами;
• соблюдайте полярность;
• изолируйте готовую сборку от влаги.

Последовательное и параллельное подключение батарей с соблюдением техники безопасности позволит снизить потери мощности и увеличить коэффициент полезного действия. Также АКБ соединяют и для объединения емкостей, когда одного аккумулятора недостаточно. Создав единую цепь, нужно проверить ее, как при помощи специальных устройств, так и путем подключения нагрузки.

Источник