В этом случае общий проводник соединяет все аноды, а другой проводник соединяет все катоды соединяемых батарей. Такая схема используется, когда требуется более высокая сила тока аккумуляторной батареи.
Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов
Существует два основных типа подключения батареи: Последовательные и параллельные. Иногда выделяют и второй тип, но он используется редко и называется комбинированным.
Причины подключения аккумулятора
- Для уменьшения омических потерь путем увеличения сопротивления электрической системы. Ток обратно пропорционален сопротивлению. Чем меньше электрический ток, тем меньше потери,
- Если используемый вами прибор или транспортное средство требует гораздо более высокого напряжения, чем простая батарея. Вам следует спаять их вместе и увеличить параметр удельного напряжения,
- Пайка помогает увеличить цифровую энергоемкость батареи,
- увеличение выходной мощности устройства или транспортного средства.
Другими словами, он создает аккумулятор, необходимый для данных условий. Гораздо проще создавать комбинации из уже купленных батарей, чем покупать много разных типов батарей.
Меры предосторожности при подключении
- Соблюдайте правила техники безопасности при работе с электричеством, надевайте резиновые перчатки.
- Избегайте создания электрической цепи через тело человека
- Избегайте коротких замыканий
- Не игнорируйте полярность
- Не прикасайтесь к клеммам аккумулятора голыми руками,
- Не собирайте батареи, подключенные к нагрузкам (проверяйте каждую батарею отдельно перед подключением к цепи).
- Перед подключением батареи отсоедините зарядное устройство,
- Используйте изолированные инструменты с изолированными ручками,
- Никогда не недооценивайте ток и зарядную емкость батареи перед использованием устройства,
- Клеммы должны быть надежно закреплены и изолированы,
- защитите устройство от влаги, изолировав корпус,
- использовать батареи одного типа с одинаковой мощностью и степенью износа,
- Перед использованием сборки проверьте правильность подключения клемм.
Если неисправности устранены, сначала отключите нагрузку (зарядное устройство) и только потом снова подключите узел.
Что дает параллельное соединение аккумуляторов?
Батареи обычно производятся с учетом определенной стандартной нагрузки. Например, существуют батареи, которые позволяют работать микроконтроллерам — они имеют напряжение 5 В. Для работы двигателя используются батареи с напряжением 12В или 24В. Но что, если вам нужно 60 В? Батарею с таким напряжением трудно найти. В этом случае может помочь параллельное соединение батарей. Каковы преимущества этого соединения? Как строится такая связь? Каковы особенности этого соединения? Как батареи соединены параллельно? Каков план этих действий? Все эти и некоторые другие вопросы будут рассмотрены в данной статье.
Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?
Поэтому давайте начнем с описания общей схемы. Когда батареи соединены параллельно, все положительные клеммы подключены к определенной точке цепи, называемой положительной клеммой. То же самое необходимо сделать с отрицательными клеммами. Только они подключены к минусу. Почему мы должны это делать? Мы получаем напряжение, равное напряжению батареи (рассмотрим ситуацию, когда у нас есть одинаковые батареи). Однако мощность получившейся структуры равна сумме этих параметров всех источников тока в цепи. Электрическая мощность равна значению, умноженному на количество устройств. Однако это не зависит от того, параллельно или последовательно соединены батареи.
Зачем аккумуляторы соединять в батарею?
Мы задавались вопросом, каковы будут последствия таких действий. Но почему мы должны соединять батареи параллельно? Все электрические системы или устройства имеют омические потери, при которых часть энергии преобразуется в тепло, а полезная работа не совершается. Это связано с тем, что невозможно достичь 100% эффективности. Из школьной физики вы можете помнить, что чем выше напряжение, тем меньше ток при той же мощности, и тем меньше омические потери. Чем выше напряжение батареи, тем лучше результат. Но даже при таком подходе емкости одной батареи не всегда достаточно. В этом случае его можно заменить на аккумулятор с большей емкостью. Однако это не всегда удобно, и иногда проще установить другой источник питания и использовать параллельное подключение батарей для поддержки системы в течение более длительного периода времени.
Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?
Параллельное соединение разных батарей не опасно, если смотреть на проблему с точки зрения напряжения. На клеммах аккумулятора не может произойти ничего опасного. Источники тока разряжаются или заряжаются синхронно благодаря способу их подключения. Однако, когда речь идет о токах, все немного сложнее. Например, необходимо следить за тем, чтобы не превысить определенное значение, указанное непосредственно производителем.
Наиболее распространенные значения — 100 A и 130 A. Причина этого ограничения заключается в том, что сами клеммы не способны пропускать такой ток (хотя сама батарея теоретически может это делать). Но это вершина возможностей, до которой, возможно, остаются считанные секунды. Давайте рассмотрим более реалистичный случай использования.
Выполнение процедуры балансировки предотвращает перезарядку одной батареи и недозарядку другой, что в конечном итоге положительно сказывается на сроке ее службы.
Последовательно соединенные аккумуляторы
Батареи, соединенные последовательно, увеличивают напряжение, но имеют ту же емкость.
Две 12-вольтовые батареи, соединенные последовательно, заряжаются с помощью 24-вольтового зарядного устройства.
При последовательном соединении батарей они должны быть одного типа и возраста. Емкость и производитель также должны быть идентичными. Если один из аккумуляторов уже использовался ранее, то, скорее всего, его емкость уже ниже номинальной, и при зарядке он будет заряжаться первым. Однако зарядное устройство может не «распознать» это и попытаться полностью зарядить оставшиеся батареи. Температура и давление внутри старой батареи повышаются. При этом выделяются газы, и активный материал пластины начинает разрушаться.
Под нагрузкой ухудшение состояния старой батареи будет увеличиваться. После того, как слабые элементы израсходуют заряд, хорошие элементы продолжают подавать ток. Напряжение разряженных элементов падает до нуля, а затем их полярность меняется на противоположную (это чаще происходит с большими батареями). Происходит неконтролируемый рост давления и температуры и разрушение.
Рекомендуется заменить всю батарею последовательно. Если заменяется только одна батарея, состояние заряда всех батарей должно оставаться неизменным. Небольшие различия устраняются зарядным устройством во время фазы абсорбции. Большая разница приведет к перезарядке батареи и образованию отложений серы в недозаряженной батарее.
Две 12-вольтовые батареи, соединенные последовательно, заряжаются 24-вольтовым зарядным устройством. Три из них заряжаются с помощью 36-вольтового зарядного устройства.
Параллельно соединенные аккумуляторы
Параллельные 12-вольтовые батареи заряжаются с помощью 12-вольтового зарядного устройства.
При параллельном соединении батарей емкость увеличивается, а напряжение не меняется. Батареи аккумуляторного блока должны быть одного типа и возраста, а соединительные кабели должны быть короткими и толстыми, чтобы уменьшить падение напряжения.
Многие 12-вольтовые батареи, соединенные параллельно, заряжаются с помощью 12-вольтового зарядного устройства. Время зарядки больше, чем для одной батареи.
Устройства зарядки нескольких аккумуляторов
Следующие устройства используются для одновременной зарядки нескольких групп батарей.
Переключатели аккумуляторов
Две батареи поочередно используются в качестве рабочей батареи. Неиспользуемая батарея используется для запуска двигателя. Переключатель используется для параллельного подключения обеих батарей для зарядки. Аккумуляторы можно заряжать одновременно или отдельно, меняя положение переключателя.
Удобнее подключать две разные батареи к зарядному устройству через ручной переключатель. Обычно используются сильноточные модели с четырьмя положениями. В положении 1 + 2 переключатель соединяет батареи параллельно, а в остальных положениях — разъединяет. Четырехпозиционный переключатель предназначен для катеров и яхт с двумя батареями, которые попеременно используются для запуска двигателя и питания лодки.
Не рекомендуется подключать дополнительные нагрузки к выключателю со стороны батареи, чтобы не нарушить функцию изоляции. На практике, однако, делается исключение для круглосуточно работающих устройств (насос, зарядное устройство и т.д.).
Мотор-генератор подключается к выключателю либо со стороны нагрузки, либо со стороны батареи обслуживания. В первом случае батареи можно заряжать вместе или по отдельности, но генератор должен быть защищен. Если перевести ручку переключателя в положение OFF при работающем двигателе, произойдет скачок напряжения, который может вывести из строя диоды выпрямителя. При втором способе нет опасности для генератора, но батареи заряжаются только одновременно.
Особенности батарейных выключателей:
Система с ручным переключателем не застрахована от человеческой ошибки. Если батареи отсоединены при работающем генераторе, одна из батарей не будет заряжаться. Если они подключены при выключенном двигателе, оба разрядятся, и двигатель не запустится в следующий раз.
Четырехпозиционный переключатель, переключающий стартовую и рабочую батареи, очень часто встречается на яхтах. Однако, если батареи разных типов, например, гелевые и с жидким электролитом, одна из них будет постоянно перезаряжаться, а другая — недозаряжаться, и обе будут преждевременно повреждены.
Диодные изоляторы
Сепаратор батарей используется для одновременной зарядки двух групп батарей.
При таком типе подключения напряжение в системе остается постоянным, а емкость батареи равна сумме емкостей всех параллельно подключенных батарей.
Последовательное соединение
Устройства с более высоким напряжением питания требуют последовательного соединения двух или более элементов. На рисунке показан пример четырех литий-ионных батарей 3,6 В, соединенных последовательно, в результате чего получается источник питания с общим напряжением 14,4 В.
Если схему необходимо питать необычным напряжением, например, 9,5 В, можно использовать устройство с одним из стандартных уровней напряжения, при условии, что оно выше, чем требуемое напряжение питания. Например, устройство, которому требуется напряжение 9,5 В, можно легко запитать от трех последовательно соединенных литий-ионных батарей с номинальным напряжением 10,8 В. Большинство электроприборов можно без проблем эксплуатировать при немного более высоком напряжении, но, конечно, не следует превышать максимально допустимое значение, которое обычно указывается в техническом паспорте.
Высоковольтные батареи требуют тщательной балансировки отдельных элементов, особенно если они рассчитаны на высокие нагрузки или низкие температуры. В наборах, состоящих из нескольких клеток, вероятность того, что одна из клеток будет повреждена, очень высока. Для защиты системы от повреждений обычно используются полупроводниковые переключатели, отключающие поврежденный элемент от цепи.
Замена поврежденной клетки также является сложной задачей — новая клетка обычно имеет гораздо лучшие рабочие параметры, чем другие, которые уже в определенной степени деградировали из-за процессов старения. По этой причине комплекты ячеек часто представляют собой целый блок, который можно заменить только целиком.
В дорогих и сложных системах, таких как электромобили или электромотоциклы, основная батарея часто делится на более мелкие блоки, состоящие из разных компонентов и полностью заменяемые. Дисбаланс также увеличивается, но в большинстве случаев эта проблема нейтрализуется с помощью соответствующих балансировочных схем. На рисунке выше показан пример схемы, в которой один из элементов имеет значительно меньшее номинальное напряжение — например, из-за преждевременного старения.
Методы балансировки ячеек
При балансировке стека ячеек состояние заряда выравнивается с помощью специально разработанной схемы (балансировщик BMS). Методы балансировки включают активные и пассивные методы.
- Пассивный метод использует резисторы для снятия избыточного заряда с ячеек, которые перезаряжены по сравнению с другими ячейками. В наиболее продвинутой версии каждая ячейка подключена к резистору с ключом с цифровым управлением. Схема управления, например, микроконтроллер или FPGA, отслеживает напряжение на клеммах каждого элемента и, если обнаруживает слишком высокое значение, включает ключ, освобождая заряд до тех пор, пока состояние заряда не уравновесится. Недостатком этого метода является его высокая сложность и низкая эффективность — избыточная энергия, накопленная в ячейках, просто теряется в виде тепла, выделяемого в резисторе.
- При активном методе избыточный заряд передается другим, менее заряженным клеткам. Обычно для этого используются транзисторные переключатели и соответствующим образом соединяются отдельные ячейки. Это решение значительно снижает потери энергии и тем самым продлевает срок службы всего батарейного блока.
Параллельное соединение батарей
Если требуется большая емкость (ток), чем может обеспечить один элемент, можно подключить несколько элементов параллельно. Большинство батарей переносят это хорошо и практически не имеют побочных эффектов. На рисунке показан пример с четырьмя ячейками, соединенными таким образом. Номинальное напряжение остается таким же, как и у одиночного элемента (3,6 В), но общая емкость увеличивается в 4 раза.
При таком решении наиболее опасной ситуацией является короткое замыкание в одной из ячеек. Это создает очень высокий ток разряда, который быстро разряжает все остальные, создавая высокую пожароопасность. Обычной защитой от таких ситуаций является установка серии предохранителей в конструкции корпуса для изоляции поврежденного элемента.
В отличие от последовательного соединения, при параллельном соединении выход из строя элемента в случае короткого замыкания не приводит к полному отказу сборки, а только к снижению ее емкости. На рисунке показан частичный отказ одного из элементов, что приводит к соответствующему снижению емкости всего пакета.
Предупреждение. При параллельном соединении нескольких одинаковых источников с разными напряжениями ток течет от источника с наибольшим напряжением к источнику с наименьшим напряжением.
Особенности последовательного соединения АКБ
Последовательное соединение батарей не является сложной задачей. Положительная сторона первой батареи подключается к положительной стороне цепи, отрицательная сторона первой батареи подключается к положительной стороне второй батареи и так далее. Отрицательный полюс последней батареи подключен к отрицательному полюсу цепи. Перед последовательным соединением батарей убедитесь, что их параметры идентичны.
типы (U — напряжение, I — ток, C — мощность, E — электроэнергия):
Схема
Последовательно соединенные аккумуляторы
Емкость системы
Емкость последовательно соединенной батареи равна емкости одного элемента, а напряжения элементов складываются. На схеме показано, например, как соединить батареи последовательно. В этом случае напряжение батареи увеличивается в четыре раза (12*4 = 48 В), а емкость остается прежней: 200 Ач.
Для чего используется
Различные устройства имеют разные диапазоны напряжения. Однако рабочее напряжение электрических батарей варьируется от 0,5 В до 48 В. Если для электроприборов, электроприводов, автомобильных стартеров необходим источник энергии с автономным питанием, для этой цели генерируется более высокое рабочее напряжение. Это делается путем последовательного соединения батарей.
Простейшим примером такого соединения является факел. Чем ниже напряжение фонаря, тем слабее лампочка. Эта система обычно используется в свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторах. Отдельные ячейки в них называются банками и соединены между собой в общем корпусе свинцовыми стержнями. В аккумуляторных инструментах и электровелосипедах используются литий-ионные батареи.
Особенности параллельного соединения АКБ
Так две батареи соединяются параллельно: Положительная клемма каждой ячейки соединена с положительной клеммой следующей, а отрицательная клемма — с отрицательной.
типы (U — напряжение, I — ток, C — мощность, E — электроэнергия):
Схема
Параллельное подключение батарей
Емкость системы
При параллельном соединении батарей можно увеличить емкость системы без увеличения напряжения. Например, если три одинаковых аккумулятора соединены параллельно по приведенной выше схеме, напряжение аккумулятора составляет 12 В, а емкость — 600 Ач (200 Ач * 3).
Для чего используется
Наиболее распространенным применением параллельного соединения батарей является аварийное электроснабжение или источник бесперебойного питания. Параллельное соединение батарей обеспечивает более высокую емкость и поэтому используется также для тяжелой техники и автомобильных двигателей. Этот тип соединения также распространен на флоте: он позволяет использовать аварийные системы связи и жизнеобеспечения, освещение и вспомогательные дизельные двигатели.
Особенности последовательно-параллельного соединения АКБ
При таком подходе батареи подключаются одновременно последовательно и параллельно. Возможны два варианта:
- Сначала создается необходимое напряжение путем последовательного соединения батарей. Затем из нескольких таких узлов собирается система с необходимой электрической мощностью.
- Сначала батареи соединяются параллельно для увеличения емкости, затем напряжение увеличивается путем последовательного соединения узлов.
Схема
Последовательное и параллельное подключение батарей
Емкость системы
В этом случае увеличивается как мощность, так и напряжение. В схеме примера две батареи были соединены последовательно, чтобы получить две батареи с емкостью 200 Ач и напряжением 24 В, а затем все батареи были соединены параллельно. Это позволило сохранить напряжение на уровне 24 В и увеличить емкость до 400 Ач.
Для чего используется
Чаще всего он используется для питания электромобилей. Литиевые батареи — это батареи для ноутбуков. Четыре последовательно соединенных элемента на 3,6 В обеспечивают напряжение 14,4 В, а два параллельных элемента — емкость 4800 мАч.
ВАЖНО: Выберите правильные кабели для правильного подключения батареи. Помните, что с увеличением мощности увеличивается и сила тока. Лучше всего использовать самозатягивающиеся или невоспламеняющиеся кабели.
Типичное применение находят в мобильных телефонах и планшетах, которые часто питаются от одного литий-ионного элемента напряжением 3,6 В. Другие распространенные области применения включают часы, игрушки и все виды мелкой бытовой электроники.
Зарядка при параллельном подключении
При параллельном соединении батарей зарядка характеризуется тем, что необходимо передавать большой зарядный ток. Это объясняется следующими моментами:
- При параллельной зарядке установленной батареи сначала восстанавливается поверхность и только потом нижние слои.
- В конце процесса зарядки рекомендуется уменьшить величину применяемого тока. Слишком высокое значение в конце процесса может привести к закипанию электролита. Эта химическая реакция приводит к разложению серной кислоты.
Обычные свинцово-кислотные источники питания выдерживают несколько циклов зарядки. В этом случае срок службы сокращается. Рекомендуется использовать рекомендованные зарядные устройства для обеспечения необходимой энергии во время подзарядки. Если разные или одни и те же батареи подключены параллельно, общий ток не должен превышать указанный предел.
Комбинированный метод
В некоторых случаях может потребоваться одновременное увеличение емкости и напряжения батареи. Это достигается двумя комбинированными методами соединения:
- Сначала несколько батарей соединяются последовательно. Таким образом, достигается требуемое рабочее напряжение. Второй шаг — параллельное соединение нескольких батарей, которое достигается путем их последовательного соединения. Для достижения необходимой мощности несколько контуров соединяются последовательно.
- Во втором методе батареи с необходимой емкостью поочередно соединяются параллельно, а затем последовательно для получения необходимого тока.
Комбинированный метод используется крайне редко, поскольку требует использования нескольких источников тока. Наиболее подходящие батареи выбираются с учетом их технического состояния, емкости и напряжения генерируемого тока.
В некоторых случаях может потребоваться одновременное увеличение емкости и напряжения батареи. Это достигается двумя комбинированными методами соединения:
Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?
Каждая электрическая система или устройство имеет омические потери: часть тока преобразуется в тепло, не совершая никакой полезной работы. Чем выше напряжение в электрической системе, тем меньше ток (при той же мощности), тем меньше омические потери и тем ниже стоимость системы. Другими словами, выгодно иметь высоковольтные электрические системы. Чем выше мощность системы, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольтной. Поэтому небольшие ИБП (несколько сотен ВА) обычно имеют батарею на 12 вольт (они дешевле), ИБП на несколько кВА используют десятки вольт напряжения батареи, а у мощных ИБП на десятки киловатт напряжение батареи может превышать 500 В.
Таким образом, цель использования аккумуляторов заключается в следующем
Иногда емкости батареи недостаточно, и ее необходимо увеличить. Иногда дешевле не заменять батарею большей емкости, а заменить ее батареей той же емкости, соединенной параллельно, чтобы удвоить общую емкость батареи.
Например, для увеличения времени автономной работы ИБП высокого класса Eaton Powerware 9130 один или несколько идентичных комплектов батарей подключаются параллельно с существующим комплектом батарей.
Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?
И хорошо известно, что внутреннее сопротивление батарей, изготовленных по одной и той же технологии, примерно обратно пропорционально емкости батареи. Поэтому, когда ток протекает через последовательный аккумулятор, свинцовые батареи с разной емкостью имеют разное напряжение. Опасно ли это для отдельных батарей и для всего блока батарей? Рассмотрите возможность разрядки и зарядки свинцово-кислотных батарей отдельно.
Предположим, вы заряжаете аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов емкостью 10 А*часов каждый и одного 12-вольтового свинцово-кислотного аккумулятора емкостью 8 А*часов. Все батареи разряжены в начале работы. Зарядное устройство должно применять алгоритм I-V зарядки с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (в среднем 13,8 В на батарею).
По данным производителя, при зарядке батареи постоянным током напряжение батареи изменяется в соответствии с диаграммой справа. В начале зарядки зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а общее напряжение батареи равно сумме напряжений отдельных батарей. Напряжение для каждой батареи можно определить по кривой зарядки (график зависимости напряжения батареи от времени, приведенный производителем в технических данных). В начале зарядки свинцово-кислотная батарея емкостью 8 Ач имеет напряжение около 12,3 В, а все батареи емкостью 10 Ач имеют напряжение около 12 В каждая. Совершенно безопасно начинать зарядку всех 8 батарей.
Через три или четыре часа напряжение батареи достигает предела 110 В. Это напряжение распределяется следующим образом: Батарея емкостью 10 А*час имеет напряжение чуть более 13,5 В, а батарея емкостью 8 А*час — более 15 В. Система рекомбинации газов, выделяющихся в этой батарее, больше не выдерживает нагрузки, предохранительные клапаны батареи открываются, батарея начинает терять воду, а вместе с ней и емкость. В то же время все батареи емкостью 10 А*час становятся недозаряженными. Следовательно, при зарядке свинцово-кислотных аккумуляторов батареи разной емкости, соединенные последовательно, все больше отклоняются друг от друга по своим параметрам — они «разбегаются».
Теперь рассмотрим разрядку того же комплекта из 8 свинцово-кислотных аккумуляторов током 1 А. Система должна быть настроена таким образом, чтобы при снижении напряжения до 84 В срабатывала защита от глубокого разряда и разряд прекращался. Начальное состояние всех свинцово-кислотных аккумуляторов — «полностью заряжен». Через 7-8 часов после начала разряда батарея емкостью 8 А*ч будет полностью разряжена. Его напряжение составит 10,5 В. Напряжение остальных батарей в это время составляет чуть более 11 В на каждой. Это означает, что общее напряжение батареи еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет около 10,5 * 7 + 11,1 = 88,2 В. Поэтому весь аккумуляторный блок продолжает разряжаться, включая батарею с длительным сроком службы 8А*час. Напряжение падает очень быстро, в то время как другие свинцовые батареи практически не разряжаются. При напряжении около 7 вольт система отключает заряд, но потом уже слишком поздно — батарея находится в состоянии глубокого разряда и потеряла часть своей емкости.
Можно ли соединять параллельно свинцовые аккумуляторы разной емкости?
При параллельном соединении свинцово-кислотных батарей нет опасности возникновения различных напряжений на клеммах батареи. Напряжение всех параллельно соединенных батарей одинаково в силу характера соединения. Это означает, что батареи, соединенные параллельно, не могут быть «разделены» — они разряжаются или заряжаются синхронно.
Однако свинцово-кислотные батареи ограничены не только по максимальному и минимальному напряжению, но и по силе тока. Например, для батареи CSB GP 1272 (GP1272) производитель указывает следующие пределы тока.
Максимальный ток разряда не должен превышать 100 A для батарей с клеммами 3/16″ (4,75 мм) и 130 A (18C) для батарей с клеммами 1/4″ (6,35 мм). Такой высокий ток через батарею с емкостью всего 7,2A*час также ограничен по времени: не более 5 с. Причина ограничения тока разряда очевидна: клеммы батареи не могут надежно пропускать больший ток (хотя сама батарея, вероятно, могла бы).
Если посмотреть на технические характеристики батарей разных производителей (не все из которых указывают максимально допустимый ток), то картина получается довольно неоднозначная. Для стационарных (промышленных) свинцово-кислотных батарей максимальный ток ограничен числовым значением (в амперах) от 5 до 25 от емкости батареи (в А*часах). Некоторые производители также указывают ток короткого замыкания (иногда с ограничением по времени 0,1 с) — он находится в числовом диапазоне от 15 до 70 емкости батареи (15C. 70C). В целом, свинцово-кислотная батарея может безопасно разряжаться очень высокими токами до десяти C, и чем короче время разряда, тем выше допустимый ток.
Производитель CSB GP 1272 (GP1272) не дает информации о максимальном токе зарядки, но рекомендует ограничить максимальный ток зарядки до 2,16 A (это соответствует 30% емкости батареи при 0,3C). Это ограничение не имеет абсолютно никакого отношения к емкости проводников (полюсов и решетчатых пластин батареи) — как мы уже знаем, проводники этой батареи могут проводить в 50 раз больший ток. К чему же относится это ограничение?
Когда свинцово-кислотный аккумулятор заряжается, сульфид свинца превращается в свинец или оксид свинца (в зависимости от того, где происходит реакция — на положительной или отрицательной пластине), а сера, входящая в состав сернокислого свинца, выделяется в электролит. Для эффективной работы электрохимической реакции заряда свинцово-кислотной батареи необходимо всегда добавлять свежий электролит на поверхность, где происходит реакция, и удалять продукты реакции (тот же электролит, но с большим количеством серы). Активная масса пластин свинцового аккумулятора имеет пористую структуру (это увеличивает активную поверхность и емкость свинцового аккумулятора). В открытой части активной поверхности очень легко вводить (и удалять) вещества, участвующие в реакции, но транспортировка свежего электролита вглубь пористой пластины затруднена — чем дальше вы удаляетесь от поверхности, тем более узкими и глубокими становятся поры. Поэтому в начале процесса зарядки свинцово-кислотного аккумулятора электрохимическая реакция происходит в основном на открытой поверхности пластин и только потом распространяется вглубь активной массы. В начале процесса зарядки батарея может спокойно принимать достаточно высокий зарядный ток — ведь более свежий электролит может быстро попасть на поверхность пластин. Однако, когда процесс зарядки проникает глубже в активную массу, зарядный ток необходимо уменьшить, иначе электролит будет разлагаться в результате электрохимической реакции зарядки аккумулятора (аккумулятор «закипит»). Свинцово-кислотный аккумулятор не выйдет из строя сразу, но он будет быстрее стареть и быстрее терять емкость.
Помните, что по мере увеличения пропускной способности вам понадобятся соединительные кабели с соответствующим сечением. Перед внесением изменений необходимо тщательно рассчитать все параметры. Мы уже писали о батареях выше; если вы подключите неправильные батареи, они будут уничтожены.
Варианты подключения аккумуляторов
Существует три системы для соединения батарей в сборку с нужными параметрами:
- Последовательно — сложите напряжения всех батарей,
- Параллельный — добавление емкости,
- Комбинировать последовательно-параллельно — для увеличения мощности и напряжения.
Все они имеют определенные характеристики, которые необходимо знать для обеспечения безопасности и длительной работы батарей и оборудования, которое они питают.
Основное требование для всех методов коммутации — избегать использования батарей разной технологии (например, нельзя одновременно подключать литий-ионные и никель-металлогидридные батареи).
Последовательное соединение аккумуляторов
Для обеспечения достаточного напряжения и приемлемого времени работы электрических устройств часто используются батареи, в которых аноды и катоды отдельных компонентов (частей) последовательно соединены проводящими дорожками.
Анод и катод внешних источников энергии являются общими положительной и отрицательной клеммами батареи. В батарее с последовательно соединенными элементами результирующее напряжение равно сумме напряжений используемых источников тока. Результирующая емкость батареи равна емкости самой слабой из подключенных батарей. При работе такой сборки через каждый элемент протекает одинаковый ток (как при зарядке, так и при разрядке).
Если шесть батарей с напряжением 1,2 В каждая и емкостью 1200 мАч соединить последовательно, то получится батарея 6×1,2 = 7,2 В с емкостью 1200 мАч.
Если в сборке используются элементы с разной емкостью, то элементы с меньшей емкостью имеют более высокое внутреннее сопротивление, чем остальные. Падение напряжения на них будет больше, что приведет к быстрому разряду более слабого элемента во время работы.
Более мощные батареи в блоке будут по-прежнему работоспособны, и блок будет продолжать работать. Это приводит к сильному разряду более слабой батареи, что сокращает срок ее службы и емкость.
При зарядке такой сборки более слабый аккумулятор заряжается раньше других элементов, но поскольку остальные еще не заряжены, зарядный ток продолжает проходить через них, вызывая перезарядку и перегрев. Это особенно опасно для батарей, содержащих литиевые соединения, поскольку они особенно подвержены перезарядке и высокой скорости разряда.
Это важно: в конечном счете, повторяющиеся сильные разряды и перезаряды слабого элемента быстро приведут к его выходу из строя. По этой причине элементы с одинаковой емкостью следует соединять последовательно. Этого можно достичь только при использовании источников питания одного производителя, желательно из одной партии.
Предпочтительно заряжать каждый элемент питания готовой батареи отдельно или использовать сбалансированный заряд с регулировкой напряжения (регулировкой тока) для каждого элемента.
Параллельное соединение аккумуляторов
В этом случае общий проводник соединяет все аноды, а другой проводник соединяет все катоды соединяемых батарей. Такая схема используется, когда требуется более высокая сила тока аккумуляторной батареи.
Меры предосторожности при подключении
При подключении аккумулятора необходимо соблюдать определенные меры предосторожности:
- Соблюдайте меры предосторожности при эксплуатации электрооборудования во избежание поражения электрическим током (главное — не создавать контур тока в теле человека):
- Соблюдайте полярность подключения,
- Не создавайте коротких замыканий,
- Не создавайте коротких замыканий, Не создавайте коротких замыканий, Не создавайте коротких замыканий, Не создавайте коротких замыканий, Не создавайте коротких замыканий, Не отключайте нагрузку при сборке батарей,
- подключать зарядное устройство к аккумулятору, когда он отключен от сети.
- Работу следует выполнять в соответствующей изолирующей одежде и обуви, без металлических предметов, которые могут упасть и замкнуть контакты,
- Не прикасайтесь к клеммам аккумулятора руками, особенно двумя руками к разным клеммам (это очень опасно при использовании высоковольтных, мощных аккумуляторов).
- Используйте специальные инструменты с изолированными деталями,
- Не работайте, если у вас плохое здоровье,
- учитывать токи, протекающие через батарею и нагрузку, и использовать подходящие проводники,
- При подключении компонентов к батарее убедитесь, что контакт надежен и изолирован от внешних воздействий,
- обеспечивают надежную защиту готовых батарей от короткого замыкания и попадания влаги,
- используйте батареи с такими же характеристиками и степенью износа,
- Внимательно проверьте установленную батарею на наличие ошибок переключения.
К чему могут привести ошибки при соединении АКБ
Чтобы избежать ошибок при подключении батарей, рекомендуется использовать специальные штекеры, исключающие ошибки переключения, например, Т-образные штекерные адаптеры. При неправильном подключении батарей к сборке могут быть допущены ошибки, которые могут привести к очень серьезным последствиям:
- Параллельное соединение создает короткое замыкание, что приводит к бурной химической реакции в аккумуляторах, которая может очень быстро привести к утечке электролита, деформации корпуса, пожару или даже взрыву,
- Последовательное соединение с неправильной полярностью размыкает цепь, но при подключении нагрузки обратный ток может протекать через неправильно подключенный элемент и разрушить его,
- Длительное короткое замыкание одной или нескольких батарей неизбежно сожжет изоляцию, расплавит проводники, вызовет бурные реакции внутри батареи, утечку электролита, деформацию корпуса и приведет к ожогам или взрыву,
- Если контакты замыкаются, батарея остается работоспособной, но электроды внутри батареи могут износиться, уменьшая емкость,
- Если используются проводники, не соответствующие рабочим токам, они перегреваются и плавят изоляцию, что может привести к короткому замыканию с соответствующими последствиями.
Вопросы или дополнения? Тогда напишите нам в комментариях, это сделает материал более полным и точным.
