Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

80077 5 Опубликовано 26 апреля 2017

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:

Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

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.

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Главная > Теория > Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Каждая ячейка батареи имеет определенную структуру, что влияет на ее напряжение и емкость, которые постоянны. Для того чтобы изменить параметры батареи, применяются схемы последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Большинство химических источников питания поддаются таким видам подключений.

Последовательное соединение

Если требуется увеличить напряжение батареи, надо подключить аккумуляторы последовательно, то есть объединить «плюс» каждого элемента с «минусом» другого. При последовательном соединении не оказывается влияния на емкость, а только на напряжение подключённой батареи. Например, два аккумулятора с напряжением 6 В и емкостью 7,2 Ач создадут одну батарею 12 В с той же емкостной величиной.

Важно! Последовательное подключение батарей позволяет генерировать более высокие общие напряжения. Недостатком такой конструкции является то, что самый слабый элемент батареи влияет на производительность серии. Неисправный аккумулятор приведет к сбою всей линии.

Вероятность отказа возрастает с количеством подключаемых элементов. Если одна из ячеек выходит из строя, это приводит к низкому напряжению.

Объединять в последовательную цепь можно аккумуляторы, имеющие идентичную емкость, так как они должны разряжаться синхронно во избежание глубокого разряда более слабых элементов.

Аккумуляторы, соединенные последовательно

Необходимо соблюдать определенные условия при заряде последовательно подключенных батарей:

• идентичная емкость;
• один уровень разряда;
• общая конструкция.

Если аккумуляторы сильно различаются по названным параметрам, это может привести к превышению предельного тока и напряжения заряда на отдельных элементах, что вызовет их повреждение.

Параллельное соединение

Последовательное соединение конденсаторов
Если автомобилю требуется больше пусковой мощности, чем может обеспечить батарея, соединяются несколько аккумуляторов параллельно.

Схема параллельного соединения аккумуляторов

По практическим соображениям (в основном, вес и размер корпуса) АКБ имеют ограниченную емкость. 12-вольтовые аккумуляторы производятся емкостью до нескольких сотен Ач. Хорошая батарея на 200 Ач весит 60-70 кг. Из-за этого главным образом используются аккумуляторы до 250 Ач. Однако очень часто потребности превышают данную емкость. В таких случаях можно применить параллельное соединение аккумуляторов. Благодаря этому решению, блоки с батарейками не имеют ограничения по пропускной способности, и в то же время их сборка, разборка, перемещение возможны без грузоподъемного оборудования.

Например, чтобы получить емкость 400 Ач и 12 В, надо соединить следующие аккумуляторы:

• две батареи 200 Ач (2 х 200 Ач = 400 Ач);
• пять батарей 80 Ач (5 х 80 Ач = 400 Ач);
• две батареи 100 Ач и одна 200 Ач (2 х 100 Ач + 200 Ач = 400 Ач).

Аналогично любые другие комбинации.

Емкость созданного таким образом набора равна сумме емкостей отдельных аккумуляторов. При этом надо соединить одноименные полюса батарей.

Подключение аккумулятора

Как подключить аккумулятор к нагрузке, зависит от числа элементов и нагрузочного тока:

1. При небольшом количестве аккумуляторов и нагрузке или зарядке с малым током различия в отдаче энергии отдельных элементов будут незначительны. Можно подключать нагрузку и зарядку к первой батарее;
2. Способ подсоединения, когда «минус» к нагрузке и зарядке подсоединяется от первой батареи, а «плюс» – от последней, рекомендуется для балансировки аккумуляторов под нагрузкой во время зарядки с высоким током или, когда в параллель подключается много элементов. Это позволяет оптимизировать распределение напряжения.

Предпочтительное подключение параллельно соединенных элементов

Важно! Второй способ подключения аккумулятора подходит для всех случаев.

Принципы параллельного подключения

Наилучшие результаты можно получить, объединив аккумуляторы с одинаковыми параметрами:

• емкость;
• степень износа;
• внутреннее сопротивление.

Хотя требования к аналогичности параметров в данном случае намного ниже, чем, когда используется последовательное соединение аккумуляторов. Основным условием является идентичное номинальное напряжение. Но можно комбинировать:

• батареи различной емкости;
• аккумуляторы разных производителей;
• даже значительно отличающиеся по степени износа.

Важно! В случае параллельного подключения нельзя использовать поврежденные батареи с низким внутренним сопротивлением. Применение поврежденных или сильно изношенных аккумуляторов экономически необоснованно – они потребляют энергию оставшихся элементов, что снижает доступную мощность всего комплекта.

Проверка подключения

Перед сборкой нескольких аккумуляторов следует проверить каждую батарею отдельно. Это позволит избежать потерь и даже выхода из строя элементов.

1. Использование батареи с очень низкой емкостью не опасно, но не имеет смысла, так как не способно увеличивать мощность, однако возрастет риск будущих проблем;
2. Если оставить комбинацию параллельных батарей подключенной, при одной из них с низким током короткого замыкания и потребляющей много энергии, то сохранение этого состояния в течение длительного времени приведет к разрядке других батарей и ограничению эффективности;
3. Аккумулятор с небольшим током короткого замыкания, но имеющий значительную емкость может быть полезен, только если энергия потребляется в течение короткого времени после окончания зарядки. Такой комплект требует постоянного контроля, поскольку сопротивление нагрузки может упасть до опасного уровня;
4. Проверенные батареи следует заряжать так, чтобы их напряжение было одинаковым. Параллельное соединение заряженных и разряженных аккумуляторов приводит к внезапному сильному току. Заряженный элемент будет быстро разряжаться, а разряженный еще быстрее. Масштаб этого явления зависит от разности напряжений и мощностей.

Например, для аккумулятора 200 Ач не будет опасным подключение второго на 7 Ач, независимо от уровня разряда. В то же время с разностью напряжения во время подключения небольшая батарея будет испытывать значительную потерю мощности, что может довести вплоть до повреждения ее корпуса.

Советы по подключению

Подсоединять аккумулятор к машине при использовании различных схем соединения надо с соблюдением следующих правил:

1. Использовать батареи того же производителя, по типу, сроку эксплуатации;
2. Так как при параллельном соединении можно увеличить потребляемый ток, надо убедиться, что поперечное сечение кабелей достаточно, чтобы его выдержать;
3. Перед установкой необходимо зачистить все контакты и использовать только надежные зажимы;
4. Регулярно проверять соединения.

Советы по установке аккумулятора

1. Проверить правильное закрепление аккумулятора в машине, чтобы предотвратить его смещения и удары;
2. Аксессуары с высокой потребляемой мощностью надо подсоединять только к верхним клеммам, не используя для этого боковые зажимы;
3. Заменить кабели и соединения, подвергшиеся коррозии или механическим повреждениям;
4. Не поднимать и не перемещать батареи, пользуясь их выходными зажимами.

Параллельное соединение резисторов
Комбинация последовательного и параллельного соединения

Комбинация последовательного и параллельного соединения аккумуляторов обеспечивает большую гибкость в форме батареи. Требуемое напряжение и мощность становятся возможными с использованием стандартных ячеек. Высоковольтные батареи требуют тщательного сочленения, особенно при тяжелых нагрузках или при работе в условиях низких температур.

Видео

Параллельное соединение резисторов

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.

Зачем соединять аккумуляторы в один блок?

При работе систем наблюдаются омические потери напряжения. Эта та часть затраченной энергии, которая преобразуется в тепло, не давая полезной работы. Объединяя аккумуляторы определенным образом, можно уменьшить потери, увеличив КПД. Бывают случаи, когда для работы оборудования емкости одного гальванического элемента недостаточно. Покупать батарею большей емкости дорого, да и не всегда удобно (например, проблемы с размещением). Практичнее объединить два однотипных химических источника энергии.

Запросы по характеристикам питания в различных областях различны.