Послідовне з’єднання акумуляторів | паралельне, схема, напруга

У цій статті ми розповімо про послідовному з’єднанні акумулятора. Окремі акумулятори виробляються у вигляді елементів з досить низьким, від 1,2 до 3,7 Вольт напругою, в залежності від технології. З метою збільшення потужності, окремі осередки збирають в батареї. Послідовне з’єднання акумуляторів збільшує напругу, паралельне – максимальний струм. Добре відомий автовласникам 12-вольта автомобільний акумулятор насправді складається з шести осередків по два вольта кожна, з’єднаних послідовно.

Типи акумуляторів, характеристики

Основні типи використовуваних в даний час акумуляторів наступні:

  • Cвинцово-кислотні;
  • нікель кадмієві NiCa;
  • нікель-метал-гидридні Ni-MH;
  • літієві Li-ion, Li-Fe.

Поодинокі свинцево-кислотні банки мають напругу 2В, нікель-кадмієві та металлогидрідниє – 1,2В, літієві 3,7.

Свинцеві батареї широко використовуються в автомобілях, пристроях безперебійного електроживлення, системах вітрової та сонячної енергетики. Основними перевагами є:

  • відносна дешевизна кіловат-години;
  • здатність працювати при низьких негативних температурах;
  • невибагливість до умов експлуатації та заряду.

Стаціонарні свинцеві акумулятори

Нікелеві джерела живлення застосовуються в портативних пристроях, але через невисокі показники потужності і маси, останнім часом активно витісняються літієвими.

Літієві батареї найбільш перспективна на сьогоднішній день технологія. Вони мають максимальну щільністю потужності. Це означає, що на одиницю об’єму і маси припадає більша, ніж у інших типів джерел запасається електрична потужність.

Коротко про головне:

  • висока швидкість заряду;
  • до 2000 циклів заряд / розряд;
  • здатні віддавати в навантаження струми 10-30C;
  • компактні габарити і низька маса.

Літієві батареї використовуються повсюдно, від джерел живлення портативної електроніки, до тягових батарей електромобілів і навіть надлегких літальних апаратів.

послідовне з’єднання

При послідовному підключенні виконується з’єднання полюсів акумуляторів в ланцюжок, при цьому негативний полюс попереднього з’єднується з позитивним полюсом наступного. Перший позитивний полюс стає «плюсом», останній негативний полюс стає «мінусом» зібраної схеми.

При такому способі з’єднання напруги (U) осередків складаються, загальну напругу батареї дорівнює сумі напруг всіх складових елементів:

Uзаг = UG1+UG2+UG3.

Відповідно, при використанні батарейок з різним потенціалом, сумарна напруга буде різним. Так, три елементи NiCa дадуть 3,6, а три літієвих – 11,1В.

Оскільки струм навантаження і заряду (I) буде протікати через всі складові частини послідовно, Iзаг = IG1= IG2= IG3.

паралельне з’єднання

Застосовується для збільшення максимального струму, що віддається джерелом енергії. При такому способі збирання однойменні полюси осередків з’єднуються між собою.

Загальний потенціал схеми має дорівнювати напрузі кожного окремого джерела Uзаг = UG1 =UG2 =UG3.

Сумарний струм навантаження буде складатися з струмів окремих елементів:

Iзаг = IG1+IG2+IG3.

комбінована схема

Застосовується якщо потрібно одночасно збільшити напругу і максимальний струм.

Дана схема може бути модифікована будь-яким іншим співвідношенням елементів для досягнення необхідної величини потужності.

Яскравим прикладом комбінованої схеми є джерело живлення електричного автомобіля Tesla Model S напругою 400В, ємністю 85 кВт / год. Батарея зібрана з окремих Li-ion циліндричних акумуляторів виробництва фірми Panasonic за комбінованою схемою: 16 блоків по 6 паралельних ланцюжків з 74 послідовно з’єднаних елементів. Всього використано близько 7000 батарейок.

особливості використання

При складанні тієї чи іншої схеми, бажано використовувати акумулятори однаковою технологією, ємності і напруги. Різниця номіналів призведуть до порушення режимів роботи окремих осередків.

Розглянемо ситуації, що виникають з батареями, зібраними з трьох елементів з різними номіналами: G1 = 10А / ч, G2 = 20А / ч, G3 = 15А / ч, які живлять навантаження струмом, величиною 1 ампер:

Ситуація №1, Елементи G1, G2, G3 з’єднані послідовно. В процесі роботи режим розряду проблем не викликає. Через 10 годин G1 розрядиться повністю, G2 – наполовину, G3 – на дві третини. При подальшому заряді, як було сказано вище, через весь ланцюжок протікає струм однієї величини. Зважаючи на наявність залишкового заряду одні елементи виявляться перезаряджені, інші недозаряжени.

Ситуація №2. Елементи G1, G2, G3 з’єднані паралельно. Подібно до випадку з послідовною схемою, робота в режимі розряду відбувається нормально. В процесі заряду кожен елемент прийме струм у відповідності зі своїм внутрішнім опором. Однак, елемент G2 з великим залишковим зарядом матиме більш високу напругу. Так як умовою закінчення зарядки в автоматичних зарядних пристроях (ЗУ) є певний рівень напруги, то як тільки G2 досягне точки відключення, заряд припиниться, а G1 і G3 залишаться недостатньо заряджені. Якщо ЗУ не відключається автоматично, можна продовжити зарядку до досягнення остаточного заповнення всіх елементів, але при цьому G2 і G3 виявляться перезарядження.

В обох ситуаціях нерівномірність зарядженості призведе до швидкого вичерпання ресурсу одного або декількох елементів, знадобиться їх заміна. Для реалізації нормальних зарядних режимів можна заряджати кожен осередок окремо, але це зажадає втричі більше часу, або наявності трьох зарядних пристроїв.

Слід мати на увазі, що з’єднувати паралельно різні по напрузі акумулятори категорично заборонено. Енергія від джерел з більш високим потенціалом буде перетікати в елементи з низькою напругою, викликаючи критичний розряд перших. Так, наприклад, не можна з’єднувати паралельно 1,2 вольт NiCa або NiMH c акумуляторами типу 18650, так як останні виконані по Li-ion технології і мають номінальну напругу 3,7 В, а критично низьким для них є рівень 2.7-3В.

Послідовно можна з’єднувати акумулятори будь-яких типів і ємностей, але тільки в режимі розряду, для живлення будь-якої навантаження. Нормально зарядити такий ланцюжок в зібраному вигляді не вдасться з описаних вище причин.

Навіть якщо всі компоненти батареї мають однакові номінали, з часом втрата ємності відбувається нерівномірно, що призводить до зміни режиму заряду. Якщо для інших типів джерел енергії це не дуже критично, то літієві акумулятори вельми чутливі навіть до невеликих відхилень від номінальних параметрів заряду. Недотримання регламенту різко скорочує термін служби акумулятора. Для усунення цієї проблеми для батарей на базі Li-ion і Li-Fe застосовують балансувальні зарядні пристрої. Таке ЗУ контролює стан кожного елемента окремо і не допускає перезаряда окремих осередків.

Послідовне і паралельне з’єднання акумуляторів: відео

Читайте також:

Ссылка на основную публикацию