Sériové a paralelní připojení baterií

Při provozu autonomních zdrojů proudu se často setkávají situace, kdy je nutné současně použít několik prvků, které jsou určitým způsobem spojeny. To vyžaduje určité znalosti o vlastnostech proudu v obvodech s několika napájecími zdroji. Tento článek popisuje nuance různých metod připojení baterií do kombinované baterie.

Proč připojit baterie

Některá zařízení s vlastním napájením vyžadují aktuální a napěťové hodnoty, které je obtížné zajistit pomocí dostupných standardních galvanických zdrojů napájení.

Zpravidla je to potřeba výkonnějšího výstupního proudu, zvýšené hodnoty napětí nebo kapacitance. K vyřešení těchto problémů je třeba vytvořit různé konfigurace současných připojení zdrojů, z nichž každá má své vlastní charakteristiky.

Možnosti připojení baterie

Existují tři schémata zapojení baterií v sestavách s požadovanými parametry:

1. Sériové - je přidáno napětí všech baterií;
2. Paralelní - kapacita se rozvíjí;
3. Kombinovaná sériově paralelní - ke zvýšení kapacity a napětí.

Všechny mají určité funkce, které musíte znát, abyste zajistili bezpečnost a dlouhodobý provoz baterií a zařízení, která napájí.

Hlavním požadavkem pro všechny způsoby přepínání je vyloučit použití baterií vyrobených různými technologiemi v sestavě (například Li-ion a Ni-Mh nelze připojit současně).

Sériové připojení baterie

Aby se zajistilo dostatečné napětí a přijatelná doba provozu elektrických spotřebičů, často se používají baterie, ve kterých jsou anody a katody jednotlivých prvků (sekcí) navzájem propojeny vodiči.

Anoda a katoda extrémních zdrojů energie výsledné kombinované baterie jsou společné plus a mínus. U baterie vyrobené ze sériově zapojených prvků se výsledné napětí rovná součtu napětí použitých proudových zdrojů. Výsledná kapacita výsledné baterie se rovná kapacitě, která má nejslabší z připojených baterií. Během provozu takové sestavy protéká každý prvek stejným proudem (jak během nabíjení, tak během vybíjení).

Připojením šesti baterií v sérii, z nichž každá má napětí 1,2 voltu a kapacitu 1200 mAh, získá se sestava 6x1,2 = 7,2 v s kapacitou 1200 mAh.

Pokud bude sestava používat prvky s odlišnou kapacitou, pak ty, které mají nižší kapacitu, budou mít vyšší vnitřní odpor ve srovnání s ostatními. Úbytek napětí v nich bude větší, což povede k rychlému vybití nejslabšího prvku v procesu.

Současně budou stále funkční výkonnější montážní baterie a montáž bude provozována. To povede k silnému vybití nejslabší baterie, což sníží její zdroje a kapacitu.

Při nabíjení takové sestavy je nejslabší baterie nabita před jinými prvky, ale vzhledem k tomu, že ostatní dosud nebyly nabity, nabíjecí proud bude dále proudit, což povede k přebíjení a přehřátí.To je zvlášť nebezpečné pro baterie, které obsahují sloučeniny lithia kvůli jejich zvýšené citlivosti na přebití a silnému vybití.

Důležité! Nakonec neustále opakované zesílené vybíjení a dobíjení slabého montážního prvku rychle povede k jeho selhání. Proto by v sériovém zapojení měly být použity prvky se stejnou kapacitou. Toho lze dosáhnout pouze použitím napájecích zdrojů vyrobených stejným výrobcem, nejlépe ze stejné šarže.

Je lepší nabíjet každý zdroj energie sestavené baterie samostatně, nebo použít vyrovnávací náboj s regulací napětí (regulace proudu) na každém prvku.

Paralelní připojení baterie

V tomto případě jsou všechny anody spojeny jedním společným vodičem a na druhém jsou všechny katody připojených baterií. Tento obvod se používá, když je třeba zvýšit proud sběrné baterie.

Celková kapacita (dodaný proud) výsledné sestavy se rovná součtu kapacit (procházející proudy) připojených zdrojů energie. Jeho napětí bude stejné jako napětí prvku s největší elektromotorickou silou a bude stejné na všech zdrojích výsledné baterie.

Při paralelním připojení šesti baterií, z nichž každá má napětí 1,2 voltu a kapacitu 1200 mAh, bude získána sestava 1,2V s kapacitou 6 x 1200 = 7200 mAh.

Pozor! Když je paralelně připojeno několik identických zdrojů s různým napětím, proud teče ze zdroje s vyšším napětím do prvku s nižším napětím.

To má devastující účinek na ty, které mají menší kapacitu. Vzhledem k proudu proudů je zakázáno paralelně spojovat jednorázové baterie, ve kterých vede k nabíjení článků s nižším napětím, jejich přehřátí, úniku elektrolytu nebo dokonce explozi.

V případě paralelního připojení zdroje s velkým napětím malé kapacity k prvku s větší kapacitou, ale s nižším napětím, dojde ke zkratu slabé baterie prostřednictvím malého vnitřního odporu silné. Z tohoto důvodu proudí silný proud do slabého zdroje, což vede k jeho postupnému ničení.

V případě vysokého napětí na baterii s větší kapacitou dochází k vynucenému nabíjení slabého prvku, což má také škodlivý účinek. Na základě toho se před sestavením baterie doporučuje vyrovnat napětí všech jejích článků se stejnou hodnotou.

Důležité! Pro eliminaci destruktivního efektu přetékajících proudů při paralelním připojení baterií musí být použity baterie se stejným napětím.

Sériově paralelní zapojení baterií

Pokud vezmete v úvahu pravidla pro připojení baterií do sériových a paralelních sestav, můžete vytvořit komplexní kombinované možnosti se současným použitím obou metod. To vám umožní zvýšit výslednou kapacitu a napětí, což je zvláště nutné v autonomních systémech zásobování energií, elektrických vozidlech a dalších zařízeních s velkou spotřebou elektrického proudu.

Kombinovaná baterie může být sestavena dvěma způsoby:

1. Zkompiluje se požadovaný počet sériově zapojených sestav s požadovaným napětím a pak se spojí do jediné baterie pomocí paralelního přepínání.
2. Baterie se vytvářejí paralelně připojenými bateriemi o požadované kapacitě, které se postupně přepínají, dokud není nastaveno požadované napětí.

Důležité! Je třeba si uvědomit, že i když jsou dodržena všechna pravidla připojení, není možné vybrat baterie s naprosto stejnými charakteristikami. To nevyhnutelně povede k nevyváženosti kapacitních a napěťových hodnot, což v průběhu času povede ke zvýšenému opotřebení slabších baterií.

Upozornění na připojení

U všech způsobů připojení baterie je třeba dodržovat řadu bezpečnostních opatření:

• dodržovat bezpečnostní opatření pro provoz elektrických instalací, aby se vyloučil zásah elektrickým proudem (hlavní věcí není vytvoření proudové cesty lidským tělem):
• pozorovat polaritu spojení;
• Nevytvářejte zkraty;
• při montáži baterií je od nich odpojte;
• připojte nabíječku k baterii, když je odpojena od sítě;
• práce by měla být prováděna ve vhodném izolačním oděvu a obuvi, bez kovových předmětů, které by mohly spadnout a zkratovat kontakty;
• Nedotýkejte se terminálů baterií rukama, zvláště dvěma rukama na různých pólech (to je velmi nebezpečné u výkonných baterií s vysokým napětím);
• použijte speciální nástroj s izolovanými částmi;
• nepracujte ve špatném zdravotním stavu;
• brát v úvahu proudy procházející sběrnou baterií a zátěže a používat vodiče vhodné pro průřez;
• při připojení prvků do jedné baterie zajistěte spolehlivý a izolovaný kontakt od vnějších vlivů;
• zajistit spolehlivou ochranu prefabrikovaných baterií před zkratem a vlhkostí;
• používat baterie se stejnými charakteristikami a stupněm opotřebení;
• pečlivě zkontrolujte, zda v sestavené baterii nejsou chyby komutace.

Co může způsobit chyby při připojování baterie

Pro odstranění chyb při připojování baterií je vhodné použít speciální konektory, které eliminují chyby při přepínání, například adaptéry T-Plug. Pokud jsou baterie ve stejné sestavě nesprávně připojeny, mohou se vyskytnout chyby, které mohou mít velmi závažné následky:

• při paralelním připojení se vytvoří zkratovaný obvod, v důsledku čehož v bateriích dojde k prudké chemické reakci, která velmi rychle povede k úniku elektrolytu, deformaci skříně, požáru nebo dokonce k explozi;
• při sériovém zapojení se špatnou polaritou je obvod otevřený, ale při připojení zátěže se může přes nesprávně připojený prvek objevit zpětný proud, který jej poškodí;
• při dlouhém zkratu jedné nebo několika baterií je nevyhnutelné zapálení izolace, roztavení vodičů, prudká reakce uvnitř baterie, únik elektrolytu, deformace krytu, požár nebo výbuch;
• při krátkodobém zkratu kontaktů zůstane baterie funkční, ale ke zhoršení stavu elektrod uvnitř baterie může dojít ke snížení kapacity;
• při použití vodičů, které nejsou určeny pro pracovní proudy, dojde k jejich přehřátí, roztavení jejich izolace, což může vést ke zkratu a následným následkům.

Máte dotazy nebo máte co dodat? Pak nám o tom napište v komentářích, díky tomu bude materiál úplnější a přesnější.