Последовательное и параллельное подключение аккумуляторов в чем разница
Последовательное, параллельное и смешанное соединение аккумуляторов
У любого аккумулятора, в зависимости от его типа, есть определенные паспортные значения: номинальное напряжение, максимальный ток, оптимальный ток, номинальная емкость. Отметим, что данные паспортные значения являются верными только при условии соблюдения рекомендованного производителем режима эксплуатации аккумулятора, и только для тех аккумуляторов, жизненный ресурс которых далек от исчерпания.
Однако бывает и так, что необходимо сразу добиться от аккумулятора большего, чем то, на что он способен по паспорту. Поэтому для увеличения емкости, рабочего тока или напряжения часто прибегают к последовательному, параллельному, а иногда и к смешанному (последовательно-параллельному) соединению аккумуляторов (элементов, ячеек).
Так, для литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов номинальным значением напряжения для одного элемента будет 3,7 В, для свинцово-кислотных аккумуляторов — 2,1 В, для никель-цинковых — 1,6 В, а для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных — 1,2 В.
Что же касается емкости и оптимального тока аккумулятора, то данные параметры зависят от многих конструктивных параметров: от площади электродов, от объема ячейки, от плотности электролита и т. д.
Если необходимо получить большее рабочее напряжение, то аккумуляторные ячейки соединяют последовательно, если требуются большая емкость и ток — параллельно, если же необходимо и емкость увеличить и напряжение повысить — применяют последовательно-параллельное соединение аккумуляторов.
Последовательное соединение аккумуляторов и его особенности
По этой причине строго рекомендуется соединять последовательно только однотипные аккумуляторы (или сборки) одинаковой емкости (реальной!).
Почему однотипные? Потому что минимальное (до которого можно разряжать) и максимальное (до которого можно заряжать) напряжения для каждой ячейки должны быть одинаковыми.
Теперь разберемся с вопросом, почему же необходимо чтобы соединяемые последовательно емкости также были одинаковыми.
Если соединить последовательно аккумуляторы разной емкости, то в процессе разрядки ячейка наименьшей емкости разрядится быстрее остальных, и может дойти до того, что наступит глубокий разряд одной из ячеек образующих сборку, тогда как остальные элементы еще могли бы безопасно разряжаться. Это нарушит работу всей батареи аккумуляторов, ее напряжение упадет, а емкость при этом просто не сможет быть адекватно реализована в нагрузке.
А в процессе зарядки такой неравномерной сборки будет происходить следующее: аккумуляторная ячейка наименьшей емкости уже зарядится до нужного напряжения, тогда как соседи большей емкости останутся недозаряженными.
Чтобы предотвратить подобное неприятное развитие событий (бывает так, что некоторые из ячеек даже в ходе правильной эксплуатации раньше других теряют свою исходную емкость), зарядное устройство (или сборку) оснащают выравнивающим контроллером заряда-разряда, защищающим ячейки от критических режимов.
Так или иначе, прежде чем соединять аккумуляторы в последовательную сборку, измерьте емкость каждого специальным прибором, который всем известен и широко доступен в продаже.
В ампер-часах (Ah) или в миллиампер-часах (mAh) емкость батареи, получившейся при последовательном соединении одинаковых аккумуляторов, будет равна емкости единичного элемента составляющих последовательную батарею.
Номинальный ток, как и емкость, будет равен номинальному току одной ячейки. Номинальное же напряжение (в вольтах) и энергия (в ватт-часах), будут равны сумме, соответственно, номинальных напряжений и ватт-часов, всех составляющих батарею ячеек.
Параллельное соединение аккумуляторов и его особенности
Параллельное соединение аккумуляторов применяют тогда, кода напряжение необходимо оставить таким как есть, но при этом увеличить общую емкость и соответственно номинальный ток сборки.
Параллельно соединять допускается ячейки с одинаковыми номинальными напряжениями, также очень желательно чтобы они были однотипными (дабы влияние условий эксплуатации на емкость и на токовые характеристики для всех ячеек было примерно одинаковым).
В момент соединения желательно также выровнять текущие напряжения, чтобы снизить выравнивающие токи, которые неизбежно возникнут в момент параллельного замыкания полюсных выводов ячеек.
Емкость получившейся сборки в ампер-часах, ее рабочий ток, а также запасенная энергия в ватт-часах будут равны сумме оных для каждой из ячеек образующих сборку.
Соединяя аккумуляторные элементы параллельно, важно помнить и о том, что результирующий ток саморазряда параллельной сборки окажется выше, чем сумма токов саморазряда, характерных для каждой ячейки в отдельности, поскольку какие-то из ячеек в сборке будут разряжаться быстрее, и более стойкие в плане саморазряда ячейки будут разряжаться не только сами через себя, но и через соседей, все время как-бы заряжая их.
Последовательно-параллельное или смешанное соединение аккумуляторов
Если вы разобрались с правилами и особенностями последовательного соединения аккумуляторных ячеек и поняли принцип суммирования емкости и тока при параллельном соединении, то для вас не составит труда соединить получившиеся последовательные сборки параллельно, либо параллельные сборки последовательно.
Теоретически, чтобы уменьшить ток саморазряда, казалось бы, лучше параллельно соединить несколько заготовленных заранее правильно собранных последовательных цепочек одинаковой емкости без параллельных замыканий соседних звеньев. Однако на практике проще соединить друг с другом несколько параллельных сборок.
В итоге принцип формирования сборки следующий: если в смешанном соединении количество последовательных элементов (в одной цепочке последовательно соединенных аккумуляторов) превышает количество параллельных элементов (то есть превышает количество цепочек), то параллельно объединяют цепочки.
Если же в смешанном соединении количество параллельных элементов превышает количество элементов в цепочке, то последовательно соединяют параллельные сборки, предварительно убедившись в том, что их емкости равны.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Как подключить аккумуляторы к ИБП, последовательное или параллельное соединение
Источники бесперебойного питания (ИБП) ELTENA с индексом LT предназначены для обеспечения длительного времени автономной работы критичного оборудования. Для этого к ним подключаются комплекты внешних батарей. Напряжение цепи постоянного тока (а значит, и количество последовательно соединенных подключаемых батарей) определяется характеристиками ИБП и указывается в спецификации. Мощные ИБП (UPS) обычно имеют более высокое напряжение цепи постоянного тока в целях повышения КПД бесперебойника, и для снижения потерь, возникающих там, где протекают высокие токи. Для обеспечения требуемого напряжения, как правило, используются стандартные необслуживаемые аккумуляторные батареи (АКБ) напряжением 12 Вольт. Чтобы получить более высокое напряжение или увеличить ёмкость, необходимо соединить батареи в цепь.
При подключении аккумуляторных батарей к источникам бесперебойного питания, особенно при использовании ИБП с внешними АКБ, возникают вопросы и проблемы их объединения в линейки, последовательного/параллельного соединения аккумуляторов, определения емкости и общего напряжения получившегося соединения.
Используются 3 способа соединения аккумуляторов:
— последовательное, при котором суммируется напряжение;
— параллельное, суммируется емкость;
— комбинированное, при котором параллельно соединяются линейки последовательно соединенных аккумуляторных батарей.
Таким образом, появляется возможность строить батарейные комплекты, напряжение и электрическая емкость которых ограничиваются только занимаемым ими рабочим пространством и количеством параллельно соединяемых линеек (не рекомендуется соединять в параллель более 4-5 линеек).
Также стоит отметить, что для более компактного размещения аккумуляторов ELTENA предлагает батарейные шкафы различного размера и вместительности.
Последовательное соединение аккумуляторных батарей
При последовательном подключении аккумуляторов суммируется напряжение (U), при подключении нагрузки с каждой АКБ идет ток, равный общему току в цепи. Емкость (E) системы остается такая же, как у одной из батарей этой цепи. Например: Вы подключили в цепь последовательно 3 аккумуляторные батареи 12 В и 100 Ач. В итоге на клеммах источника бесперебойного питания Вы получите U=3*12=36 В, E=100 Ач.
При последовательном соединении не допустимо использование АКБ различной ёмкости, разных типов, с разным напряжением зарядки. Мы рекомендуем Вам подключать по данной схеме только батареи одного производителя, с одинаковыми характеристиками и желательно из одной партии. Также, длина и сопротивление соединительных проводов, должны быть одинаковыми. Если не соблюдать это условие, на клеммах аккумуляторов может возникнуть различное напряжение. АКБ с меньшим уровнем заряда будут чрезмерно разряжаться, а аккумуляторы с самым высоким уровнем заряда рискуют получить перезаряд при работе в сетевом режиме (напряжение заряда будет завышено, что приведет к повышенному износу аккумуляторов, или выходу их из строя).
Параллельное соединение аккумуляторных батарей
Параллельное соединение АКБ позволит Вам увеличить ёмкость аккумуляторных батарей (а следовательно и время автономной работы вашего оборудования), не изменяя напряжение цепи постоянного тока. Это будет полезно, если вы хотите подключить несколько аккумуляторов к источнику бесперебойного питания, который работает от 12 В. Например, у Вас есть источник бесперебойного питания с цепью 12 В, и у вас есть 3 аккумулятора, каждый по 100 Ач. При параллельном подключении на клеммах ИБП получим U=12 В, E=3*100=300 Ач.
Комбинированное соединение на примере ИБП ELTENA Monolith E1000LT
Время автономной работы источника бесперебойного питания (время работы от аккумуляторов) с конкретной нагрузкой зависит только от емкости подключенных к ИБП аккумуляторных батарей. Увеличение времени автономной работы, при неизменной нагрузке, возможно только путем увеличения емкости АКБ, т.е. параллельным подключением к уже существующему комплекту дополнительных линеек (сборок) у которых U=24 В (две последовательно соединенные АКБ) и при этом, очень важно, чтобы общая емкость получившегося комплекта не должна превысить максимальную, рекомендованную для этого ИБП.
Необходимо помнить:
— при последовательном соединении сумма напряжений всех АКБ равна общему (в данном случае, две АКБ, соответственно, 24 В), а общая емкость линейки из двух последовательно соединенных АКБ равна емкости одной, каждой, АКБ (в данном случае — 45 Ач).
— при параллельном соединении линеек (сборок) напряжение одной линейки и общее равны (в рассматриваемом примере — 24 В), а сумма емкостей всех линеек равна общей (в рассматриваемом случае — E=45*3=135 Ач).
Для ИБП Monolith E1000LT рекомендованная емкость комплекта аккумуляторных батарей — до 150 Ач. Соответственно, для увеличения времени автономии можно к уже работающим аккумуляторам 45 Ач дополнительно присоединить параллельно две линейки по две последовательно соединенные АКБ 45 Ач. Получим батарейный комплект U=24 В, E=135 Ач.
Для правильного подбора источников бесперебойного питания или аккумуляторных батарей для конкретного ИБП, выбора их типа, ёмкости и способа объединения в цепь, рекомендуем Вам проконсультироваться с нашими инженерами. Мы подберем оптимальную для Вас конфигурацию ИБП + батареи, рассчитаем время автономной работы оборудования, предложим оптимальную цену на источники бесперебойного питания!
Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно
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.
ликбез от дилетанта estimata
Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.
вторник, 20 октября 2020 г.
Последовательное и параллельное подключение аккумуляторов
Последовательное соединение аккумуляторов
У АКБ при последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений этих аккумуляторов.
Ёмкость при последовательном соединении равна той, которую имеет самый слабый из присоединенных АКБ. При эксплуатации такой сборки через каждый элемент течет одинаковый ток (как при заряде, так и при разряде).
Если в при последовательном соединении АКБ будут использоваться аккумуляторы с разной емкостью, то у тех из них, которые имеют меньшую емкость, будет более высокое внутренне сопротивление по сравнению с другими. Падение напряжения на них будет больше, что приведет к быстрому разряду самого слабого элемента в процессе работы.
Более мощные аккумуляторы в соединении при этом еще будут работоспособны и соединенные АКБ будут эксплуатироваться дальше. Это приведет к сильному разряду самого слабого аккумулятора, что уменьшит его ресурс и емкость.
При заряде так соединённых аккумуляторов самый слабый аккумулятор зарядиться раньше других элементов, но из-за того, что остальные еще не зарядились, через него будет продолжать течь зарядной ток, который приведет к перезаряду и перегреву. Это особенно опасно для АКБ, которые содержат соединения лития из-за их повышенной чувствительности к перезаряду и сильному разряду.
Например. Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач.
Параллельное соединение аккумуляторов
В случае параллельного соединения АКБ напряжение остается неизменным, при этом емкость является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.
Ее напряжение будет равно вольтажу АКБ с самым большим напряжением, и оно будет одинаково на всех источниках полученной батареи.
При параллельном соединении нескольких одинаковых источников, имеющих разное напряжение, происходит перетекание тока из источника с большим напряжением в элемент с меньшим вольтажом. Это разрушительно сказывается на тех из них, которые имеют меньшую емкость.
Из-за перетекания токов запрещается параллельно соединять одноразовые батарейки, в которых оно приводит к заряду элементов с меньшим напряжением, их перегреву, вытеканию электролита или даже взрыву.
В случае параллельного соединения источника с большим напряжением малой емкости к АКБ большей емкости, но с меньшим напряжением происходит электрическое замыкание слабого АКБ через меньшее внутреннее сопротивление сильного. Из-за этого в слабом АКБ протекает сильный ток, который приводит к его постепенному разрушению.
В случае высокого вольтажа на аккумуляторе большей емкости происходит форсированный заряд слабого элемента, что также сказывается на нем губительно. Исходя из этого, перед сборкой батареи рекомендуется выравнивать напряжения каждого ее элемента до одинакового значения.
Например. Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач.
Комбинированное (последовательно-параллельное) соединение аккумуляторов
Возможно создавать сложные комбинированные варианты соединения аккумуляторов с одновременным использованием последовательного и параллельного соединений. Это позволяет увеличивать результирующую емкость и напряжение, что особенно необходимо в системах автономного энергообеспечения, электромобилях и других устройствах с большим потреблением электрического тока.
Например. Имеем 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В. Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач.