Σειριακή και παράλληλη σύνδεση μπαταριών

Κατά τη λειτουργία αυτόνομων πηγών ρεύματος, συχνά παρατηρούνται καταστάσεις όταν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα διάφορα στοιχεία που συνδέονται με κάποιο τρόπο. Αυτό απαιτεί ορισμένες γνώσεις σχετικά με τα χαρακτηριστικά της ροής ρεύματος σε κυκλώματα με διάφορα τροφοδοτικά. Αυτό το άρθρο περιγράφει τις αποχρώσεις των διαφόρων μεθόδων σύνδεσης των μπαταριών σε μια συνδυασμένη μπαταρία.

Γιατί να συνδέσετε τις μπαταρίες

Ορισμένες συσκευές με αυτόνομη τροφοδοσία απαιτούν τιμές ρεύματος και τάσης που είναι δύσκολο να παρασχεθούν με τα διαθέσιμα πρότυπα γαλβανικά τροφοδοτικά.

Κατά κανόνα, αυτή είναι η ανάγκη για ένα πιο ισχυρό ρεύμα εξόδου, μια αυξημένη τιμή τάσης ή χωρητικότητας. Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, απαιτείται η δημιουργία διαφόρων συνθέσεων συνδέσεων πηγών ρεύματος, καθένα από τα οποία έχει τα δικά του χαρακτηριστικά.

Επιλογές σύνδεσης μπαταρίας

Υπάρχουν τρία διαγράμματα σύνδεσης μπαταριών σε συγκροτήματα με τις απαιτούμενες παραμέτρους:

1. Serial - προστίθεται η τάση όλων των μπαταριών.
2. Παράλληλα - αναπτύσσεται η ικανότητα.
3. Συνδυασμένη παράλληλη σειρά - για αύξηση της χωρητικότητας και της τάσης.

Όλα αυτά έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά που πρέπει να γνωρίζετε για να εξασφαλίσετε την ασφάλεια και τη μακροπρόθεσμη λειτουργία των μπαταριών και των συσκευών που τροφοδοτούν.

Η βασική απαίτηση για όλες τις μεθόδους μεταγωγής είναι να αποκλείεται η χρήση μπαταριών που κατασκευάζονται από διαφορετικές τεχνολογίες στη συναρμολόγηση (για παράδειγμα, το Li-ion και το Ni-Mh δεν μπορούν να συνδεθούν ταυτόχρονα).

Σειριακή σύνδεση μπαταρίας

Για να εξασφαλιστεί επαρκής τάση και αποδεκτός χρόνος λειτουργίας των ηλεκτρικών συσκευών, συχνά χρησιμοποιούνται μπαταρίες στις οποίες οι άνοδοι και οι κάθοδοι των μεμονωμένων στοιχείων (τμημάτων) αλληλοσυνδέονται διαδοχικά με αγωγούς.

Η άνοδος και η κάθοδος των ακραίων πηγών ενέργειας της προκύπτουσας συνδυασμένης μπαταρίας είναι το κοινό συν και μείον της. Για μια μπαταρία που αποτελείται από σειριακά συνδεδεμένα στοιχεία, η προκύπτουσα τάση είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων των χρησιμοποιούμενων πηγών ρεύματος. Η προκύπτουσα χωρητικότητα της προκύπτουσας μπαταρίας είναι ίση με εκείνη που έχει την ασθενέστερη από τις συνδεδεμένες μπαταρίες. Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας ενός τέτοιου συγκροτήματος, το ίδιο ρεύμα ρέει διαμέσου κάθε στοιχείου (και κατά τη διάρκεια της φόρτισης και κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης).

Συνδέοντας έξι συστοιχίες σε σειρά, κάθε μία από τις οποίες έχει τάση 1,2 βολτ και χωρητικότητα 1200 mAh, θα επιτευχθεί ένα συγκρότημα 6x1,2 = 7,2 v με χωρητικότητα 1200 mAh.

Εάν η συναρμολόγηση θα χρησιμοποιεί στοιχεία με διαφορετικές ικανότητες, τότε αυτά που έχουν μικρότερη χωρητικότητα θα έχουν υψηλότερη εσωτερική αντίσταση σε σύγκριση με άλλα. Η πτώση τάσης σε αυτά θα είναι μεγαλύτερη, πράγμα που θα οδηγήσει σε γρήγορη απόρριψη του πιο αδύναμου στοιχείου στη διαδικασία.

Ταυτόχρονα, πιο ισχυρές μπαταρίες συναρμολόγησης θα λειτουργούν ακόμη και θα λειτουργήσει το συγκρότημα. Αυτό θα οδηγήσει σε ισχυρή απόρριψη της πιο αδύνατης μπαταρίας, η οποία θα μειώσει τους πόρους και την παραγωγική της ικανότητα.

Κατά τη φόρτιση ενός τέτοιου συγκροτήματος, η ασθενέστερη μπαταρία φορτίζεται πριν από άλλα στοιχεία, αλλά λόγω του γεγονότος ότι τα άλλα δεν έχουν φορτιστεί, το ρεύμα φόρτισης θα συνεχίσει να ρέει μέσα από αυτό, γεγονός που θα οδηγήσει σε υπερφόρτιση και υπερθέρμανση.Αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο για τις μπαταρίες που περιέχουν ενώσεις λιθίου λόγω της αυξημένης ευαισθησίας τους στην υπερφόρτιση και την ισχυρή απόρριψη.

Σημαντικό! Τελικά, μια συνεχώς επαναλαμβανόμενη ενισχυμένη εκφόρτιση και επαναφόρτιση ενός ασθενούς στοιχείου συναρμολόγησης θα οδηγήσει γρήγορα στην αποτυχία του. Επομένως, σε σειρά σύνδεσης, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται στοιχεία ίσης χωρητικότητας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση τροφοδοτικών που κατασκευάζονται από τον ίδιο κατασκευαστή, κατά προτίμηση από την ίδια παρτίδα.

Είναι καλύτερο να φορτίζετε ξεχωριστά κάθε πηγή τροφοδοσίας της μπαταρίας συλλογής ή να χρησιμοποιείτε φορτιστή εξισορρόπησης με έλεγχο τάσης (ρύθμιση ρεύματος) σε κάθε στοιχείο.

Παράλληλη σύνδεση μπαταρίας

Σε αυτή την περίπτωση, όλες οι ανόδους συνδέονται με έναν κοινό αγωγό και με την άλλη είναι όλες οι καθόδους συνδεδεμένων συσσωρευτών. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται όταν απαιτείται αυξημένη ένταση της μπαταρίας συλλογής.

Η συνολική χωρητικότητα (παρεχόμενο ρεύμα) του προκύπτοντος συγκροτήματος ισούται με το άθροισμα των ικανοτήτων (ρεύματα διέλευσης) των συνδεδεμένων πηγών ισχύος. Η τάση του θα είναι ίση με την τάση του στοιχείου με τη μεγαλύτερη ηλεκτροκινητική δύναμη και θα είναι η ίδια σε όλες τις πηγές της προκύπτουσας μπαταρίας.

Με παράλληλη σύνδεση έξι μπαταριών, κάθε μία από τις οποίες έχει τάση 1,2 volt και χωρητικότητα 1200 mAh, θα επιτευχθεί ένα σύνολο 1,2V με χωρητικότητα 6 * 1200 = 7200 mAh.

Προσοχή! Όταν συνδέονται παράλληλα πολλές πανομοιότυπες πηγές με διαφορετική τάση, το ρεύμα ρέει από πηγή με υψηλότερη τάση σε στοιχείο με χαμηλότερη τάση.

Αυτό έχει καταστροφικές συνέπειες για όσους έχουν λιγότερη χωρητικότητα. Λόγω της ροής των ρευμάτων, απαγορεύεται η σύνδεση παράλληλων συσσωρευτών μίας χρήσης, με αποτέλεσμα τη φόρτιση των κυττάρων με χαμηλότερη τάση, την υπερθέρμανση τους, τη διαρροή ηλεκτρολύτη ή ακόμη και την έκρηξη.

Στην περίπτωση μιας παράλληλης σύνδεσης μιας πηγής με μεγάλη τάση μικρής χωρητικότητας σε ένα στοιχείο μεγαλύτερης χωρητικότητας, αλλά με χαμηλότερη τάση, ένα ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα αδύναμης μπαταρίας λαμβάνει χώρα μέσω μιας χαμηλότερης εσωτερικής αντίστασης ενός ισχυρού. Εξαιτίας αυτού, ένα ισχυρό ρεύμα ρέει σε μια αδύναμη πηγή, η οποία οδηγεί στη σταδιακή καταστροφή του.

Στην περίπτωση υψηλής τάσης σε μια μπαταρία με μεγαλύτερη χωρητικότητα, συμβαίνει ένα φορτισμένο φορτίο ενός αδύναμου στοιχείου, το οποίο επίσης έχει επιζήμια επίδραση σε αυτό. Με βάση αυτό, προτού συναρμολογήσετε τη μπαταρία, συνιστάται να εξισώνετε τις τάσεις των κυψελίδων τους στην ίδια τιμή.

Σημαντικό! Για να αποφευχθεί η καταστροφική επίδραση των υπερχειλιστικών ρευμάτων όταν οι μπαταρίες είναι συνδεδεμένες παράλληλα, πρέπει να χρησιμοποιηθούν μπαταρίες με την ίδια τάση.

Σειριακή παράλληλη σύνδεση μπαταριών

Αν λάβετε υπόψη τους κανόνες σύνδεσης των συσσωρευτών σε σειριακά και παράλληλα συγκροτήματα, μπορείτε να δημιουργήσετε σύνθετες συνδυασμένες επιλογές με ταυτόχρονη χρήση και των δύο μεθόδων. Αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε την προκύπτουσα χωρητικότητα και τάση, η οποία είναι ιδιαίτερα απαραίτητη σε αυτόνομα συστήματα παροχής ενέργειας, ηλεκτρικά οχήματα και άλλες συσκευές με μεγάλη κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος.

Η συνδυασμένη μπαταρία μπορεί να συναρμολογηθεί με δύο τρόπους:

1. Ο απαιτούμενος αριθμός σειριακά συναρμολογημένων συγκροτημάτων με την απαιτούμενη τάση καταρτίζεται και στη συνέχεια συνδυάζονται σε μία μόνο μπαταρία χρησιμοποιώντας παράλληλη μεταγωγή.
2. Οι μπαταρίες δημιουργούνται με παράλληλες συνδεδεμένες μπαταρίες της απαιτούμενης χωρητικότητας, οι οποίες στη συνέχεια μεταβάλλονται διαδοχικά μέχρι να ρυθμιστεί η επιθυμητή τάση.

Σημαντικό! Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι ακόμα και αν τηρούνται όλοι οι κανόνες σύνδεσης, είναι αδύνατο να επιλέξετε μπαταρίες με απόλυτα πανομοιότυπα χαρακτηριστικά. Αυτό θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε μια ανισορροπία στις τιμές χωρητικότητας και τάσης, οι οποίες με την πάροδο του χρόνου θα οδηγήσουν σε αυξημένη φθορά των ασθενέστερων μπαταριών.

Προφυλάξεις σύνδεσης

Με όλες τις μεθόδους σύνδεσης της μπαταρίας πρέπει να τηρούνται ορισμένες προφυλάξεις:

• τηρήστε τα μέτρα ασφαλείας για τη λειτουργία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων για να αποκλείσετε την ηλεκτροπληξία (το κύριο πράγμα δεν είναι να δημιουργήσετε μια διαδρομή ρεύματος μέσω του ανθρώπινου σώματος):
• παρατηρήστε την πολικότητα της σύνδεσης.
• Μην δημιουργείτε βραχυκύκλωμα.
• κατά τη συναρμολόγηση των μπαταριών, αποσυνδέστε το φορτίο από αυτά.
• συνδέστε το φορτιστή στην μπαταρία όταν αποσυνδεθεί από το δίκτυο.
• οι εργασίες θα πρέπει να διεξάγονται σε κατάλληλα μονωτικά ρούχα και παπούτσια, χωρίς μεταλλικά αντικείμενα που θα μπορούσαν να πέσουν και να βραχυκυκλώσουν τις επαφές.
• Μην αγγίζετε τα τερματικά της μπαταρίας με τα χέρια σας, ειδικά με δύο χέρια σε διαφορετικούς πόλους (αυτό είναι πολύ επικίνδυνο στις ισχυρές μπαταρίες με υψηλή τάση).
• χρησιμοποιήστε ένα ειδικό εργαλείο με μονωμένα μέρη.
• δεν εργάζονται σε κακή υγεία?
• λαμβάνουν υπόψη τα ρεύματα που διέρχονται από τη μπαταρία συλλογής και το φορτίο και χρησιμοποιούν αγωγούς κατάλληλους για τη διατομή.
• όταν συνδέετε τα στοιχεία σε μία μπαταρία, εξασφαλίστε αξιόπιστη και απομονωμένη επαφή από εξωτερικές επιδράσεις.
• για την αξιόπιστη προστασία των προκατασκευασμένων μπαταριών από βραχυκύκλωμα και υγρασία.
• χρήση μπαταριών με τα ίδια χαρακτηριστικά και βαθμό φθοράς.
• ελέγξτε προσεκτικά τη συναρμολογημένη μπαταρία για σφάλματα μεταγωγής.

Τι μπορεί να προκαλέσει σφάλματα κατά τη σύνδεση της μπαταρίας

Για την εξάλειψη σφαλμάτων κατά τη σύνδεση των μπαταριών, συνιστάται η χρήση ειδικών συνδέσμων που εξαλείφουν σφάλματα μεταγωγής, για παράδειγμα προσαρμογείς T-Plug. Εάν οι μπαταρίες είναι συνδεδεμένες λανθασμένα στο ίδιο συγκρότημα, μπορούν να γίνουν λάθη που μπορούν να οδηγήσουν σε πολύ σοβαρές συνέπειες:

• με μια παράλληλη σύνδεση, σχηματίζεται ένα βραχυκυκλωμένο κύκλωμα, με αποτέλεσμα να εμφανιστεί βίαιη χημική αντίδραση στις μπαταρίες, η οποία πολύ γρήγορα θα οδηγήσει σε διαρροή ηλεκτρολύτη, παραμόρφωση του περιβλήματος, πυρκαγιά ή ακόμη και έκρηξη.
• όταν συνδέεται σε σειρά με λανθασμένη πολικότητα, το κύκλωμα είναι ανοικτό, αλλά όταν το φορτίο είναι συνδεδεμένο, μπορεί να εμφανιστεί αντίστροφο ρεύμα μέσω του εσφαλμένα συνδεδεμένου στοιχείου, το οποίο θα το βλάψει.
• με μακρύ βραχυκύκλωμα μιας ή περισσοτέρων μπαταριών, ανάφλεξη της μόνωσης, τήξη αγωγών, βίαιη αντίδραση στο εσωτερικό της μπαταρίας, διαρροή ηλεκτρολύτη, παραμόρφωση του περιβλήματος, πυρκαγιά ή έκρηξη είναι αναπόφευκτη.
• με ένα βραχυχρόνιο βραχυκύκλωμα των επαφών, η μπαταρία θα παραμείνει λειτουργική, αλλά η φθορά της κατάστασης των ηλεκτροδίων μέσα στην μπαταρία, μπορεί να συμβεί μείωση της χωρητικότητας.
• όταν χρησιμοποιείτε αγωγούς που δεν είναι σχεδιασμένοι για ρεύματα εργασίας, θα υπερθερμανθούν, η μόνωση τους θα λιώσει, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε βραχυκύκλωμα και τις συνακόλουθες συνέπειες.

Έχετε ερωτήσεις ή έχετε κάτι να προσθέσετε; Στη συνέχεια, γράψτε μας σχετικά με τα σχόλια, αυτό θα κάνει το υλικό πιο πλήρες και ακριβές.