Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов: схема подключения, для увеличения ёмкости, чтобы увеличить напряжение

Конструкция

Recycling Pb.svg Recycling Ni-Cd.svg
Recycling Ni-MH.svg Recycling Li-ion.svg
Международные универсальные коды переработки батарей и аккумуляторов

Аккумуляторная батарея конструктивно выполняется, как правило, в едином корпусе в котором находятся несколько соединённых электрически аккумуляторных элементов. Наружу корпуса выведены обычно 2 контакта для подсоединения к зарядному устройству и/или потребляющей цепи. Аккумуляторная батарея может иметь также вспомогательные устройства, обеспечивающие эффективность и безопасность её эксплуатации: термодатчики, электронные устройства защиты как аккумуляторных элементов, входящих в состав батареи, так и батареи в целом (например, у литий-ионного аккумулятора). Аккумуляторная батарея и батарея гальванических элементов используется в качестве источника постоянного тока.

В основном под элементами питания подразумевают химический источник тока, однако существуют элементы и батареи на иных физических принципах. Например, ядерные элементы питания на бета-распаде (так называемые бета-вольтаические элементы питания.

Для чего соединяют аккумуляторы

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

Спайка

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.

Что дает соединение аккумуляторов

Вследствие законов химии и физики, одна аккумуляторная ячейка не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питанию потребителей. Обойти эту проблему можно путем параллельного или последовательного соединения АКБ.

Увеличение напряжения

Единичная аккумуляторная банка выдает напряжение, определяемое электрохимическими реакциями, проходящими внутри нее при заряде или разряде. Для наиболее распространенных типов выходной уровень при полной зарядке составляет:

  1. Литий-ионный – 3,7 вольт.
  2. Никель-кадмиевый – 1,38 вольт.
  3. Свинцово-кислотный – 2,1 вольт.
  4. Никель-металлогидридный – 1,25 вольт.

Во многих случаях этого недостаточно для нормальной работы запитываемой сети. Так, для нормальной работы мотоциклов требуется не менее 6 вольт, а для автомобилей – 12 вольт, а бывает 24 вольта. Единичный элемент выдать такое напряжение не может, поэтому для увеличения выходного уровня ячейки соединяют последовательно.

Увеличение емкости

Если не учитывать воздействие внешних факторов (температуру и т.п.), то емкость одной ячейки определяется:

  • удельной емкостью (зависит от технологии изготовления);
  • размерами АКБ.

Зачастую удобнее необходимую емкость получать не от одной банки больших габаритов, а от нескольких меньших по весу и размерам элементов. Например, целесообразно применять банки стандартных типоразмеров. Для этой цели их надо соединить параллельно. При этом их емкость складывается.

Меры предосторожности при подключении

Меры предосторожности при подключении

  • соблюдать правила безопасности при работе с электрическим током, одевать резиновые перчатки;
  • предупредить создание цепи прохождения электротока через человеческое тело;
  • избегать коротких замыканий;
  • не пренебрегать полярностью;
  • к клеммам АКБ голыми руками не прикасаться;
  • не собирать аккумуляторы, подключенные к нагрузкам (раздельно перепроверить каждый перед включением в цепь);
  • зарядное устройство нужно отключить перед тем, как подключать батарею;
  • применять инструменты с изолированными рукоятками;
  • не пренебрегать параметрами тока АКБ и нагрузки перед тем, как воспользоваться блоком;
  • соединительные контакты должны быть надежными и изолированными;
  • сборку защитить изоляционным корпусом от попадания влаги;
  • применять одинаковые аккумуляторы по параметрам, степени износа;
  • перед тем, как воспользоваться сборкой, протестировать ее на предмет некорректного соединения клемм.

При исправлении ошибок первоначально отсоединяют нагрузку (зарядное устройство), затем только проводят переделку блока.

Какие виды соединения существуют

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

Способы параллельного соединения

Существует несколько способов параллельного соединения аккумуляторов

Способ 1

Оборудование подключено к положительному и отрицательному полюсам крайнего аккумулятора.

Обычно аккумуляторы соединяют между собой медным кабелем сечением 35 мм2 с удельным сопротивлением около 0,0006 Ом на метр. Таким образом сопротивление кабеля длиной 20 см между аккумуляторами будет 0,00012 Ом. Это очень мало, но если добавить 0,0002 Ом для каждого соединения (клемма на кабеле, клемма на аккумуляторе и т.д), то сопротивление возрастет до 0.0015 Ом.

Если нагрузка распределена между аккумуляторами равномерно, то при потребляемом токе 100 ампер, каждый из четырех аккумуляторов отдает по 25 ампер. Однако в рассматриваемой схеме самый большой ток отдает нижний аккумулятор, а ток каждого следующего постепенно уменьшается.

Читайте также:  Как и до какого напряжения можно разряжать автомобильный аккумулятор

Это происходит потому, что ток идущий от нижнего аккумулятора не встречает на своем пути никакого сопротивления кроме сопротивления кабеля к нагрузке. Ток от второго снизу аккумулятора дополнительно проходит через два соединительных провода, от второго снизу через четыре и от самого верхнего через шесть. Таким образом, вклад верхнего аккумулятора в общий ток гораздо меньше, чем нижнего.

Подключения нагрузки к батарее параллельно соединенных аккумуляторовДва способа подключения нагрузки к батарее параллельно соединенных аккумуляторов. Слева — неправильный. Справа правильный

Во время зарядки происходит тоже самое — нижний аккумулятор заряжается большим током чем верхний. Условия его работы тяжелее, и он выйдет из строя раньше.

Вычисления показывают, что при внутреннем сопротивлении аккумулятора 0,02 Ом, сопротивлении клемм 0,0015 Ом и нагрузке 100 ампер, возникает следующее распределение тока между аккумуляторами:

  • Нижний аккумулятор — 35,9 ампер.
  • Второй снизу — 26,2 ампер.
  • Третий снизу —  20,4 ампер.
  • Верхний аккумулятор —  17,8 ампер.

Таким образом, нижний аккумулятор обеспечивает вдвое больший ток чем верхний. Однако в два раза большая нагрузка нижнего аккумулятора не означает, что его срок службы вдвое меньше. По мере разряда нижнего аккумулятора, нагрузка перераспределяется между остальными тремя аккумуляторными батареями. Недостаток такого подключения в том, что батарея в целом эксплуатируется с огромным дисбалансом и стареет гораздо быстрее, чем при правильной балансировке.

Способ 2

При втором способе соединение аккумуляторов между собой остается прежним, но нагрузка подключается к разным аккумуляторам. Распределение тока в модифицированной батареи при нагрузке 100 А следующее:

Нижний аккумулятор –26,7 ампер.

Второй снизу —  23,2 А.

Третий снизу —  23,2 А.

Верхний аккумулятор — 26,7 ампер.

Улучшение по сравнению с первым методом существенное и аккумуляторы гораздо ближе к правильной балансировке.

Способ 3

Чем дороже тяговые аккумуляторы и чем ниже их внутреннее сопротивление, тем важнее точная балансировка. Для лучшего баланса необходимо, чтобы количество связей между каждым аккумулятором и нагрузкой было примерно одинаковым.

Способ параллельного соединения аккумуляторовЕще один вариант параллельного соединения аккумуляторов.

В первом способе подключения ток от нижнего аккумулятора поступал в нагрузку без дополнительных соединений. Верхний аккумулятор имел 6 соединений. Во втором способе количество соединительных звеньев для верхнего и нижнего аккумуляторов уменьшилось до 3.

При третьем способе положительные клеммы каждого аккумулятора подключаются к общей шине. То же самое выполняют и для отрицательных полюсов. Длина проводников от аккумуляторных клемм до шины должна быть примерно одинаковой, в противном случае теряется одно из основных преимуществ такого способа подключения — равное сопротивление между каждым аккумулятором и нагрузкой.

Разница в результатах между третьим и вторым способом соединения намного меньше различий между 1-м и 2-м, но для 4-8 дорогостоящих аккумуляторов дополнительная работа может быть оправдана.

Зарядка при параллельном подключении

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

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

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

Последовательное соединение — для увеличения напряжения

При последовательном соединении ёмкость сборки такая же, как и у одного аккумулятора, входящего в цепочку, а напряжение равно суммарной разности потенциалов всех элементов конструкции.

Как соединять батарейки и аккумуляторы последовательно или параллельно — схемы и особенности сборкиОбъединять между собой можно только накопители одинаковой ёмкости. Давайте разберемся, почему.

При последовательном соединении сила тока на всех элементах цепи одинаковая, а разность потенциалов может различаться. Внутреннее сопротивление накопителя зависит от его ёмкости. При увеличении электрической вместительности сопротивление уменьшается. Поэтому при использовании АКБ разной емкости во время зарядки напряжение на одном накопителе будет выше допустимого, а при разрядке – ниже.

Давайте рассмотрим такой случай: есть конструкция из 10 элементов разной емкости, 5 из которых рассчитаны на 20 Ач, а один – на 10 Ач. Заряжать их будем током 2 А. Отрегулируем зарядное устройство так, чтобы оно отключалось при разности потенциалов 138 В (по 13,8 В на одну батарею).

Читайте также:  Лабораторный блок питания своими руками: инструкции, схемы и простые блоки питания

При зарядке АКБ небольшой вместительности будет заряжаться быстрее. И когда она будет заряжена, остальные АКБ еще будут пополняться энергией. Произойдет перезаряд и электролит может закипеть, что может привести к возгоранию или взрыву. К тому же это отрицательно скажется на времени жизни аккумулятора.

Заряжать последовательно подключенные батареи можно только в том случае, если они изготовлены по одной технологии, одинаковы по емкости и разряжены до одного уровня.

Как соединять батарейки и аккумуляторы последовательно или параллельно — схемы и особенности сборкиПри разряде такой сборки АКБ малой ёмкости разрядится раньше, когда остальные еще будут отдавать энергию. Произойдет глубокий разряд накопителя, это приведет к сульфатация пластин, что станет причиной быстрого износа батареи.

Особенности последовательного подключения

  • Одновременно можно подключать любое количество гальванических элементов, но все они в цепи должны быть одинаковыми и однотипными. Например, литий-ионные соединяют с литий-ионными, но не кадмий-никелевыми.
  • Емкости всех химических источников тока должны быть одинаковыми (очень близкими по значению).
  • Нужна балансировка заряда при этом типе сборки. Она обеспечит длительный срок службы батареи без дополнительной подзарядки, безопасность ее эксплуатации. Можно применять активный и пассивный метод балансировки.
  • Если в цепи выходит из строя один аккумулятор, то менять придется все элементы.
  • Если использовано последовательное подключение аккумуляторов, то выбору зарядного устройства нужно уделить особое внимание. Лучше использовать приспособления с контроллером заряда.
  • Проводники должны выдерживать нагрузку в 3 раза превышающую номинальную.

    Как соединять батарейки и аккумуляторы последовательно или параллельно — схемы и особенности сборкиОсобенности последовательно-параллельного соединения

При таком подходе последовательное подключение аккумуляторов проводят одновременно с параллельным. Существует два возможных варианта:

  1. Сперва подготавливается требуемое напряжение путем последовательного подключения АКБ. Затем из нескольких таких сборок составляется система с необходимой электрической емкостью.
  2. Сперва соединяют аккумуляторы параллельно для увеличения емкости, затем увеличивают напряжение, соединяя сборки последовательно.

Схема

Схема соединения аккумуляторовСхема последовательного и паралельного соединения аккумуляторов

Емкость системы

В данном случае увеличивается и емкость, и напряжение. В примере на схеме подключили сперва по два аккумулятора последовательно, получив две сборки с емкостью 200 Ач и напряжением 24 В, а затем объединили готовые сборки параллельно. Таким образом, напряжение осталось 24 В, а емкость увеличилась до 400 Ач.

Для чего используется

Чаще всего используется для питания машин с электрическим приводом. Если говорить о литиевом аккумуляторе, то из них составляют акб для портативных компьютеров. 4 последовательных элемента по 3,6 В обеспечивают напряжение 14,4 В, а два параллельных — емкость 4800 мАч.

ВАЖНО! Правильно подбирайте провода для соединения аккумуляторов. Помните, что при увеличении емкости увеличивается и ток. Лучше использовать самозатухающие или негорючие провода.

Проверка работоспособности системы

В первую очередь убедитесь, что аккумуляторы целые, без трещин, без ржавчины и следов окислов. Провода на клеммах должны быть хорошо закреплены. Если внешне все в порядке, можно проверить напряжение и силу тока.

  1. Проверка падения напряжения при подключении нагрузки.
    К системе подключается нагрузка определенной величины и измеряется падение напряжения мультиметром или вольтметром. Можно провести проверку несколько раз, делая паузы между измерениями, чтобы дать заряду восстановиться. Полученные данные нужно сравнить с параметрами используемого типа батареи с учетом величины нагрузки.
  2. Измерение напряжения без нагрузки.
    У разных типов акб свои значения напряжения разомкнутой цепи. Например у свинцово-кислотного это 12,6 В.
  3. Использование нагрузочной вилки.
    Если в течение 5-10 секунд напряжение незначительно возрастает или стабильно, то система исправна.
  4. Проверка с помощью специальных анализаторов и тестеров.
    Можно быстро замерять напряжение и определять емкость с помощью приборов-тестеров, например, Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
  5. Полная разрядка / зарядка.
    Это, пожалуй, самый достоверный способ. С помощью специальных устройств (УКРЗ) выполняется глубокая разрядка, а затем полная зарядка с непрерывным контролем емкости. Однако этот метод очень долгий, он может занимать от 15 часов до суток и более.

СПРАВКА. Если вы работаете со свинцово-кислотными аккумуляторами, обращайте внимание на электролит: его уровень должен быть выше свинцовых пластин на несколько мм, а плотность — находиться в пределах 1,23 — 1,31 г/см3 (ее можно измерить ареометром). Изменение оттенка на бурый может происходить из-за порчи пластин.

как соединить аккумуляторы 18650

Напоследок несколько советов о том, как соединить аккумуляторы 18650:

  • лучше брать батареи фирм Panasonic, LG, Samsung или Sanyo;
  • никелевые полосы лучше, чем никелированные металлические;
  • аккумуляторы ни в коем случае нельзя перегревать, поэтому используйте точечную сварку, либо быструю пайку;
  • перед единением выравняйте напряжение на батареях с помощью зарядного устройства;
  • поставьте на сборку плату BMS.
Читайте также:  Регулируемый блок питания 2,5-24в из БП компьютера

Важно знать

Можно ли и как правильно соединять обычные батарейки

Обычные батарейки можно подключать последовательно. Именно такое подключение используется во многих бытовых электрических приборах, например, в пульте дистанционного управления, детских игрушках, радиоприемниках.

Параллельное соединение батареек использовать не рекомендуется, потому что подобрать две батарейки с одинаковым напряжением невозможно. Между выводами возникнут разность потенциалов и паразитный ток, который будет разряжать одну из батареек. При последовательном соединении аккумуляторов одна из батарей будет просто заряжать другую, но батарейки не могут заряжаться.

К чему могут привести ошибки при соединении АКБ

Для исключения ошибок при соединении аккумуляторов желательно использовать специальные разъемы, исключающие ошибки при коммутации, например, переходники T-Plug. При неправильном подключении аккумуляторов в одной сборке могут быть допущены ошибки, которые могут привести к очень тяжелым последствиям:

  • при параллельном соединении образуется короткозамкнутый контур, в результате чего в аккумуляторах будет происходить бурная химическая реакция, которая очень быстро приведет к вытеканию электролита, деформации корпуса, возгоранию или даже взрыву;
  • при последовательном соединении с неправильной полярностью контур разомкнут, но при подключении нагрузки может появиться обратный ток через неверно подключенный элемент, что выведет его из строя;
  • при длительном коротком замыкании одного или нескольких аккумуляторов неизбежно возгорание изоляции, расплавление проводников, бурная реакция внутри АКБ, вытекание электролита, деформация корпуса, возгорание или взрыв;
  • при краткосрочном коротком замыкании контактов батарея останется работоспособной, но может произойти ухудшение состояния электродов внутри батареи, уменьшение емкости;
  • при использовании проводников, не рассчитанных на рабочие токи, они будут перегреваться, оплавится их изоляция, что может привести к короткому замыканию и вытекающим отсюда последствиям.

Как соединить литиевые батарейки?

Для сборки аккумулятора из литиевых батареек можно применять:

  1. пайку;
  2. соединительные коробки;
  3. неодимовые магниты;
  4. точечную сварку.

Пайку при заводской сборке применяют крайне редко, так как литиевый элемент разрушается от нагрева, теряя при этом часть своей ёмкости. С другой стороны, в домашних условиях пайка будет оптимальным способом соединения батареек, поскольку даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах. Пользоваться нужно мощным паяльником на 100 Вт, и прикасаться им к литиевым батареям не более чем на две секунды.

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов: схема подключения, для увеличения ёмкости, чтобы увеличить напряжение

Мощные редкоземельные магниты покрываются слоем никеля или цинка, поэтому их поверхность не окисляется. Эти магниты обеспечивают прекрасный контакт между батарейками. Если захотите припаять проводок к магниту, не забывайте о температуре Кюри, свыше которой любой магнит становится камушком. Ориентировочно допустимая температура для магнитов составляет 300°С.

Если пользоваться коробком для соединения аккумуляторов, то становиться очевидным большой плюс, поскольку так легче будет подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный элемент.

Точечная сварка — наилучший способ соединения литиевых элементов, используемый при сборке батарей для ноутбуков.

Покупать готовый литиевый аккумулятор для машины или мотоцикла невыгодно, когда его можно собрать самому за более низкую цену. Можно сэкономить до 70 долларов, если не покупать новую батарею ноутбука, а самостоятельно заменить в ней элементы.

Об экономии при сборке мощных литиевых батарей для питания электроавтомобилей или систем автономного электроснабжения дома судить тяжело, так как в этих случаях присутствуют дополнительные затраты на оборудование управления и контроля.

Каким кабелем соединять

Сечение и материал соединяющих проводников выбирается исходя из тока нагрузки будущей сборки. Чем выше ток, тем больше должно быть сечение. Особенно это касается аккумуляторов, от которых требуется большая токоотдача (в электроинструменте и т.п.) – проводники небольшого сечения будут не только перегреваться, но и ограничивать максимальный ток.

Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарейСоединение литий-ионных элементов шинками.
Фото stroitelniedela.ru.

Для большинства случаев соединения аккумуляторов 18650 можно применить стандартные никелевые шинки – при достаточном сечении они не увеличивают заметно габариты сборки. Крепить их можно пайкой или точечной сваркой. Также шинками, только большей толщины, иногда соединяют ячейки стартерных кислотно-свинцовых аккумуляторов.

Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарей

Если требования к токоотдаче невелики и разрядный ток также мал, вполне можно обойтись держателями аккумуляторов с пружинными контактами. В этом случае намного облегчается монтаж или демонтаж элементов.

Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарейСборка батареи в пружинном держателе (холдере).

Источники
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%B5%D1%8F_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0)
  • https://IstochnikiPitaniy.ru/stati/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-akkumulyatorov.html
  • https://Zapitka.ru/akkumulyatory/posledovatelnoe-i-parallelnoe-podklyuchenie-akkumulyatornyh-batarey
  • https://3batareiki.ru/akkumulyatory/soedinenie-akkumulyatorov-posledovatelno-i-parallelno
  • https://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/blokpitaniya/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-akkumulyatorov.html
  • https://advanced-power.ru/knowledge/soedinenie-akkumulyatorov/
  • https://ProAkkym.ru/obzor/posledovatelnoe-i-parallelnoe-podkljuchenie-akkumuljatorov
  • https://Acums.ru/akkumulyatory/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie
  • https://english-pot.ru/elektro-shkola/kak-zaryazhat-parallelno-soedinennye-akkumulyatory-18650.html

Как вам статья?

Рейтинг
( Пока оценок нет )
AKBBlog.ru - справочник по аккумуляторам и альтернативной энергии
Adblock
detector