Три схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

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.

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.

tcip.ru

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов — схемы, особенности

Аккумулятор умеет давать электрическую энергию. Это выражается в том, что если подключить к его клеммам какую-нибудь нагрузку, например, лампочку, то она засветится. Но и без подключения лампочки электроэнергия из аккумулятора готова в любой момент к действию. Об этом говорит напряжение на его клеммах.

Напряжение на клеммах аккумулятора имеет хорошее свойство достаточно долго быть постоянным. Пока он не разрядится. Вот тогда и надо ему помогать. А если аккумуляторов несколько? Можно ли придумать такую схему его зарядки, чтобы это было быстрее и лучше?

Зачем соединять аккумуляторы

Аккумулятор, как и конденсатор, может накапливать энергию. В отличие от простой гальванической батареи, где химические реакции, при которых происходит выработка электроэнергии, необратимы, аккумулятор можно зарядить. При этом ионы разводятся друг от друга, и внутренняя химия аккумулятора взводится, как пружина. Впоследствии эти ионы, благодаря «заряженному» химическому процессу, будут отдавать свои лишние электроны в электрическую цепь, сами стремясь обратно к нейтральности кислого электролита.

Все хорошо, только у аккумулятора количество энергии, которое он способен выработать после полной зарядки, зависит от его общей массы. А масса зависит от исполнения — есть стандарты, и по этим стандартам и делаются аккумуляторы. Хорошо, когда потребление электроэнергии точно так же стандартизовано. Например, когда имеется автомобиль, который берет определенное количество электричества для пуска двигателя. Ну, и для других своих нужд — подпитки автоматики на стоянке, питания замков с противоугонными устройствами и т.д. Стандарты аккумуляторов и рассчитаны на электропитание автомобилей различных типов.

А в других областях, где требуется стабильное постоянно напряжение, запрос по параметрам питания гораздо шире и разнообразнее. Поэтому, имея однотипные и строго одинаковые аккумуляторы, можно думать и об использовании их в разных сочетаниях, и более эффективных способах зарядки, чем банально заряжать их все по очереди.

Соединение источников питания

Как и нагрузки, например, лампочки, соединить аккумуляторы можно как параллельно, так и последовательно.

При этом, как можно сразу заподозрить, что-то должно обязательно суммироваться. При последовательном соединении резисторов суммируется их сопротивление, ток на них уменьшится, но через каждое из них он будет идти одинаковый. Аналогично и через последовательное подключение аккумуляторов ток будет течь один и тот же. А раз их стало больше, больше станет напряжение на выходах батареи. Следовательно, при неизменной нагрузке будет идти больший ток, который израсходует емкость всей батареи за то же время, как и емкость одной подключенной к этой нагрузке батареи.

Параллельное подключение нагрузок приводит к увеличению суммарного тока, напряжение же на каждом из сопротивлений будет одним и тем же. То же самое и с аккумуляторами: напряжение на параллельном подключении будет таким, как у одного источника, а ток могут все вместе дать больший. Или, если нагрузка осталась какой и была, питать ее током они смогут дольше ровно настолько, насколько возросла их суммарная емкость.

Теперь, установив, что соединять аккумуляторы параллельно и последовательно можно, рассмотрим подробнее, как это работает.

Принципы работы химического источника питания

Источники питания, основанные на химических процессах, бывают первичными и вторичными. Первичные источники состоят из твердых электродов и соединяющих их химически и электрически электролитов — жидких или твердых составов. Комплекс реакций всего агрегата действует так, что заложенное в нем химическое неравновесие разряжается, приводя к некоему балансу компонентов. Выделяющаяся при этом энергия в виде заряженных частиц выходит наружу и на клеммах создает электрическое напряжение. Пока оттока заряженных частиц наружу нет, электрическое поле замедляет химические реакции внутри источника. При соединении клемм источника с какой-нибудь электрической нагрузкой по цепи побежит ток, а химические реакции возобновятся с новой силой, снова поставляя электрическое напряжение на клеммы. Таким образом, напряжение на источнике остается неизменным, медленно уменьшающимся, пока в нем продолжает оставаться химическое неравновесие. Это можно наблюдать по медленному постепенному уменьшению напряжения на клеммах.

Такое явление называется разрядка химического источника электроэнергии. Первоначально обнаружили такой комплекс реакции с двумя разными металлами (медь и цинк) и кислотой. При этом металлы в процессе разрядки подвергаются разрушению. Но потом подобрали такие компоненты и такое их взаимодействие, что если после уменьшения напряжения на клеммах в результате разрядки поддерживать его там искусственно, то через источник обратно потечет электрический ток, и  химические реакции способны повернуть вспять, снова создавая в комплексе прежнее неравновесное состояние.

Источники первого типа, в которых компоненты безвозвратно разрушаются, называются первичными, или гальваническими элементами, по имени открывателя таких процессов Луиджи Гальвани. Источники второго рода, способные под действием внешнего напряжения, повернув вспять весь механизм химических реакций, снова вернуться к неравновесному состоянию внутри источника, называются источниками второго рода, или электрическими аккумуляторами. От слова  «аккумулировать» — сгущать, собирать. И их главная особенность, только что описанная, называется зарядка.

Однако у аккумуляторов все не так просто.

Таких химических механизмов было найдено несколько. С разными участвующими в них веществами. Поэтому и типов аккумуляторов несколько. И они по-разному себя ведут, заряжаются и разряжаются. А в некоторых случаях возникают явления, которые очень хорошо знать людям, имеющим с ними дело.

А с ними имеют дело практически все. Аккумуляторы, как автономные источники энергии, применяются повсюду, в самых разных устройствах. От маленьких наручных часов до транспортных средств разного размера: автомобилей, троллейбусов, тепловозов, теплоходов.

Некоторые особенности аккумуляторов

Классический аккумулятор — автомобильный свинцово-сернокислый. Выпускается в виде последовательно соединенных в батарею аккумуляторов. Его использование и зарядка/разрядка хорошо известны. Опасными факторами у них являются едкая серная кислота, имеющая концентрацию 25–30%, и газы — водород и кислород, — которые выделяются при продолжении зарядки после того, как она химически закончилась. Смесь газов, являющихся результатом диссоциации воды, как раз и является хорошо известным гремучим газом, где водорода ровно в два раза больше, чем кислорода. Такая смесь взрывается при любом удобном случае — искре, сильном ударе.

Аккумуляторы для современной аппаратуры — мобильников, компьютеров — делаются в миниатюрном исполнении, для их зарядки выпускаются зарядные устройства разного исполнения. Многие из них содержат схемы управления, позволяющие отследить окончание процесса зарядки или заряжать все элементы сбалансированно, то есть, отключая от устройства те из них, которые уже зарядились.

Большинство этих аккумуляторы довольно безопасны, и неправильная разрядка/зарядка может повредить только их самих («эффект памяти»).

Это касается всех, кроме аккумуляторов на основе металла Li — лития. Экспериментов с ними лучше не проводить, а заряжать только на специально для него предназначенных зарядных устройствах и работать с ними только по инструкции.

Причиной является то, что литий очень активен. Это третий после водорода элемент периодической таблицы, металл, который активнее натрия.

Во время работы с литий-ионными и другими батарейками на его основе, металлический литий может постепенно выпадать из электролита и однажды произвести внутри элемента замыкание. От этого он может загореться, что приведет к катастрофе. Так как погасить его НЕЛЬЗЯ. Он горит без доступа кислорода, при реакции с водой. При этом выделяется большое количество теплоты, и к горению присоединяются и другие вещества.

Случаи возгорания мобильных телефонов с литий-ионными аккумуляторами известны.

Однако инженерная мысль идет вперед, создавая все новые заряжаемые элементы на основе лития: литий-полимерный, литий-нанопроводниковый. Стараясь преодолеть недостатки. И они как аккумуляторы очень хороши. Но… от греха подальше лучше не делать с ними тех нехитрых действий, которые описаны ниже.

Последовательное соединение источников

Это всем известная батарея из элементов, «банок». Последовательно — это значит, плюс первого вывести наружу — будет плюсовая клемма всей батареи, а минус соединяется с плюсом второго. Минус второго — с плюсом третьего. И так далее до последнего. Минус предпоследнего присоединен к его плюсу, а его минус выводится наружу — вторая клемма батареи.

При последовательном соединении аккумуляторов складывается напряжение всех банок, и на выходе — клеммах плюс и минус батареи — получится сумма напряжений.

Например, аккумулятор автомобильный, имея в каждой заряженной банке примерно 2,14 вольта, дает в сумме из шести банок 12,84 вольт. 12 таких банок (аккумулятор для дизелей) дадут 24 вольта.

А емкость такого соединения остается равной емкости одной банки. Ввиду того, что напряжение на выходе выше, номинальная мощность нагрузки возрастает и расход энергии будет быстрее. То есть все разрядятся сразу вместе как один элемент.                                                                  

Последовательное соединение аккумуляторов

Такие аккумуляторы заряжаются тоже в последовательном соединении. К плюсу подключается плюс питающего напряжения, к минусу — минус. Для нормальной зарядки нужно, чтобы все банки были одинаковыми по параметрам, из одной партии и одинаково дружно разряжены.

Иначе, если они разряжены чуть по-разному, то при зарядке один закончит зарядку раньше других и у него начнется перезарядка. А это может для него плохо кончиться. То же самое будет наблюдаться при разной емкости элементов, что, собственно говоря, одно и то же.

Последовательное соединение элементов питания было испробовано с самого начала, практически одновременно с изобретением гальванических элементов. Алессандро Вольта создал свой знаменитый вольтов столб из кружочков двух металлов — меди и цинка, которые перекладывал тряпочками, пропитанными кислотой. Сооружение оказалось удачной придумкой, практичной, да еще давало напряжение, вполне достаточное для смелых тогдашних опытов по изучению электричества — достигало 120 В, — и стало надежным источником энергии.

Параллельное соединение аккумуляторов

 При параллельном соединение источников питания все плюсы нужно присоединить в один, создавая плюсовой полюс батареи, все минусы — в другой, создавая минус батареи.

Часть аккумулятора Параллельное соединение

При таком соединении напряжение, как мы видим, должно быть одно на всех элементах. Только вот какое? Если у аккумуляторных батарей перед подключением окажется разное напряжение, то сразу после подключения мгновенно начнет происходить процесс «выравнивания». Те элементы, у которых напряжение ниже, начнут очень интенсивно подзаряжаться, черпая энергию из тех, у которых напряжение больше. И хорошо, если разница в напряжениях объясняется разной степенью разрядки одинаковых элементов. Но если они разные, с разными номиналами напряжений, то начнется перезаряд, со всеми вытекающими прелестями: разогрев заряжаемого элемента, кипение электролита, выпадение металла электродов, и так далее. Следовательно, раньше того, как соединить между собой элементы в параллельную АКБ, необходимо измерить вольтметром напряжение на каждом из них, чтобы убедиться в безопасности предстоящей операции. 

Как мы видим, вполне жизнеспособны оба способа — и параллельное, и последовательное соединение аккумуляторов. В обыденной жизни нам достаточно тех элементов, которые включаются в наши гаджеты или фотоаппараты: один аккумулятор, или два, или четыре. Подключаются они так, как это определено конструкцией, и мы даже не задумываемся, это параллельное или последовательное соединение.

Но вот когда в технической практике нужно обеспечить сразу большое напряжение, да еще в течение долгого периода, там в помещениях выстраивают огромные поля из аккумуляторов.

Например, для аварийного питания радиорелейной станции связи напряжением в 220 вольт в течение периода, когда должна быть устранена всякая авария в цепи питания, нужно 3 часа… Немало аккумуляторов.

Похожие статьи:

domelectrik.ru

схема. Что дает параллельное соединение аккумуляторов?

Аккумуляторы обычно изготавливаются с прицелом на работу с определённой стандартизированной нагрузкой. Так, есть батареи, обеспечивающие функционирование микроконтроллеров – они обладают напряжением 5 В. Для работы с двигателями используются аккумуляторы, которые могут предоставить 12 В или 24 В. А что делать, если необходимо получить 60 В? Батарею с таким напряжением ещё попробуй найди. В таком случае нам может помочь соединение аккумуляторов параллельно. Что даёт такой ход? Какова схема такого подключения? Какие особенные аспекты этого хода есть? Как делается параллельное соединение аккумуляторов? Схема для этого действия как выглядит? Все эти, а также ряд других вопросов мы с вами и рассмотрим в рамках данной статьи.

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Итак, для начала обрисуем общую схему. Соединение аккумуляторов параллельно предусматривает такой подход, чтобы все положительные клеммы подсоединялись к определённой точке на электрической схеме, которая именуется плюсом. Подобное необходимо сделать и с отрицательными выводами. Только они подсоединяются к минусу. Зачем нам нужно такое делать? В конечном результате мы имеем напряжение, которое есть у одного аккумулятора (рассматривается ситуация, что у нас одинаковые батареи). Но вот емкость получившейся конструкции будет равна сумме этого параметра всех источников питания, которые есть в схеме. Электрическая энергия равна единичному значению, помноженному на количество устройств. Это, впрочем, не зависит от того, какое соединение используется – параллельное или последовательное.

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Результат таких действий мы рассмотрели. А почему нам может понадобиться соединение аккумуляторов параллельно? Любые электрические системы или устройства несут омические потери, когда часть энергии превращается в тепло и при этом не происходит полезная работа. Это из-за невозможности получения коэффициента полезного действия 100%. При этом из курса школьной физики можно вспомнить, что чем больше напряжение, тем меньше ток при той же мощности и менее значительные омические потери. Таким образом, чем более высоковольтные аккумуляторы мы используем, тем лучший результат получим. Но даже с таким подходом не всегда может хватать емкости одной батареи. В таком случае можно заменить её на аккумулятор повышенной емкости. Но это не всегда удобно, и иногда проще просто поставить ещё один источник питания и использовать параллельное соединение аккумуляторов, чтобы они дольше поддерживали какую-то систему.

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Параллельное соединение разных аккумуляторов не несёт в себе опасности, если рассматривать проблему с точки зрения напряжения. С клеммами батарей ничего страшного не сможет случиться. Разряд или заряд источников питания будет происходить синхронно в силу характера соединения. А вот если затронуть тему токов, то здесь уже немного сложнее. Так, необходимо позаботиться о том, чтобы он не превышал определённой величины, которая указывается непосредственно самим производителем.

Наиболее распространёнными являются показатели 100 А и 130 А. Причиной такого ограничения является то, что непосредственно клеммы не смогут передавать такой ток (хотя теоретически самому аккумулятору это под силу). Но это самый верх, который может быть только считанные секунды. Давайте рассмотрим более реалистический вариант использования.

Технические ограничения

Если посмотреть на технические характеристики разрешенной величины тока, то обычно здесь больших цифр не увидишь. Так, обычно нельзя допускать, чтобы соединялись вместе аккумуляторы, емкость которых разнится от 5 до 25 раз (это как правило). Более того, данный аспект необходимо внимательно изучить, поскольку возможным является даже короткое замыкание. Риск его возникновения находится в диапазоне 15-70 емкостей самого малого аккумулятора (зависит от марки и технической реализации). Грубо говоря, чем меньше времени они функционируют, тем с большим значением тока можно работать. Так, если разница между ними составляет 5 раз, то это значит, что они смогут функционировать всё время (теоретически). Но вот если мы работаем со 20-кратным различием, то желательно, чтобы счет был на секунды. Многие производители источников питания указывают пороговые значения тока для своей продукции. Например, 2,6 А.

Почему есть ограничения?

Давайте далее изучать тему про параллельное соединение аккумуляторов разной емкости. Ранее было указано, что производители рекомендуют ограничения в единицы Ампер, хотя на практике этот предел может быть превышен многократно. Почему так? Для этого рассмотрим само строение аккумулятора на примере свинцово-кислотной батареи. Такой выбор сделан благодаря распространенности источников питания данного типа.

Итак, для успешного протекания необходимой электрохимической реакции необходимо обеспечить её качественным электролитом. Важно также совершение процесса в верхних слоях и отвод продуктов. В этом значительным образом помогает активная масса пластин аккумулятора. Ведь благодаря ей легче подводится и отводится вещество, участвующее в реакции. Но по мере перемещения «ресурсных материалов» вниз всё начинает происходить медленнее. Активно сказывается и то, что в электролите появляется сера. Поэтому соединение аккумуляторов параллельно предпочтительным является только когда батарея заряжена. Чем ниже реальный показатель напряжения, тем опаснее работа источников питания разной емкости. Поэтому желательным является обеспечение своевременного питания. Лучше всего будет не давать емкости упасть меньше 1/3 номинала.

Особенности зарядки при параллельном соединении

Во время начала этого процесса предпочтительной является передача довольно большого зарядного тока. Ведь сначала будет восстанавливаться поверхность аккумулятора, а потом — нижние его слои. Одновременно с этим желательным является уменьшение тока, поскольку снижается интенсивность электрохимической реакции, вследствие чего из-за большого количества энергии может «закипеть» электролит (будет происходить его разложение).

Если рассматривать один из самых популярных типов аккумуляторов – свинцово-кислотный, то он при нарушении данного предписания вряд ли сразу выйдет из строя. Но вот срок его службы явно существенно сократится. Вообще, если говорить о зарядке источников питания, то стоит сконцентрировать внимание на том, что желательно пользоваться заводскими приборами. Если эксплуатировать что-то иное, то могут быть не учтены определённые аспекты (или неправильно приняты во внимание), что обернётся проблемами в будущем.

Об аккумуляторах и емкости

Давайте ещё углубимся в параллельное соединение разных аккумуляторов (а также одинаковых). Необходимо понимать, что если суммарный ток не будет превышать установленные ограничения, то проблем и опасностей не появится.

Давайте рассмотрим соединение двух аккумуляторов параллельно на 2 А, когда они из одной партии и заряжаются током 2*2= 4 А. Здесь нет опасностей, поскольку благодаря одинаковой конструкции токи будут разделяться пропорционально. И никакие рубежи не пересекутся.

А вот теперь давайте возьмем источники питания, где существует значительная разница. Когда ток превысит установленные производителем ограничения, то потечёт через аккумулятор, при том, что он не рассчитан на это. Думаем, говорить о результате не нужно. Это относится ко всем, а не только к свинцово-кислотным батареям. Даже если вы хотите сделать параллельное соединение аккумуляторов Li-Ion, которые считаются имеющими повышенную надежность, не пренебрегайте техникой безопасности.

Рассчитываем необходимые показатели

Итак, нам необходимо обеспечить значительную величину тока с применением параллельно соединённых элементов питания. Как узнать, что нам нужно? Для этого можно воспользоваться специальной формулой, которая сейчас и будет приведена:

Т=РТОЭП*КЭПОТ

А сейчас расшифровка формулы:

Т – ток, который получится. Необходимо, чтобы он совпадал с нужным результатом.

РТЕЭП – разрядный ток единицы элемента питания. То есть сколько может дать один аккумулятор.

КЭПОТ – количество элементов питания одного типа.

В радиолюбительской практике бывает сложно получить необходимые значения. Эта же формула сделает достижение цели более лёгким.

Ищем другие способы включения батарей

Мы уделили параллельному соединению аккумуляторов значительное внимание. Надеемся, что это поможет решить поставленные задачи. Но если во время ознакомления со статьей к вам пришла мысль, что описываемые здесь решения не подходят под какой-то конкретный случай, предлагаем ознакомиться со следующим:

1. Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
2. Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.

Заключение

Напоследок хочется дать немного напутствий. Прежде всего, соблюдайте технику безопасности. Также перед работой с аккумуляторами совсем не лишним будет ознакомление с инструкциями и рекомендациями, которые представляют их производители. Это позволит избежать ситуаций, которые могут негативно влиять на срок службы источников питания. Также соблюдайте особенную осторожность при работе с батареями, обеспечивающими значительные показатели. Ведь в таких случаях риск электротравмы становится весьма вероятным. Да и со слабыми элементами не нужно обращаться легкомысленно.

fb.ru

§45. Способы соединения аккумуляторов в батареи

В тех случаях, когда ток и напряжение отдельного источника электрической энергии (в том числе аккумулятора) являются недостаточными для нормальной работы электрических потребителей, применяют последовательное, параллельное и смешанное соединения таких источников.

Последовательное соединение. При последовательном соединении аккумуляторов отрицательный электрод первого аккумулятора соединяют с положительным электродом второго, отрицательный электрод второго — с положительным электродом третьего и т. д. (рис. 165, а). Нагрузку (приемник) присоединяют к положительному электроду первого и отрицательному электроду последнего аккумулятора.

При последовательном соединении аккумуляторов их электродвижущие силы согласно второму закону Кирхгофа складываются и результирующая э. д. с. равна сумме э. д. с. отдельных аккумуляторов. Следовательно, чем больше аккумуляторов включено в цепь, тем больше напряжение, под которым находятся приемники (рис. 166).

Эквивалентное внутреннее сопротивление последовательно соединенных аккумуляторов равно сумме их внутренних сопротивлений.

Аккумуляторные батареи составляются из ряда совершенно одинаковых аккумуляторов. При этом на заводе их подбирают

Рис. 165. Последовательное (а) и параллельное (б) соединения аккумуляторов

Рис. 166. Напряжение, приложенное к приемнику, при различном числе последовательно соединенных аккумуляторов

так, чтобы все они имели одинаковые э. д. с. E = E_ak и одинаковое внутреннее сопротивление R_ak. Поэтому для батареи, состоящей из п аккумуляторов,

E = nE_ak; R_экв= nR_ak

Параллельное соединение. При параллельном соединении все положительные электроды отдельных аккумуляторов соединяют вместе, и они образуют положительный полюс; все отрицательные электроды отдельных аккумуляторов также соединяют вместе, и они образуют общий отрицательный полюс (рис. 165,б). Нагрузку (приемник) присоединяют к общим отрицательному и положительному полюсам. При этом все аккумуляторы будут находиться под одинаковым напряжением U, а общий ток I равен сумме токов, отдаваемых отдельными аккумуляторами. При параллельном соединении п одинаковых аккумуляторов э. д. с. батареи E = E_ak; ее внутреннее сопротивление R = R_ak /n и ток I = nI_ak.

Смешанное соединение. В тех случаях, когда аккумуляторы не обеспечивают возможности получения необходимого тока и напряжения, применяют последовательно-параллельное (смешанное) их соединение (рис. 167). В данном случае в каждой из двух параллельных групп аккумуляторной батареи имеется по два последовательно соединенных аккумулятора.

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев составляются из последовательно соединенных аккумуляторов. Смешанное и параллельное соединения аккумуляторов применяют редко, так

Рис. 167. Смешанное соединение аккумуляторов

как в этих случаях трудно обеспечить равномерное распределение тока между параллельными ветвями. Равенство токов I₁ и I₂ в отдельных ветвях будет иметь место только в том случае, если будут равны э. д. с. Е₁ и Е₂, действующие в этих ветвях, и их внутренние сопротивления R_эк1 = R_эк2.

electrono.ru

Соединение аккумуляторов — Мобильные Электросистемы

Параллельное и последовательное соединение

Последовательное соединение двух аккумуляторов. Емкость батареи остается без изменений, выходное напряжение увеличивается в два раза

Если вы используете больше одного аккумулятора, то через батарейные переключатели их можно подключить к цепи независимо, но можно соединить последовательно или параллельно.

При последовательном соединении положительную клемму одного аккумулятора соединяют с отрицательной клеммой другого, а нагрузку подключают к свободным положительной и отрицательным клеммам. Общая емкость последовательно соединенных аккумуляторов не меняется, а выходное напряжение увеличивается. Например, емкость батареи, состоящей из двух последовательно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов по 100 Ач каждый, останется 100 Ач, а напряжение увеличится до 24 Вольт.

Никогда не подключайте последовательно соединенные 12-вольтовые аккумуляторы к 12-вольтовой электрической системе — высокое напряжение повредит оборудование.

Параллельное соединение двух аккумуляторов. Напряжение на выходе батареи не меняется емкость увеличивается в два раза

При параллельном соединении, положительную клемму одного аккумулятора соединяют с положительной клеммой другого, затем соединяют между собой отрицательные клеммы и подключают к нагрузке. Напряжение батареи параллельно соединенных аккумуляторов не меняется, а емкость равняется сумме емкостей соединенных аккумуляторов.

Считается, что при параллельном подключении вышедшая из строя аккумуляторная ячейка может разряжать другие аккумуляторы, а небольшие токи, циркулирующие между аккумуляторами увеличивают уровень саморазряда. Из-за этого 12-вольтовую батарею иногда рекомендуют создавать из последовательно соединенные 6-вольтовых аккумуляторов большой емкости. А если они оказываются слишком тяжелыми, то использовать шесть последовательно соединенных 2-вольтовых аккумуляторов.

Соединяйте параллельно несколько аккумуляторов большой емкости, а не много маленьких аккумуляторов

Последовательно-параллельное соединение. По сравнению с одним аккумулятором напряжение и емкость батареи увеличивается в два раза

Однако при параллельном подключении отказ одной ячейки не ведет к выходу из строя всей батареи. Оборудование контроля позволяет обнаружить неисправный аккумулятор и удалить его. Емкость батареи уменьшится, но аккумуляторы продолжат работать.

Но если ячейка выходит из строя в последовательно соединенной батарее, то после удаления неисправного аккумулятора, напряжение в системе упадает на 6 или 2 вольта (в зависимости от того, из каких аккумуляторов собрана батарея).

Рекомендации по созданию аккумуляторных батарей

• При последовательном и параллельном соединении все аккумуляторы должны быть одного типа, возраста и иметь одного производителя. Емкость аккумуляторов при последовательном подключении должна быть одинаковой, параллельно можно соединять между собой аккумуляторы разной емкости.
• Если при последовательном подключении, один аккумулятор выходит из строя, в батарее необходимо менять все аккумуляторы. Если один аккумулятор выходит из строя при параллельном подключении, его удаляют, а оставшиеся используют до тех пор, пока они не выработают свой ресурс. После этого аккумуляторы заменяют.

Чтобы избежать преждевременного старения, не допускайте нагрева аккумуляторов. Повышении температуры на каждые 6 ° C свыше 20 С уменьшает срок службы наполовину. Устанавливайте аккумуляторы в хорошо проветриваемых, прохладных местах и оставляете воздушное пространство между ними, чтобы стимулировать тепловыделение.

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.

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.

Два 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.

Еще 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.

advanced-power.ru

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов между собой

Аккумулятор, как видно из названия – устройство для накапливания электрической энергии. В нужный момент эта энергия зажигает светодиоды или лампочки накаливания в фонарях, приводит в движение электромоторы, питает электронные устройства, обеспечивает работу блоков бесперебойного питания.

Параллельное и последовательное, а также комбинированные соединения аккумуляторов используют для сборки батарей с различными характеристиками.

Виды изделий разного назначения

Для чего соединяют источники питания

Соединяя между собой отдельные источники питания, можно получить несколько выгод:

• Поднять напряжение питания.
• Уменьшить или увеличить ток в цепи потребителя.
• Увеличить общую ёмкость сборки батарей.

Потребляемая мощность равна произведению напряжения, приложенного к потребителю и протекающего в цепи тока.

Таким образом, увеличивая напряжение питания, можно снизить нагрузку на провода от протекающего тока. Легко можно заметить, что чем больше параметр тока, тем сильнее греются проводники. Нагрев не производит никакой работы, а значит, суммарный коэффициент полезного действия электрического устройства снижается.

Важно! Увеличивая напряжение питания, и снижая протекающий ток, получают экономию энергии за счёт снижения тепловых потерь в цепи.

Основные характеристики заряжаемых батарей

Прежде чем приступить к «опытам» и соединить аккумуляторы, надо понять, какими характеристиками они обладают и что даёт каждый из видов соединений.

Первая характеристика номинальное напряжение. Параметр определяет, какое напряжение может быть между положительной и отрицательной клеммами. Характеристика эта не постоянная и номинальное значение выдаётся в цепь только от полностью заряженного источника питания, по мере разряда и под нагрузкой электродвижущая сила (ЭДС) снижается.

На сегодняшний день самыми популярными значениями являются 1,2, 2,4, 6 или 12 Вольт.

Обратите внимание! Минимальное напряжение накопителей 1,2 Вольта, а не 1,5 В как у «одноразовых» батареек.

Подключая несколько источников последовательно, достигают повышенного напряжения на выходе сборки.

Ёмкость показывает, какое количество электричества устройство способно выдать до достижения минимального допустимого уровня разряда и измеряется в Ампер/часах.

Например, обозначение 50 А/ч говорит о том, что при токе равном 1А, батарея будет обеспечивать питание 50 часов, или при токе 2 А проработает 25 часов до следующей зарядки.

Представленный расчёт примерный и действует только для малых токов разряда. Повышенный ток быстрее разряжает аккумулятор. Уточнить характеристику можно по прилагаемым к изделиям диаграммам разрядных характеристик.

Пример характеристики разряда в зависимости от тока нагрузки

Общая ёмкость при любом из видов подключений будет равна суммарным показателям всех включённых в цепь аккумуляторов.

Последовательное подключение

Схема последовательного подключения предполагает соединение проводником положительного полюса первого источника и отрицательного второго. Далее положительный выход второго источника питания соединяют с отрицательным третьего и так далее. Выводами сборки служат отрицательная клемма первой батареи и положительная последнего в схеме.

Последовательное соединение

Общее напряжение такой сборки будет равняться сумме ЭДС всех источников, включённых в сеть. Если в батарею включены накопители одинаковой ёмкости, то и общее значение останется равным характеристике одного источника.

Например, при последовательном включении 3 изделий по 1,2 В суммарное напряжение между выводными клеммами первого и третьего подключённого источника будет равняться 3,6 В.

При подключении в цепь приёмника электротока через последовательную цепь будет протекать ток, не превышающий возможности 1 источника электричества. Например, если сборка изготовлена из одинаковых батарей 2000 мА/ч, то суммарное значение для любого количества «ячеек» в схеме останется на том же значении.

Смысл последовательного подключения – повысить напряжение в сети, и при малом токе обеспечить на выходе повышенную мощность.

Особенности последовательного включения

При последовательном включении строго соблюдают правила, невыполнение которых приводит к быстрому выходу из строя батареи, а в некоторых случаях опасно для здоровья пользователя.

Каждый источник питания обладает внутренним сопротивлением. У изделий, выполненных по одной технологии, с использованием одних и тех же комплектующих и имеющих одинаковые характеристики внутренне сопротивление примерно одинаково и зависит в основном от степени заряженности.

У одинаковых по изготовлению, но разных по ёмкости батарей внутреннее сопротивление резко отличается. Это же относится к разным по технологии изготовления батареям.

Чем опасно соединение источников питания с разными характеристиками при заряде и разряде последовательно соединённых изделий.

Зарядка

При включении последовательно соединённых аккумуляторных батарей разной ёмкости, каждая из них будет заряжаться одним током, который выдаёт зарядное устройство. При различии ёмкости в два раза, меньший из накопителей зарядится примерно в три раза быстрее больших.

Таким образом, через какое-то время одни из АКБ наберут полную зарядку, в то время как большие будут нуждаться в дальнейшей подаче зарядного тока.

Возможны два итога:

• Недозагрузка «больших» источников, если зарядное устройство будет выключено. Следовательно, в дальнейшем подключённые потребители не проработают долго.
• Перезаряд меньшего аккумулятора, если заряд не будет отключён. Как следствие перегрев. Выкипание электролита, выход из строя изделия. Возможен взрыв.

Внимание! Заряжать последовательно включённые накопители разрешается только в том случае, когда они имеют одинаковую ёмкость и напряжение.

Разряд

Не менее опасен для разных источников процесс разряда. Ток в каждой точке последовательной цепи одинаков. Аккумулятор меньшей ёмкости разрядится быстрее подключенных с ним последовательно более мощных устройств. Если в цепи есть устройство защиты от глубокого разряда, то питание потребителя прекратиться, когда мощные АКБ ещё способны отдавать ток. Эффективность применения общей сборки будет снижена в несколько раз.

Если же устройство не оборудовано защитой, то отдача тока будет продолжена. В результате глубокого разряда неминуемо выйдет из строя самый «маленький» прибор.

Параллельное включение

При параллельном соединении все плюсы источников питания должны быть подключены в одну точку. То же самое делают с отрицательными полюсами.

Параллельное включение

При соединении этого типа действуют другие правила определения характеристик сборки.

Допускается применять параллельное соединение для аккумуляторов разной ёмкости, при условии, что номинальное напряжение изделий одинаково.

Пример изменения характеристик при параллельном подключении

Общая ёмкость параллельной сборки будет равна сумме ёмкостей всех включённых изделий. Соединив два одинаковых АКБ параллельно, получают сборку в два раза большей ёмкости. Каждый из источников разряжается и заряжается допустимым для него током. Небольшие расхождения на начальных этапах циклов не оказывают существенного влияния на время исправной работы.

При первом подключении важно, чтобы степень заряда и соответственно напряжение на клеммах соединяемых изделий было равно.

Вызвано это тем, что если меньший по ёмкости АКБ будет заряжен сильнее (выше напряжение на выходе) то больший аккумулятор станет потребителем электричество (малый начнёт «заряжать» больший). Это чревато перегрузкой по току и разрушением. Тот же эффект будет наблюдаться если напряжение больше на АКБ большей ёмкости. В этом случае меньший по уровню напряжения источник станет нагрузкой, по нему потечёт ток близкий по значению к короткому замыканию.

Внимание! Запрещено соединять параллельно аккумуляторы с разным номинальным напряжением.

Кроме выхода из строя больших накопителей, что в момент подключения между клеммами и соединительными проводами потечёт большой ток. Это в свою очередь может привести к их повреждению или даже разрушению. Искрение между двумя источниками с разным напряжением – источник ультрафиолетового излучения, что опасно для зрения человека.

Соединяйте аккумуляторы в параллельную цепь, только после предварительного выравнивания ЭДС.

Параллельно последовательное соединение

Параллельно последовательный способ соединения аккумуляторов часто применяют при создании блоков питания для различных переносных электроинструментов. Метод позволяет получить «высокое» напряжение при большой ёмкости.

Параллельно-последовательное соединение

Несколько изделий соединяют последовательно, получая нужное напряжение. Затем этим цепочки подключают параллельно, выигрывая в ёмкости общей сборки.

Правила соединения применяют те же, что и для ранее описанных способов включения. В таких устройствах принято подключать одинаковые по характеристикам аккумуляторы. Применив «батарейки» из одной партии получают примерно одинаковое внутреннее сопротивление составных частей.

Разные схемы включения нужны для обеспечения работы различных устройств, требующих автономного питания. Применив полученные в статье знания, можно сделать самостоятельные подключения, необходимые для корректной работы аппаратуры.

technosova.ru

Схема подключения двух аккумуляторов.

Способы соединения двух аккумуляторов: последовательное и параллельное

Достаточно большое количество охотников, рыболовов и путешественников, в виду своего хобби, зачастую устанавливают на свои транспортные средства дополнительный аккумулятор. Это необходимо для того, чтобы энергия основного аккумулятора сохранялась, и в дальнейшем можно было уехать с места дислокации без приключений.

Зачем необходим второй аккумулятор ?

Областей применения второго аккумулятора великое множество:

1. Обеспечение работы дополнительных электроприборов, необходимых для комфортного времяпрепровождения на природе (например таких как холодильник, световые приборы, музыкальное оборудование).
2. Автомобиль, имеющий в своем оснащении электролебедку в любом случаи должен оснащаться периферийным аккумулятором.
3. Автотранспорт представительского класса «по умолчанию» оснащаются видеоплеером, телевизором, кофеваркой, микроволновкой и прочими электроприборами, обеспечивающими повышенный комфорт при путешествии.
4. Охранные системы видеонаблюдения, противоугонные системы, всевозможные радиосигнализации, а также устройства, предназначенные для активной защиты транспортного средства, также должны оснащаться своим отдельным элементом питания.

Как правильно соединить два аккумулятора?

Для успешного осуществления данной операции стоит следовать следующим советам:

1. Необходимо, чтобы и первый и второй аккумулятор были в идеальном состоянии. Как известно, аккумуляторные батареи, после определенного числа циклов заряда и разряда, начинают портиться, приходить в негодность, и как следствие, быстрее разряжаться. Если подключить к новому аккумулятору старый, то старый аккумулятор будет «поглощать» энергию из нового, и в конечном итоге оба элемента питания будут разряжены. Это же, в свою очередь, не позволит завести силовой агрегат.
2. Следует использовать коммутатор для второго аккумулятора. Это устройство позволит использовать энергию первого аккумулятора, но позволит сохранить заряд второй зарядной емкости. Это же позволит всегда оставаться уверенным в том, что можно будет спокойно «сесть и уехать».
3. Для того, чтобы не пострадала электропроводка транспортного средства, стоит использовать более мощный генератор, или же установить еще один.
4. Аккумуляторные батареи должны быть примерно одинаковой мощности, если же батареи будут разной мощности, то это может привести к выходу из строя элементов питания.
5. Необходимо использовать короткие шнуры для соединения аккумуляторных батарей, тогда процесс работы этих аккумуляторов будет наиболее эффективным.

Итак, постаравшись соблюсти данные рекомендации, можно cделать свой досуг на природе, на рыбалке, в походе или на охоте поистине красочным и незабываемым.

Однако, нужно определиться со способами подключения двух аккумуляторов друг к другу.

Первый способ: последовательное соединение: перемычка накидывается на клеммы: своя перемычка на «минусовые», своя перемычка на «плюсовые», далее оставшиеся две «противоположные» клеммы двух аккумуляторов соединяются между собой, ну а «плюсовые» и «минусовые» провода подключаются к остальной электрической системе транспортного средства.

Второй способ: параллельное соединение: при данном виде соединения двух аккумуляторов, перемычка накидывается следующим образом: соединяются «минусовые» и «плюсовые» клеммы аккумуляторных батарей, далее отводятся от спаренных элементов питания провода, которые подключаются ко всей остальной электрической системе автомобиля.

После того, как аккумуляторы были подключены между собой, следует сделать установить между ними либо коммутатор, либо переключатель.

Этот шаг позволит использовать энергетический ресурс только одного аккумулятора. Например, при выключенном двигателе, будет работать свет автомобиля, или же аудиосистема.

Если же двигатель транспортного средства включен, то энергия, необходимая для работы электроприборов в автомобиле, вырабатывается особым генератором. Но, правда, гораздо сильнее тратится топливо в транспортном средстве, а это, в свою очередь, приводит к возникновению неимоверных расходов на топливо.

Заключение

Подытоживая вышесказанное, стоит сказать о том, что установка периферийного элемента питания в автомобиль, станет прекраснейшим решением. Теперь можно не бояться внезапной разрядки аккумулятора, и последующих проблем с получением искры для зажигания.

Но второй аккумулятор будет эффективен лишь тогда, когда он был установлен и соединен с первым в соответствии с общепризнанными рекомендациями и нормами. Неверно подключенные батареи, станут настоящей головной болью для автолюбителя. При выборе аккумулятора, необходимо ориентироваться не только на размер, емкость и бренд, а также четко понимать назначение аккумулятора и сферу его применения. Например существуют стартерные и тяговые аккумуляторы, предназначенные для разных целей.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru