Szeregowe i równoległe połączenie akumulatorów

Podczas pracy z autonomicznymi źródłami prądu często zdarza się sytuacja, gdy konieczne jest jednoczesne użycie kilku elementów połączonych w określony sposób. Wymaga to pewnej wiedzy na temat cech przepływu prądu w obwodach z kilkoma zasilaczami. W tym artykule omówiono niuanse różnych metod łączenia akumulatorów w akumulator kombinowany.

Po co podłączać baterie

Niektóre urządzenia samozasilające wymagają wartości prądu i napięcia, które trudno jest zapewnić przy pomocy dostępnych standardowych zasilaczy galwanicznych.

Z reguły jest to zapotrzebowanie na mocniejszy prąd wyjściowy, zwiększoną wartość napięcia lub pojemności. Aby rozwiązać te problemy, konieczne jest utworzenie różnych konfiguracji bieżących połączeń źródłowych, z których każda ma swoją własną charakterystykę.

Opcje podłączenia akumulatora

Istnieją trzy schematy połączeń akumulatorów w zespołach o wymaganych parametrach:

1. Szeregowy - dodaje się napięcie wszystkich akumulatorów;
2. Równolegle - pojemność się rozwija;
3. Połączone szeregowo-równoległe - w celu zwiększenia pojemności i napięcia.

Wszystkie mają pewne funkcje, które musisz znać, aby zapewnić bezpieczeństwo i długotrwałe działanie akumulatorów i urządzeń, które zasilają.

Głównym wymaganiem dla wszystkich metod przełączania jest wykluczenie użycia akumulatorów wytwarzanych różnymi technologiami w zespole (na przykład nie można jednocześnie podłączyć Li-ion i Ni-Mh).

Złącze szeregowe akumulatora

Aby zapewnić wystarczające napięcie i dopuszczalny czas działania urządzeń elektrycznych, często stosuje się baterie, w których anody i katody poszczególnych elementów (sekcji) są kolejno połączone przewodami.

Anoda i katoda skrajnych źródeł mocy powstałego połączonego akumulatora są jego wspólnym plusem i minusem. W przypadku akumulatora wykonanego z elementów połączonych szeregowo uzyskane napięcie jest równe sumie napięć zastosowanych źródeł prądu. Wynikowa pojemność powstałej baterii jest równa pojemności, która ma najsłabszy z podłączonych akumulatorów. Podczas działania takiego zespołu ten sam prąd przepływa przez każdy element (zarówno podczas ładowania, jak i podczas rozładowania).

Łącząc szeregowo sześć akumulatorów, z których każdy ma napięcie 1,2 wolta i pojemność 1200 mAh, uzyskany zostanie zespół 6x1,2 = 7,2 v o pojemności 1200 mAh.

Jeśli zespół użyje elementów o różnych pojemnościach, wówczas te, które mają mniejszą pojemność, będą miały wyższy opór wewnętrzny niż inne. Spadek napięcia na nich będzie większy, co doprowadzi do szybkiego rozładowania najsłabszego elementu w procesie.

Jednocześnie mocniejsze akumulatory zespołu będą nadal działać i zespół będzie działał dalej. Doprowadzi to do silnego rozładowania najsłabszego akumulatora, co zmniejszy jego zasoby i pojemność.

Podczas ładowania takiego zestawu najsłabszy akumulator jest ładowany przed innymi elementami, ale ze względu na fakt, że pozostałe nie zostały jeszcze naładowane, prąd ładowania będzie nadal przez niego przepływał, co doprowadzi do przeładowania i przegrzania.Jest to szczególnie niebezpieczne w przypadku akumulatorów zawierających związki litu ze względu na ich zwiększoną wrażliwość na przeładowanie i silne rozładowanie.

Ważne! Ostatecznie stale powtarzane wzmocnione rozładowywanie i ładowanie słabego elementu montażowego szybko doprowadzi do jego awarii. Dlatego w połączeniu szeregowym należy zastosować elementy o równej pojemności. Można to osiągnąć jedynie przy użyciu zasilaczy wyprodukowanych przez tego samego producenta, najlepiej z tej samej partii.

Lepiej jest ładować każde źródło zasilania zmontowanego akumulatora osobno lub zastosować ładowanie wyrównawcze z kontrolą napięcia (regulacja prądu) na każdym elemencie.

Równoległe połączenie akumulatora

W takim przypadku wszystkie anody są połączone jednym wspólnym przewodnikiem, a drugim są wszystkie katody podłączonych akumulatorów. Obwód ten jest wykorzystywany, gdy potrzebny jest zwiększony prąd akumulatora zbierającego.

Całkowita pojemność (dostarczany prąd) powstałego zestawu jest równa sumie pojemności (prądów przechodzących) podłączonych źródeł energii. Jego napięcie będzie równe napięciu elementu o największej sile elektromotorycznej i będzie takie samo na wszystkich źródłach powstałej baterii.

Przy równoległym podłączeniu sześciu akumulatorów, z których każdy ma napięcie 1,2 wolta i pojemność 1200 mAh, uzyskany zostanie zespół 1,2 v o pojemności 6 * 1200 = 7200 mAh.

Uwaga! Gdy kilka identycznych źródeł o różnym napięciu jest połączonych równolegle, prąd przepływa ze źródła o wyższym napięciu do elementu o niższym napięciu.

Ma to niszczycielski wpływ na te, które mają mniejszą pojemność. Ze względu na przepływ prądów nie wolno równolegle podłączać baterii jednorazowych, w których prowadzi to do ładowania ogniw o niższym napięciu, ich przegrzania, wycieku elektrolitu, a nawet wybuchu.

W przypadku równoległego połączenia źródła o dużym napięciu o małej pojemności z elementem o większej pojemności, ale o niższym napięciu, następuje zwarcie elektryczne słabej baterii przez niższy wewnętrzny opór silnego. Z tego powodu silny prąd płynie do słabego źródła, co prowadzi do jego stopniowego niszczenia.

W przypadku wysokiego napięcia na akumulatorze o większej pojemności występuje wymuszony ładunek słabego elementu, co również ma na niego szkodliwy wpływ. Na tej podstawie przed złożeniem baterii zaleca się wyrównanie napięć każdego z ogniw do tej samej wartości.

Ważne! Aby wyeliminować destrukcyjny efekt przepływających prądów, gdy akumulatory są połączone równolegle, należy zastosować akumulatory o tym samym napięciu.

Szeregowo-równoległe połączenie akumulatorów

Jeśli weźmiesz pod uwagę zasady łączenia akumulatorów w zespoły szeregowe i równoległe, możesz tworzyć złożone połączone opcje przy jednoczesnym użyciu obu metod. Pozwala to zwiększyć uzyskaną pojemność i napięcie, co jest szczególnie konieczne w autonomicznych systemach zasilania energią, pojazdach elektrycznych i innych urządzeniach o dużym zużyciu prądu elektrycznego.

Zestaw akumulatorów można zmontować na dwa sposoby:

1. Wymagana liczba zestawionych szeregowo zestawów o wymaganym napięciu jest kompilowana, a następnie łączy się je w jedną baterię za pomocą przełączania równoległego.
2. Baterie są tworzone z równolegle połączonymi bateriami o wymaganej pojemności, które są następnie kolejno przełączane, aż do ustawienia żądanego napięcia.

Ważne! Należy zrozumieć, że nawet jeśli przestrzegane są wszystkie zasady połączeń, nie można wybrać akumulatorów o absolutnie identycznych właściwościach. To nieuchronnie doprowadzi do nierównowagi wartości pojemności i napięcia, co z czasem doprowadzi do zwiększonego zużycia słabszych akumulatorów.

Środki ostrożności dotyczące połączenia

Przy wszystkich metodach podłączania akumulatora należy przestrzegać szeregu środków ostrożności:

• przestrzegaj środków bezpieczeństwa dotyczących działania instalacji elektrycznych, aby wykluczyć porażenie prądem (najważniejsze jest, aby nie tworzyć ścieżki prądu przez ludzkie ciało):
• obserwuj polaryzację połączenia;
• Nie twórz zwarć;
• podczas montażu akumulatorów odłącz od nich ładunek;
• podłącz ładowarkę do akumulatora, gdy jest on odłączony od sieci;
• prace należy wykonywać w odpowiedniej odzieży izolacyjnej i butach, bez metalowych przedmiotów, które mogłyby spaść i spowodować zwarcie styków;
• Nie dotykaj styków akumulatora rękami, szczególnie obiema rękami na różnych biegunach (jest to bardzo niebezpieczne w przypadku akumulatorów o dużym napięciu o wysokim napięciu);
• użyj specjalnego narzędzia z izolowanymi częściami;
• nie pracuj w złym stanie zdrowia;
• wziąć pod uwagę prądy przepływające przez akumulator zbierający oraz obciążenie i zastosować przewody odpowiednie dla przekroju;
• podłączając elementy do jednej baterii, należy zapewnić niezawodny i izolowany kontakt od wpływów zewnętrznych;
• w celu zapewnienia niezawodnej ochrony prefabrykowanych akumulatorów przed zwarciem i wilgocią;
• używaj baterii o tej samej charakterystyce i stopniu zużycia;
• dokładnie sprawdź zmontowany akumulator pod kątem błędów komutacji.

Co może powodować błędy podczas podłączania akumulatora

Aby wyeliminować błędy podczas podłączania akumulatorów, zaleca się stosowanie specjalnych złączy, które eliminują błędy przełączania, na przykład adapterów T-Plug. Jeśli akumulatory są podłączone nieprawidłowo w tym samym zespole, można popełnić błędy, które mogą prowadzić do bardzo poważnych konsekwencji:

• przy połączeniu równoległym powstaje zwarty obwód, w wyniku którego nastąpi gwałtowna reakcja chemiczna w akumulatorach, co bardzo szybko doprowadzi do wycieku elektrolitu, deformacji obudowy, pożaru, a nawet eksplozji;
• przy połączeniu szeregowym z niewłaściwą polaryzacją obwód jest otwarty, ale gdy podłączone jest obciążenie, przez niepoprawnie podłączony element może pojawić się prąd zwrotny, który go uszkodzi;
• z długim zwarciem jednej lub kilku baterii, zapłonem izolacji, stopieniem się przewodów, gwałtowną reakcją wewnątrz baterii, wyciekiem elektrolitu, deformacją obudowy, pożarem lub wybuchem jest nieunikniony;
• w przypadku krótkotrwałego zwarcia styków akumulator pozostanie sprawny, ale pogorszenie stanu elektrod wewnątrz akumulatora może spowodować zmniejszenie pojemności;
• przy stosowaniu przewodów nieprzeznaczonych do prądu roboczego przegrzają się, ich izolacja stopi się, co może doprowadzić do zwarcia i wynikających z tego konsekwencji.

Masz pytania lub masz coś do dodania? Napisz do nas o tym w komentarzach, dzięki czemu materiał będzie bardziej kompletny i dokładny.