Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания. Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов автомобильный


схема. Что дает параллельное соединение аккумуляторов?

Аккумуляторы обычно изготавливаются с прицелом на работу с определённой стандартизированной нагрузкой. Так, есть батареи, обеспечивающие функционирование микроконтроллеров – они обладают напряжением 5 В. Для работы с двигателями используются аккумуляторы, которые могут предоставить 12 В или 24 В. А что делать, если необходимо получить 60 В? Батарею с таким напряжением ещё попробуй найди. В таком случае нам может помочь соединение аккумуляторов параллельно. Что даёт такой ход? Какова схема такого подключения? Какие особенные аспекты этого хода есть? Как делается параллельное соединение аккумуляторов? Схема для этого действия как выглядит? Все эти, а также ряд других вопросов мы с вами и рассмотрим в рамках данной статьи.

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Итак, для начала обрисуем общую схему. Соединение аккумуляторов параллельно предусматривает такой подход, чтобы все положительные клеммы подсоединялись к определённой точке на электрической схеме, которая именуется плюсом. Подобное необходимо сделать и с отрицательными выводами. Только они подсоединяются к минусу. Зачем нам нужно такое делать? В конечном результате мы имеем напряжение, которое есть у одного аккумулятора (рассматривается ситуация, что у нас одинаковые батареи). Но вот емкость получившейся конструкции будет равна сумме этого параметра всех источников питания, которые есть в схеме. Электрическая энергия равна единичному значению, помноженному на количество устройств. Это, впрочем, не зависит от того, какое соединение используется – параллельное или последовательное.

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Результат таких действий мы рассмотрели. А почему нам может понадобиться соединение аккумуляторов параллельно? Любые электрические системы или устройства несут омические потери, когда часть энергии превращается в тепло и при этом не происходит полезная работа. Это из-за невозможности получения коэффициента полезного действия 100%. При этом из курса школьной физики можно вспомнить, что чем больше напряжение, тем меньше ток при той же мощности и менее значительные омические потери. Таким образом, чем более высоковольтные аккумуляторы мы используем, тем лучший результат получим. Но даже с таким подходом не всегда может хватать емкости одной батареи. В таком случае можно заменить её на аккумулятор повышенной емкости. Но это не всегда удобно, и иногда проще просто поставить ещё один источник питания и использовать параллельное соединение аккумуляторов, чтобы они дольше поддерживали какую-то систему.

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Параллельное соединение разных аккумуляторов не несёт в себе опасности, если рассматривать проблему с точки зрения напряжения. С клеммами батарей ничего страшного не сможет случиться. Разряд или заряд источников питания будет происходить синхронно в силу характера соединения. А вот если затронуть тему токов, то здесь уже немного сложнее. Так, необходимо позаботиться о том, чтобы он не превышал определённой величины, которая указывается непосредственно самим производителем.

Наиболее распространёнными являются показатели 100 А и 130 А. Причиной такого ограничения является то, что непосредственно клеммы не смогут передавать такой ток (хотя теоретически самому аккумулятору это под силу). Но это самый верх, который может быть только считанные секунды. Давайте рассмотрим более реалистический вариант использования.

Технические ограничения

Если посмотреть на технические характеристики разрешенной величины тока, то обычно здесь больших цифр не увидишь. Так, обычно нельзя допускать, чтобы соединялись вместе аккумуляторы, емкость которых разнится от 5 до 25 раз (это как правило). Более того, данный аспект необходимо внимательно изучить, поскольку возможным является даже короткое замыкание. Риск его возникновения находится в диапазоне 15-70 емкостей самого малого аккумулятора (зависит от марки и технической реализации). Грубо говоря, чем меньше времени они функционируют, тем с большим значением тока можно работать. Так, если разница между ними составляет 5 раз, то это значит, что они смогут функционировать всё время (теоретически). Но вот если мы работаем со 20-кратным различием, то желательно, чтобы счет был на секунды. Многие производители источников питания указывают пороговые значения тока для своей продукции. Например, 2,6 А.

Почему есть ограничения?

Давайте далее изучать тему про параллельное соединение аккумуляторов разной емкости. Ранее было указано, что производители рекомендуют ограничения в единицы Ампер, хотя на практике этот предел может быть превышен многократно. Почему так? Для этого рассмотрим само строение аккумулятора на примере свинцово-кислотной батареи. Такой выбор сделан благодаря распространенности источников питания данного типа.

Итак, для успешного протекания необходимой электрохимической реакции необходимо обеспечить её качественным электролитом. Важно также совершение процесса в верхних слоях и отвод продуктов. В этом значительным образом помогает активная масса пластин аккумулятора. Ведь благодаря ей легче подводится и отводится вещество, участвующее в реакции. Но по мере перемещения «ресурсных материалов» вниз всё начинает происходить медленнее. Активно сказывается и то, что в электролите появляется сера. Поэтому соединение аккумуляторов параллельно предпочтительным является только когда батарея заряжена. Чем ниже реальный показатель напряжения, тем опаснее работа источников питания разной емкости. Поэтому желательным является обеспечение своевременного питания. Лучше всего будет не давать емкости упасть меньше 1/3 номинала.

Особенности зарядки при параллельном соединении

Во время начала этого процесса предпочтительной является передача довольно большого зарядного тока. Ведь сначала будет восстанавливаться поверхность аккумулятора, а потом - нижние его слои. Одновременно с этим желательным является уменьшение тока, поскольку снижается интенсивность электрохимической реакции, вследствие чего из-за большого количества энергии может «закипеть» электролит (будет происходить его разложение).

Если рассматривать один из самых популярных типов аккумуляторов – свинцово-кислотный, то он при нарушении данного предписания вряд ли сразу выйдет из строя. Но вот срок его службы явно существенно сократится. Вообще, если говорить о зарядке источников питания, то стоит сконцентрировать внимание на том, что желательно пользоваться заводскими приборами. Если эксплуатировать что-то иное, то могут быть не учтены определённые аспекты (или неправильно приняты во внимание), что обернётся проблемами в будущем.

Об аккумуляторах и емкости

Давайте ещё углубимся в параллельное соединение разных аккумуляторов (а также одинаковых). Необходимо понимать, что если суммарный ток не будет превышать установленные ограничения, то проблем и опасностей не появится.

Давайте рассмотрим соединение двух аккумуляторов параллельно на 2 А, когда они из одной партии и заряжаются током 2*2= 4 А. Здесь нет опасностей, поскольку благодаря одинаковой конструкции токи будут разделяться пропорционально. И никакие рубежи не пересекутся.

А вот теперь давайте возьмем источники питания, где существует значительная разница. Когда ток превысит установленные производителем ограничения, то потечёт через аккумулятор, при том, что он не рассчитан на это. Думаем, говорить о результате не нужно. Это относится ко всем, а не только к свинцово-кислотным батареям. Даже если вы хотите сделать параллельное соединение аккумуляторов Li-Ion, которые считаются имеющими повышенную надежность, не пренебрегайте техникой безопасности.

Рассчитываем необходимые показатели

Итак, нам необходимо обеспечить значительную величину тока с применением параллельно соединённых элементов питания. Как узнать, что нам нужно? Для этого можно воспользоваться специальной формулой, которая сейчас и будет приведена:

Т=РТОЭП*КЭПОТ

А сейчас расшифровка формулы:

Т – ток, который получится. Необходимо, чтобы он совпадал с нужным результатом.

РТЕЭП – разрядный ток единицы элемента питания. То есть сколько может дать один аккумулятор.

КЭПОТ – количество элементов питания одного типа.

В радиолюбительской практике бывает сложно получить необходимые значения. Эта же формула сделает достижение цели более лёгким.

Ищем другие способы включения батарей

Мы уделили параллельному соединению аккумуляторов значительное внимание. Надеемся, что это поможет решить поставленные задачи. Но если во время ознакомления со статьей к вам пришла мысль, что описываемые здесь решения не подходят под какой-то конкретный случай, предлагаем ознакомиться со следующим:

  1. Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
  2. Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.

Заключение

Напоследок хочется дать немного напутствий. Прежде всего, соблюдайте технику безопасности. Также перед работой с аккумуляторами совсем не лишним будет ознакомление с инструкциями и рекомендациями, которые представляют их производители. Это позволит избежать ситуаций, которые могут негативно влиять на срок службы источников питания. Также соблюдайте особенную осторожность при работе с батареями, обеспечивающими значительные показатели. Ведь в таких случаях риск электротравмы становится весьма вероятным. Да и со слабыми элементами не нужно обращаться легкомысленно.

fb.ru

Схема подключения двух аккумуляторов.

Способы соединения двух аккумуляторов: последовательное и параллельное

Достаточно большое количество охотников, рыболовов и путешественников, в виду своего хобби, зачастую устанавливают на свои транспортные средства дополнительный аккумулятор. Это необходимо для того, чтобы энергия основного аккумулятора сохранялась, и в дальнейшем можно было уехать с места дислокации без приключений.

Зачем необходим второй аккумулятор ?

Областей применения второго аккумулятора великое множество:

  1. Обеспечение работы дополнительных электроприборов, необходимых для комфортного времяпрепровождения на природе (например таких как холодильник, световые приборы, музыкальное оборудование).
  2. Автомобиль, имеющий в своем оснащении электролебедку в любом случаи должен оснащаться периферийным аккумулятором.
  3. Автотранспорт представительского класса «по умолчанию» оснащаются видеоплеером, телевизором, кофеваркой, микроволновкой и прочими электроприборами, обеспечивающими повышенный комфорт при путешествии.
  4. Охранные системы видеонаблюдения, противоугонные системы, всевозможные радиосигнализации, а также устройства, предназначенные для активной защиты транспортного средства, также должны оснащаться своим отдельным элементом питания.

Как правильно соединить два аккумулятора?

Для успешного осуществления данной операции стоит следовать следующим советам:

  1. Необходимо, чтобы и первый и второй аккумулятор были в идеальном состоянии. Как известно, аккумуляторные батареи, после определенного числа циклов заряда и разряда, начинают портиться, приходить в негодность, и как следствие, быстрее разряжаться. Если подключить к новому аккумулятору старый, то старый аккумулятор будет «поглощать» энергию из нового, и в конечном итоге оба элемента питания будут разряжены. Это же, в свою очередь, не позволит завести силовой агрегат.
  2. Следует использовать коммутатор для второго аккумулятора. Это устройство позволит использовать энергию первого аккумулятора, но позволит сохранить заряд второй зарядной емкости. Это же позволит всегда оставаться уверенным в том, что можно будет спокойно «сесть и уехать».
  3. Для того, чтобы не пострадала электропроводка транспортного средства, стоит использовать более мощный генератор, или же установить еще один.
  4. Аккумуляторные батареи должны быть примерно одинаковой мощности, если же батареи будут разной мощности, то это может привести к выходу из строя элементов питания.
  5. Необходимо использовать короткие шнуры для соединения аккумуляторных батарей, тогда процесс работы этих аккумуляторов будет наиболее эффективным.

Итак, постаравшись соблюсти данные рекомендации, можно cделать свой досуг на природе, на рыбалке, в походе или на охоте поистине красочным и незабываемым.

Однако, нужно определиться со способами подключения двух аккумуляторов друг к другу.

Первый способ: последовательное соединение: перемычка накидывается на клеммы: своя перемычка на «минусовые», своя перемычка на «плюсовые», далее оставшиеся две «противоположные» клеммы двух аккумуляторов соединяются между собой, ну а «плюсовые» и «минусовые» провода подключаются к остальной электрической системе транспортного средства.

Второй способ: параллельное соединение: при данном виде соединения двух аккумуляторов, перемычка накидывается следующим образом: соединяются «минусовые» и «плюсовые» клеммы аккумуляторных батарей, далее отводятся от спаренных элементов питания провода, которые подключаются ко всей остальной электрической системе автомобиля.

После того, как аккумуляторы были подключены между собой, следует сделать установить между ними либо коммутатор, либо переключатель.

Этот шаг позволит использовать энергетический ресурс только одного аккумулятора. Например, при выключенном двигателе, будет работать свет автомобиля, или же аудиосистема.

Если же двигатель транспортного средства включен, то энергия, необходимая для работы электроприборов в автомобиле, вырабатывается особым генератором. Но, правда, гораздо сильнее тратится топливо в транспортном средстве, а это, в свою очередь, приводит к возникновению неимоверных расходов на топливо.

Заключение

Подытоживая вышесказанное, стоит сказать о том, что установка периферийного элемента питания в автомобиль, станет прекраснейшим решением. Теперь можно не бояться внезапной разрядки аккумулятора, и последующих проблем с получением искры для зажигания.

Но второй аккумулятор будет эффективен лишь тогда, когда он был установлен и соединен с первым в соответствии с общепризнанными рекомендациями и нормами. Неверно подключенные батареи, станут настоящей головной болью для автолюбителя. При выборе аккумулятора, необходимо ориентироваться не только на размер, емкость и бренд, а также четко понимать назначение аккумулятора и сферу его применения. Например существуют стартерные и тяговые аккумуляторы, предназначенные для разных целей.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru

Три схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт. В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений. Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока. Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В. Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами. Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически. Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников. Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры. Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя. Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:

Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

  • электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
  • рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
  • эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
  • сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

tcip.ru

О напряжении и ёмкости аккумуляторов. |

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12 В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2 В, и на 6 В, и на 12 В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.

Но стоит только указать после величины ёмкости, её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь ЭНЕРГОЁМКОСТЬ в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200 Ач?12 В , соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200 Ач?24 В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400 Ач?12 В. Проверим:

200 Ач?24 В = 480 = 400 Ач?12 В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1?С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400.

Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1?200 = 20 А, но при напряжении 24 В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20 А?24 В = 480 Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1?400 = 40 А, но при напряжении 12 В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40 А?12 В = 480 Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то например один аккумулятор 600 Ач?2 В, по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100 Ач?12 В.

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600 Ач?2 В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24 В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ. Общая итоговая ёмкость получится 600 Ач?24 В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200 Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух соединённых последовательно аккумуляторов):

(600 Ач?2В)?12 = 600 Ач?24 В = (200 Ач?24 В) + (200 Ач?24 В) + (200 Ач?24 В)

 

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему. Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов соединяющих аккумуляторы. Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5 В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому, что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора, электролит не успевает перемешиваться и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают. Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышаются.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

 

realsolar.ru

Соединение аккумуляторов - Мобильные Электросистемы

Параллельное и последовательное соединение

Последовательное соединение двух аккумуляторов. Емкость батареи остается без изменений, выходное напряжение увеличивается в два раза

Если вы используете больше одного аккумулятора, то через батарейные переключатели их можно подключить к цепи независимо, но можно соединить последовательно или параллельно.

При последовательном соединении положительную клемму одного аккумулятора соединяют с отрицательной клеммой другого, а нагрузку подключают к свободным положительной и отрицательным клеммам. Общая емкость последовательно соединенных аккумуляторов не меняется, а выходное напряжение увеличивается. Например, емкость батареи, состоящей из двух последовательно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов по 100 Ач каждый, останется 100 Ач, а напряжение увеличится до 24 Вольт.

Никогда не подключайте последовательно соединенные 12-вольтовые аккумуляторы к 12-вольтовой электрической системе — высокое напряжение повредит оборудование.

Параллельное соединение двух аккумуляторов. Напряжение на выходе батареи не меняется емкость увеличивается в два раза

При параллельном соединении, положительную клемму одного аккумулятора соединяют с положительной клеммой другого, затем соединяют между собой отрицательные клеммы и подключают к нагрузке. Напряжение батареи параллельно соединенных аккумуляторов не меняется, а емкость равняется сумме емкостей соединенных аккумуляторов.

Считается, что при параллельном подключении вышедшая из строя аккумуляторная ячейка может разряжать другие аккумуляторы, а небольшие токи, циркулирующие между аккумуляторами увеличивают уровень саморазряда. Из-за этого 12-вольтовую батарею иногда рекомендуют создавать из последовательно соединенные 6-вольтовых аккумуляторов большой емкости. А если они оказываются слишком тяжелыми, то использовать шесть последовательно соединенных 2-вольтовых аккумуляторов.

Соединяйте параллельно несколько аккумуляторов большой емкости, а не много маленьких аккумуляторов

Последовательно-параллельное соединение. По сравнению с одним аккумулятором напряжение и емкость батареи увеличивается в два раза

Однако при параллельном подключении отказ одной ячейки не ведет к выходу из строя всей батареи. Оборудование контроля позволяет обнаружить неисправный аккумулятор и удалить его. Емкость батареи уменьшится, но аккумуляторы продолжат работать.

Но если ячейка выходит из строя в последовательно соединенной батарее, то после удаления неисправного аккумулятора, напряжение в системе упадает на 6 или 2 вольта (в зависимости от того, из каких аккумуляторов собрана батарея).

Рекомендации по созданию аккумуляторных батарей

  • При последовательном и параллельном соединении все аккумуляторы должны быть одного типа, возраста и иметь одного производителя. Емкость аккумуляторов при последовательном подключении должна быть одинаковой, параллельно можно соединять между собой аккумуляторы разной емкости.
  • Если при последовательном подключении, один аккумулятор выходит из строя, в батарее необходимо менять все аккумуляторы. Если один аккумулятор выходит из строя при параллельном подключении, его удаляют, а оставшиеся используют до тех пор, пока они не выработают свой ресурс. После этого аккумуляторы заменяют.

Чтобы избежать преждевременного старения, не допускайте нагрева аккумуляторов. Повышении температуры на каждые 6 ° C свыше 20 С уменьшает срок службы наполовину. Устанавливайте аккумуляторы в хорошо проветриваемых, прохладных местах и оставляете воздушное пространство между ними, чтобы стимулировать тепловыделение.

Способы параллельного соединения

Существует несколько способов параллельного соединения аккумуляторов

Способ 1

Оборудование подключено к положительному и отрицательному полюсам крайнего аккумулятора.

Обычно аккумуляторы соединяют между собой медным кабелем сечением 35 мм2 с удельным сопротивлением около 0,0006 Ом на метр. Таким образом сопротивление кабеля длиной 20 см между аккумуляторами будет 0,00012 Ом. Это очень мало, но если добавить 0,0002 Ом для каждого соединения (клемма на кабеле, клемма на аккумуляторе и т.д), то сопротивление возрастет до 0.0015 Ом.

Если нагрузка распределена между аккумуляторами равномерно, то при потребляемом токе 100 ампер, каждый из четырех аккумуляторов отдает по 25 ампер. Однако в рассматриваемой схеме самый большой ток отдает нижний аккумулятор, а ток каждого следующего постепенно уменьшается.

Это происходит потому, что ток идущий от нижнего аккумулятора не встречает на своем пути никакого сопротивления кроме сопротивления кабеля к нагрузке. Ток от второго снизу аккумулятора дополнительно проходит через два соединительных провода, от второго снизу через четыре и от самого верхнего через шесть. Таким образом, вклад верхнего аккумулятора в общий ток гораздо меньше, чем нижнего.

Два способа подключения нагрузки к батарее параллельно соединенных аккумуляторов. Слева — неправильный. Справа правильный

Во время зарядки происходит тоже самое — нижний аккумулятор заряжается большим током чем верхний. Условия его работы тяжелее, и он выйдет из строя раньше.

Вычисления показывают, что при внутреннем сопротивлении аккумулятора 0,02 Ом, сопротивлении клемм 0,0015 Ом и нагрузке 100 ампер, возникает следующее распределение тока между аккумуляторами:

Нижний аккумулятор — 35,9 ампер.

Второй снизу — 26,2 ампер.

Третий снизу —  20,4 ампер.

Верхний аккумулятор —  17,8 ампер.

Таким образом, нижний аккумулятор обеспечивает вдвое больший ток чем верхний. Однако в два раза большая нагрузка нижнего аккумулятора не означает, что его срок службы вдвое меньше. По мере разряда нижнего аккумулятора, нагрузка перераспределяется между остальными тремя аккумуляторными батареями. Недостаток такого подключения в том, что батарея в целом эксплуатируется с огромным дисбалансом и стареет гораздо быстрее, чем при правильной балансировке.

Способ 2

При втором способе соединение аккумуляторов между собой остается прежним, но нагрузка подключается к разным аккумуляторам. Распределение тока в модифицированной батареи при нагрузке 100 А следующее:

Нижний аккумулятор –26,7 ампер.

Второй снизу —  23,2 А.

Третий снизу —  23,2 А.

Верхний аккумулятор — 26,7 ампер.

Улучшение по сравнению с первым методом существенное и аккумуляторы гораздо ближе к правильной балансировке.

Способ 3

Чем дороже тяговые аккумуляторы и чем ниже их внутреннее сопротивление, тем важнее точная балансировка. Для лучшего баланса необходимо, чтобы количество связей между каждым аккумулятором и нагрузкой было примерно одинаковым.

Еще один вариант параллельного соединения аккумуляторов.

В первом способе подключения ток от нижнего аккумулятора поступал в нагрузку без дополнительных соединений. Верхний аккумулятор имел 6 соединений. Во втором способе количество соединительных звеньев для верхнего и нижнего аккумуляторов уменьшилось до 3.

При третьем способе положительные клеммы каждого аккумулятора подключаются к общей шине. То же самое выполняют и для отрицательных полюсов. Длина проводников от аккумуляторных клемм до шины должна быть примерно одинаковой, в противном случае теряется одно из основных преимуществ такого способа подключения — равное сопротивление между каждым аккумулятором и нагрузкой.

Разница в результатах между третьим и вторым способом соединения намного меньше различий между 1-м и 2-м, но для 4-8 дорогостоящих аккумуляторов дополнительная работа может быть оправдана.

advanced-power.ru

Как зарядить два аккумулятора одновременно

Если у вас катер или дом на колесах, то в них установлено электрооборудование, которое вы используете с выключенным двигателем. На катере это помпа, лебедка, эхолоты или электромотор, а в автомобиле 12-вольтовые розетки, светодиодные фонари или холодильник.Подключать эти устройства к стартовому аккумулятору нельзя, он сядет и вы не заведете двигатель. Правильное решение — установить один или несколько дополнительных аккумуляторов глубокого разряда, не имеющих отношения к запуску двигателя.

Последовательно соединенные аккумуляторы

При последовательном соединении на клеммах батареи увеличивается напряжение, а емкость остается равной емкости каждого аккумулятора.

Два последовательно соединенных 12-вольтовых аккумулятора заряжают одним 24-вольтовым зарядным устройством. Аккумуляторы должны быть одного типа, возраста, емкости и желательно выпущены одним производителем.

Если аккумуляторы отличаются по возрасту, то емкость старого аккумулятора, скорее всего уже уменьшилась в процессе эксплуатации. Во время зарядки он зарядится раньше, а поскольку зарядное устройство попытается зарядить оставшийся, старый аккумулятор перезарядится, нагреется, давление в нем вырастет, начнется газообразование и разрушение активного материала пластин.

Износ старого аккумулятора продолжится под нагрузкой. При последовательном соединении, емкость слабых ячеек израсходуется в первую очередь, и если разрядка батареи продолжится до того, как разрядятся хорошие, напряжение на разряженных ячейках упадет до нуля, а затем полярность поменяется на противоположную (чаще всего это происходит в больших батареях) Последующий рост давления и температуры приведет к катастрофическим последствиям.

Кроме того, при замене одного из аккумуляторов в батарее на новый, состояние заряда у всех аккумуляторов должно оставаться одинаковым. Небольшая разница устраняется на стадии поглощения или выравнивания при зарядке, но большие отличия приводят перезарядке сильнее заряженного аккумулятора и интенсивному газообразованию из-за этого, а менее заряженный аккумулятор страдает из-за сульфатации и недозарядки. Выход из этой ситуации — проводить балансировку аккумуляторов.

Параллельно соединенные аккумуляторы

При параллельном соединении увеличивается емкость батареи, а напряжение сохраняется равным напряжению отдельных аккумуляторов. Зарядку батареи параллельно соединенных аккумуляторов выполняют 12-вольтовым зарядным устройством.

Подключенные параллельно аккумуляторы должны быть одного типа и возраста, а чтобы уменьшить падение напряжения их соединяют короткими кабелями большого сечения. При параллельном соединении увеличивается емкость батареи, а значит требуется более мощное зарядное устройство.

Устройства зарядки нескольких аккумуляторов

Если в электрической системе есть несколько разных по назначению аккумуляторов, то их соединяют между собой для зарядки одним из следующих способов.

Ручное переключение

Два аккумулятора поочередно используются как тяговые. Не используемый аккумулятор остается в резерве для запуска двигателя. Переключатель соединяет оба аккумулятора параллельно для зарядки. Аккумуляторы можно заряжать одновременно или отдельно, меняя положение переключателя.

Самый простой способ объединить для зарядки стартовый и тяговый аккумуляторы – использовать ручной переключатель рассчитанный на высокий ток. Во время работы двигателя переключатель соединяет аккумуляторы параллельно и генератор заряжает тяговый аккумулятор. После того, как двигатель остановлен, переключатель переводят в другое положение и разъединяют аккумуляторы.

В системе, состоящей из стартового и тягового аккумулятора, переключатель устанавливают так, как показано на рисунке. Чтобы не нарушать изолирующие функции, к переключателю не рекомендуется подсоединять дополнительную нагрузку со стороны аккумуляторов. Однако на практике поступают иначе. Для устройств, которые должны быть постоянно подключены – помпы, зарядного устройства переменного тока и генератора делают исключение.

Если генератор подсоединен к тяговому аккумулятору, то стартовый может заряжаться только когда переключатель находится в положении BOTH (Оба)

Если генератор подсоединен к переключателю со стороны нагрузки, то аккумуляторы можно заряжать вместе или по отдельности. Но поскольку генератор подключен к батареям через переключатель, то ему нужна защита. Перевод ручки переключателя во время работы двигателя в положении OFF, даст скачек напряжения и выведет из строя диоды выпрямителя.

При втором способе подключения опасности для генератора нет, однако два аккумулятора могут заряжаться только одновременно.

Четырехпозиционный переключатель, попеременно подключающий стартовый и тяговые аккумуляторы встречается на катерах очень часто. Однако, если заряжать два параллельно соединенных аккумулятора разного типа, например, гелевый и с жидким электролитом, то один из них будет постоянно перезаряжен, а другой недозаряжен и оба раньше времени выйдут из строя.

Кроме того, система с ручным переключателем не застрахована от человеческих ошибок. Если аккумуляторы во время работы генератора разъеденены, один из них не зарядится, а если оставить их соединенными после зарядки, оба разрядятся до уровня при котором нельзя завести двигатель.

Преимущества

  • Низкая стоимость
  • Простота и надежность
  • Если стартовый аккумулятор разряжен, легко подключить тяговый для запуска мотора

Недостатки

Батарейные изоляторы

Задача диодов при зарядке параллельно соединенных аккумуляторов не допустить разрядки аккумуляторов в друг друга

Изоляторы аккумуляторов используют свойство диодов пропускать ток только в одном направлении. Ток течет от генератора к обоим аккумуляторам, но изолятор препятствует протеканию тока между ними и предохраняет стартовый аккумулятор от разрядки во время работы тягового.

Самый большой недостаток батарейных изоляторов – падение напряжения между входом и выходом. Поскольку разница между полностью заряженным и разряженным 12-вольтовым аккумулятором — 0,8-1 вольт, то падение напряжения 0,6-1 вольт на диодах играет огромную роль для электросистемы и означает, что тяговые аккумуляторы никогда не получат максимального напряжения и не зарядятся полностью.

1-Напряжение на выходе с генератора 14.2 Вольта; 2 — Напряжение на входе в диодный изолятор. 3 — Напряжение на выходе с диодного изолятора; 4- Напряжение на клеммах тяговых аккумуляторов; 5,6 — Напряжение на стартовом аккумуляторе. Падение напряжения на стартовом аккумуляторе меньше, так как он всегда почти полностью заряжен и потребляемый им ток меньше.

Типичный регулятор напряжения автомобильного типа установлен внутри генератора и получает информацию о напряжении аккумуляторной батареи с выхода генератора, а не с клемм аккумулятора. Если в цепи установлены диоды, то регулятор будет «думать», что напряжение на аккумуляторах 14.2 вольта, хотя фактически оно 13,6 вольт. Если не компенсировать это падение напряжения, регулятор вынудит генератор прекратить зарядку задолго до того, как аккумуляторы зарядятся полностью. Аккумуляторы будут хронически недозаряжаться и выйдут из строя от сульфатации.

Разделительные диоды по-прежнему широко используются на катерах из-за своей простоты и надежности, которые перевешивают чуть меньшую производительность по сравнению с другими устройствами развязки аккумуляторов, а модели на основе диодов Шоттки и системы на полевых (FET) транзисторах обладают меньшим падением напряжения.

Преимущества

  • Автоматическое переключение
  • Простая установка. 2-3 выхода для подключения нескольких батарей
  • Отсутствует искрение контактов – защита от возгорания

Недостатки

  • Существенное падение напряжения – аккумуляторы не заряжаются полностью
  • Требуются дополнительные устройства для компенсации падения напряжения
  • Выделяют много тепла и сильно нагреваются во время работы
  • Аккумуляторы нельзя соединить вместе для экстренного запуска двигателя, нужен дополнительный выключатель
  • Относительно дороги

 Развязывающее реле

В схеме используется силовое реле зарядки двух аккумуляторов, катушка которого запитывается напряжением +12В через сигнальный провод от генератора, главного выключателя или датчика давления масла. После того как провод оказывается под напряжением, реле срабатывает и соединяет два аккумулятора параллельно.

Чтобы защитить включенное в цепь тягового аккумулятора оборудование и собственные контакты от повреждения высоким пусковым током реле включается с 30 секундной задержкой после запуска двигателя.

До появления контроллеров двух аккумуляторов (vsr-реле) силовое реле зарядки было самым распространенным решением зарядки двух аккумуляторов от генератора.

Преимущества

  • Недорогое
  • Автоматическое подключение аккумуляторов
  • Простая электромеханическая конструкция
  • Легко заменяется

Недостатки

  • Требуется подсоединение к генератору
  • Подвижные контакты со временем изнашиваются, падение напряжения возрастает
  • Аккумуляторы нельзя соединить вместе для экстренного запуска двигателя. Требуется дополнительный выключатель
  • Отсутствуют «умные» функции

Зарядные реле

Реле напряжения (VSR-реле, контроллер двух аккумуляторов) — устройство со встроенным микропроцессором, которое замыкает контакты и соединяет аккумуляторы параллельно, если напряжение на одном из них увеличивается до предустановленного значения. Напряжение на стартовом аккумуляторе вырастает после запуска двигателя, а на тяговом после подключения к нему зарядного устройства.

Схема использования двух VSR реле для зарядки трех аккумуляторных батарей от генератора и от зарядного устройства переменного тока.

После того как двигатель или зарядное устройство выключили, напряжение на аккумуляторе падает, реле размыкается и изолирует батареи друг от друга.

Аналоговые зарядные реле включаются и отключаются при фиксированном напряжении (чаще всего это 13.3 и 12.8 вольта). Цифровые модели отслеживают направление изменения напряжения и принимают решение о переключении на основании тренда напряжения, поэтому исключают нежелательные срабатывания при его кратковременных колебаниях.

Отдельная группа контроллеров — силовые бистабильные реле, которые в отличии от традиционных моделей не потребляют ток в замкнутом состоянии. На катерах и яхтах реле защелки используют для защиты аккумуляторов, дорогой электроники и во время зарядки аккумуляторов маломощными источниками напряжения — солнечными панелями или ветро-генераторами. Подробнее о реле развязки аккумуляторов 

Преимущества

  • Автоматическое переключение
  • Относительно недорого
  • Просто установить. Не требуется вмешательство в электросистему.
  • Фиксирует изменение напряжения в обоих направлениях — на стартовом и на тяговых аккумуляторах. Это означает, что стартовый аккумулятор начинает заряжаться, если к тяговым аккумуляторам подключено зарядное устройство переменного тока или другой источник напряжения.
  • У некоторых моделей есть функция экстренного запуска двигателя двумя аккумуляторами
Характеристика VSR VSRB VSRA IFR
       
Класс защиты IP65 IP68 IP68 IP65
Автоматический выбор напряжения 12/24 В Да Да
Автоматическое включение Да Да Да
Включение сигнальным напряжением Да Да Да Да
Регулируемое напряжение срабатывания Да Да
Задержка срабатывания при запуске Да Да Да Да
Двух или одностороннее включение Да Да
Задержка переключения, регулируемая алгоритмом Да Да
Принудительное подключение дополнительного аккумулятора Да Да  —  —
Защита стартового аккумулятора от разряда Да Да
Защита от короткого замыкания Да Да  —
Защита от неправильной полярности Да Да  —

Разделитель с нулевым падением напряжения

Устройство развязки аккумуляторов с нулевым падением напряжения Sterling Power Pro Split R. Выпускаются модели с двумя и тремя выходами.

Это устройство развязки, обеспечивает падение напряжения 0,01 Вольт и производительность на 1000% выше, чем у стандартных диодных разделителей.

Sterling Pro Split устраняет основную проблему батарейных изоляторов – попытку одновременно зарядить два аккумулятора. Обычно стартовая батарея полностью заряжена и регулятор генератора принимает ее напряжение за напряжение соединенных аккумуляторов. Разделитель изолирует аккумуляторы, источник зарядки получает реальное представление о состоянии заряжаемой батареи, а скорость и качество зарядки возрастает. После того как первый аккумулятор заряжен, подключается второй, и зарядка продолжается.

DC-DC зарядные устройства

Схема подключения зарядного устройства для зарядки нескольких аккумуляторов на автомобиле и катере. Зарядное устройство устанавливается между стартовым и дополнительным аккумуляторами. Выход устройства 12, 24 или 36 Вольт

Все описанные выше устройства развязки обладают одним общим недостатком – они подключают дополнительный аккумулятор к генератору, который не предназначен для заряда аккумуляторов глубокого разряда.

В результате зарядка идет в несколько раз медленнее, а аккумуляторы никогда не набирают свыше 70-80% номинальной емкости. Это особенно становится заметно для батарей емкостью свыше 100 Ач. Ситуация еще больше ухудшается, если неправильно подобрано сечение кабеля от генератора до аккумуляторов, его длина превышает несколько метров или используется автомобильный генератор, соответствующий нормам EURO 5.

Правильное решение в этом случае использовать DC-DC зарядное устройство постоянного тока.  Подробнее  о зарядке тяговых аккумуляторов от генератора.

Проектирование системы

Если вы планируете систему, состоящую из одного тягового аккумулятора и нескольких потребителей — освещения, холодильника, помпы, розеток, то реле напряжения лучший вариант. Для сложных систем с несколькими электрическими подсистемами и большим количеством подключенных устройств используйте один или несколько батарейных изоляторов.

Кабеля и устройства защиты

Сильно разряженный аккумулятор имеет низкое внутреннее сопротивление и потребляет очень высокий ток, поэтому кабеля, соединяющие аккумуляторы и устройства развязки должны выдерживать максимальный ток источника зарядки. То же самое относится к самим устройствам раздельной зарядки.

Стартовый аккумулятор — это дополнительный источник зарядки, который старается выровнять свое напряжение с тяговым аккумулятором. Поэтому если тяговая батарея сильно разряжена , то ток зарядки  окажется больше, чем дает один генератор.

Какую бы систему раздельного заряда вы не планировали,  все кабеля в ней должны защищаться правильно подобранными предохранителями. Чтобы уменьшить незащищенный участок кабеля  и риск случайного короткого замыкания, предохранители устанавливают как можно ближе к положительной клемме каждого аккумулятора. Полностью отсоединяют аккумуляторы от источника зарядки главным выключателем.

Несколько соединенных для увеличения емкости аккумуляторов зарядятся одинаково, если:

  • Все кабели, идущие от разделительной системы одного размера, сечения и максимально короткие.
  • То же самое касается кабелей, соединяющих аккумуляторы и кабеля идущего от отрицательной клеммы к шине.
  • Все аккумуляторы  одного типа, размера и возраста
  • Все аккумуляторы разряжены одинаково

Эти требования не всегда выполнимы в реальных условиях, однако обеспечивают наибольшую продолжительность работы аккумуляторов.

Соединение аккумуляторов

Хотя системы зарядки нескольких аккумуляторов разработаны, чтобы разделять стартовую и тяговую батареи при выключенном двигателе, иногда требуется намеренно соединить их.

Чаще всего такая необходимость возникает, если сел стартовый аккумулятор и дополнительный используется, для запуска двигателя. Хотя некоторые реле напряжения принудительно соединяют аккумуляторы, пусковой ток  очень высок и может сварить контакты между собой, сделав их бесполезными.  Чтобы этого не произошло параллельно устанавливают  шунтирующий выключатель.

Зарядные устройства с несколькими выходами

Такие зарядные устройства используются для одновременной зарядки нескольких тяговых аккумуляторов от сети переменного тока по трехступенчатой схеме. Ток заряда зависит от модели устройства и составляет от 5 до 15 ампер, на один аккумулятор.

Если аккумуляторы соединены последовательно, разъединять их не надо, выводы у зарядных устройств изолированные.  Все заряжаемые аккумуляторы должны быть одного типа.

Некоторые модели, изменяют ток заряда в зависимости от состояния подключенных аккумуляторов, если зарядка одного из аккумуляторов завершена, ток перераспределяется между оставшимися и скорость зарядки возрастает.

Для одновременной зарядки четырех аккумуляторов дополнительно устанавливают одно из устройств развязки — зарядное реле или диодный разделитель

 

fisherninja.ru


Смотрите также