Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Электрик Инфо » Избранные статьи » Начинающим электрикам » Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно
Количество просмотров: 205046
Комментарии к статье: 15


Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно


Объединенная группа аккумуляторов называется батареей элементов или просто гальванической батареей. Существуют два основных способа соединения элементов в батареи: последовательное и параллельное соединения.

В рамках данной статьи рассмотрим особенности последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Есть разные ситуации, когда может потребоваться увеличить общую емкость или поднять напряжение, прибегнув к параллельному или последовательному соединению нескольких аккумуляторов в батарею, и всегда нужно помнить о нюансах.

Схемы соединения аккумуляторов

Параллельное соединение предполагает объединение положительных клемм аккумуляторов с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом, т. е. все положительные выводы элементов присоединить к одному общему проводу, а все отрицательные выводы — к другому общему проводу. Концы общих проводов такой батареи присоединяются к внешней цепи — к приемнику.

Сущность последовательного способа соединения аккумуляторов, как это вытекает из самого его названия, заключается в том, что все взятые элементы соединяются между собою в одну последовательную цепочку, т. е. положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом каждого последующего элемента. 

В результате такого соединения получается одна общая батарея, у которой у одного крайнего элемента остается свободным отрицательный, а у второго — положительный выводы. При помощи их батарея и включается во внешнюю цепь — в приемник. Далее поговорим об этом более подробно.

параллельное соединение аккумуляторов

Параллельное соединение аккумуляторов дает объединение емкостей, и при равном исходном напряжении на каждом из аккумуляторов, входящих в собираемую из них батарею, емкость составной батареи оказывается равной сумме емкостей этих аккумуляторов. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке.

Параллельное соединение:

Параллельное соединение

Сколько бы элементов мы ни соединяли параллельно, общее их напряжение всегда будет равно напряжению одного элемента, но зато сила разрядного тока может быть увеличена во столько раз, сколько элементов будет входить в состав батареи, если только все элементы в батарее однотипные.

последовательное соединение аккумуляторов

Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.

Ежели последовательно соединяются аккумуляторы равной емкости и равного на момент соединения напряжения, тогда напряжение батареи, полученной путем последовательного соединения, будет равно произведению напряжения одного аккумулятора и количества аккумуляторов, составляющих последовательную цепь.

Последовательное соединение:

Последовательное соединение

При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Поэтому от составленной батареи независимо от величины ее напряжения можно потреблять только такой же силы ток, на какой рассчитан один элемент, входящий в состав данной батареи. Это и понятно, так как при последовательном соединении через каждый элемент проходит тот ток, какой проходит и через всю батарею.

Таким образом, путем последовательного соединения элементов, увеличивая их общее количество, можно повысить напряжение батареи до любых пределов, но сила разрядного тока батареи останется такой же, как и у одного отдельного элемента, входящего в ее состав.

И при параллельном, и при последовательном соединении, общая энергия батареи оказывается равной сумме энергий всех аккумуляторов, составляющих батарею.

Итак, для чего же аккумуляторы объединяют в батареи? Все дело в том, что в любой схеме существуют потери, связанные с нагревом проводников. И при одном и том же сопротивлении проводника, если требуется передать определенную мощность, гораздо выгоднее передавать мощность при высоком напряжении, тогда ток потребуется меньший, и омические потери будут меньше.

По этой причине мощные источники бесперебойного питания используют батареи последовательно соединенных аккумуляторов на общее напряжение в несколько десятков вольт, а не параллельную цепь на 12 вольт. Чем выше напряжение источника, тем выше КПД преобразователя.

Когда нужен значительный ток, а одного имеющегося в наличии аккумулятора для поставленной цели не достаточно, увеличивают емкость батареи, прибегая к параллельному соединению нескольких аккумуляторов.

Не всегда экономически выгодно заменять аккумулятор на новый, обладающий большей емкостью, и иногда достаточно присоединить параллельно еще один, и повысить емкость источника до необходимой. Некоторые источники бесперебойного питания имеют отсеки для установки дополнительных аккумуляторов параллельно уже имеющемуся, с целью повысить энергетический ресурс преобразователя.

Что следует учитывать при объединении аккумуляторов в последовательную цепь? Аккумуляторы различной емкости (изготовленные по одной и той же технологии, например свинцово-кислотные) отличаются внутренним сопротивлением. Чем выше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление, зависимость здесь почти обратно пропорциональная.

По этой причине, если последовательно соединить аккумуляторы разной емкости, и замкнуть цепь нагрузки или зарядную цепь, то ток по цепи пойдет везде одинаковый, а вот падения напряжений будут разными. И на каком-то из аккумуляторов батареи напряжение при зарядке окажется намного выше номинала, что опасно, а при разрядке — намного ниже нижнего предела, что вредно. Рассмотрим далее пример, покажем, чем это чревато.

неправильное соединение аккумуляторов

Пусть в нашем распоряжении 10 аккумуляторов, номинальное напряжение каждого 12 вольт, 9 из них имеют емкость 20 ампер-часов, а один — 10 ампер-часов. Мы решили соединить их последовательно, и заряжать от зарядного устройства с контролем зарядного тока, выставили ток на 2 ампера. Зарядное устройство настроено так, что прекратит зарядку когда напряжение батареи пересечет отметку в 138 вольт, исходя из среднего значения в 13,8 вольт на каждый аккумулятор последовательной батареи. Что произойдет?

Разрядные характеристики аккумумляторов

Для каждого аккумулятора производитель предоставляет зарядную характеристику, где можно увидеть, каким током и на протяжении какого времени нужно заряжать аккумулятор.

Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. Так, уже через 3 часа маленький аккумулятор возьмет свое, в то же самое время большие аккумуляторы еще 6 часов должны будут заряжаться.

Но напряжение на маленьком аккумуляторе уже пошло через край, его бы нужно перевести в режим стабилизации напряжения, на наш зарядный прибор этого не делает. В конце концов система рекомбинации газов в аккумуляторе вдвое меньшей емкости не выдержит, клапаны сорвет, и аккумулятор начнет терять влагу, терять емкость, при этом большие аккумуляторы все еще будут недозаряжены.

Вывод: заряжать последовательно можно только аккумуляторы равной емкости, одной и той же технологии, одного и того же состояния разряда.

Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. Изначально на каждом аккумуляторе 13,8 вольт, а разрядный ток составляет 2 ампера. Защита от глубокого разряда разомкнет цепь при 72 вольтах, то есть предполагается не менее 7,2 вольт на аккумулятор. Через 4 часа маленький аккумулятор полностью разрядится, а на больших еще будет по 12 вольт, и защита от глубокого разряда не уследит подвоха. Маленький аккумулятор уже необратимо потеряет часть своей емкости.

Вот почему последовательно можно соединять лишь аккумуляторы равных емкостей, если не хотите их испортить. Лучше всего последовательно соединять аккумуляторы из одной партии, и проверить предварительно их емкости тестером АКБ, дабы убедиться, что емкости аккумуляторов, из которых вы собираетесь собрать последовательную батарею, почти равны.

соединение аккумуляторов

А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Разумеется, при условии равенства напряжений на их клеммах. При параллельном соединении емкости аккумуляторов не будут играть роли, поскольку внутренние сопротивления аккумуляторов окажутся подключены параллельно, и максимальный ток заряда или разряда будет у каждого аккумулятора свой, они будут работать синхронно.

Однако для клемм аккумуляторов и для каждого конкретного аккумулятора ограничения по току имеются, клеммы могут и не выдержать длительный ток, который в принципе способен дать аккумулятор, об этом важно не забывать. В технической документации к аккумулятору эти параметры указаны.

Если в момент соединения двух аккумуляторов, сильно различающихся по емкости, их напряжения отличаются значительно, неизбежна кратковременная перегрузка по току одного из аккумуляторов. Если напряжение выше у аккумулятора меньшей емкости, то перераспределение заряда в момент соединения вызовет кратковременный ток короткого замыкания в нем, и может быстро привести к его разрушению.

Если напряжение выше у аккумулятора большей емкости, то опять же под угрозой аккумулятор меньшей емкости, ибо он станет принимать заряд в режиме перегрузки. Поэтому лучше всего соединять параллельно аккумуляторы, предварительно выровняв напряжения на них, а уже следующим шагом объединять в батарею.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, как можно, а как нельзя соединять аккумуляторы и для каких целей это обычно делают.

Андрей Повный 





Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Как измерить емкость аккумулятора и перевести фарады в ампер-часы
  • Про гелевые аккумуляторы и их правильное использование
  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Что такое емкость аккумулятора и от чего она зависит
  • Эффект памяти аккумулятора
  • Категория: Избранные статьи » Начинающим электрикам

    Аккумулирование энергии, FAQ, Основы электричества, Зарядка аккумулятора, Аккумуляторная батарея, Бесперебойное питание

      Комментарии:

    #1 написал: Виктор | [цитировать]

    Добрый день! Можно ли соединять параллельно аккумуляторы разного напряжения?

      Комментарии:

    #2 написал: JAW | [цитировать]

    Это что за бред?

    Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов

    На вас, между прочим ссылаются цитируя эту ересь.

    Если вы сольёте две поллитровые бутылки в одну ёмкость, хоть последовательно, хоть будете одновременно лить, всё равно получится литр воды.

    Ёмкость от ширины струи (напряжения) не зависит.

      Комментарии:

    #3 написал: Андрей | [цитировать]

    JAW, учите физику и электротехнику. Суммарная емкость последовательно соединенных аккумуляторов равна емкости одного аккумулятора и никак иначе.

      Комментарии:

    #4 написал: Kipovets | [цитировать]

    JAW, не вводите людей в заблуждение, все верно написано по последовательному соединению аккумуляторов.

      Комментарии:

    #5 написал: Massmeter | [цитировать]

    Спасибо за статью. Иногда собираю батарею аккумуляторов для больших ИБП. Нпример, нужна батарея емкостью 200 А/ч и напряжением 240 В. Аккумуляторы 200 А/ч редкость, а 100 А/ч есть всегда. Собирал раньше так: 2 АКб по 100 А/ч собирал паралельно и далее 20 таких спарок соединял последовательно. Заметил, что при такой сборке АКБ часто уходят в отказ. Стал собирать иначе и отличный результат. Собираю 20 акб по 100 А/ч последовательно и еще 20 акб по 100 А/ч последовательно. И уже эти 2 сборки соединяю паралельно. Дело в том, что на практике не встречаются 2 совершенно одинаковых аккумулятора. Если ЭДС разная, то они заряжаются не одинаково и разряжаются не одинаково. У кого выше ЭДС, тот всегда недозаряжен по сравниею со своим напарником. А если собирать их по 20 штук последовательно, то разница эта усредняется и у двух сборок разницы в ЭДС почти нет. Все заряжаются одинаково и разряжаются одинаково.

      Комментарии:

    #6 написал: MrSerzh | [цитировать]

    Спасибо Вам, очень полезная статья.
    Хотел у Вас спросить: у меня в машине два аккумулятора на 12 вольт 190Ач соединены последовательно, получается 24 вольт 190Ач если их я буду заряжать зарядкой которая выдает до 100Ач они не зарядится до конца или просто процесс зарядки займет больше времени и они все таки зарядятся???? Ответьте пожалуйста.

      Комментарии:

    #7 написал: Виталий | [цитировать]

    18 аккумуляторов 3,7в одинаковой емкости. Можно ли собрать 48 вольт из всех? Получается не равное количество в соединениях. Как такая батарея будет заряжаться, или лучше пожертвовать емкостью?

      Комментарии:

    #8 написал: Веталон | [цитировать]

    MrSerzh,
    Соответственно заряжать зарядкой на 24 Вольта при 100Ач, будешь заряжать не полных 2 часа.

      Комментарии:

    #9 написал: pkorol@interia.pl | [цитировать]

    Цитата: Massmeter
    Стал собирать иначе и отличный результат. Собираю 20 акб по 100 А/ч последовательно и еще 20 акб по 100 А/ч последовательно.

    Я експерементируя со старыми АКБ пошел еще далше, потому что такой сборки как у Вас не хватало и АКБ розбиегались. Я даю парами: два паралелно и четыре (48в) послдовательно. Все работает идеално, балансиров не имею, заряжаю (48в) блоком АТХ и солнечными панелями.

      Комментарии:

    #10 написал: Сергей | [цитировать]

    Здравствуйте! У меня 4 по 100 ач и два 190 ач при зарядке греется последний, остальные холодные система 12 вольт...

      Комментарии:

    #11 написал: Максим | [цитировать]

    Тут все просто и это универсальное правило. При последовательном соединении любых источников электрической энергии, в т.ч и аккумуляторов последние соединяются в следующем порядке: отрицательный зажим 1-го источника присоединяется к положительному зажиму 2-го источника; отрицательный зажим 2-го источника присоединяется к положительному зажиму 3-го источника и т. д. Для батареи из последовательно соединенных источников энергии положительным зажимом будет служить положительный зажим 1-го источника, а отрицательным — отрицательный зажим последнего источника.

    Общее напряжение такой батареи, очевидно, будет равно сумме напряжений последовательна соединенных источников или элементов, а величина тока батареи будет равна току одного элемента и не может превышать последний. Просто нужно запомнить, что последовательное соединение источников энергии всегда применяется для получения повышенных напряжений.

    При параллельном соединении источников электрической энергии элементов положительные зажимы всех элементов соединяются т.е., образуя положительный зажим батареи. Отрицательные зажимы элементов также объединяются, образуя отрицательный зажим батареи. В отличие от последовательного соединения параллельное соединение элементов применяется для получения больших токов, чем может дать один источник энергии.

      Комментарии:

    #12 написал: Паша | [цитировать]

    Разность потенциалов аккумуляторов, соединенных параллельно, равна одному аккумулятору. Однако, если внутренние сопротивления добавляются параллельно, результат внутреннего сопротивления будет меньше одного аккумулятора, а образованный ток будет более сильным. Если требуется высокая разность потенциалов, аккумуляторы соединяются последовательно, а также добавляется сопротивление.

      Комментарии:

    #13 написал: Бек | [цитировать]

    Здравствуйте, ситуация такая, шрупповерт 9.6 вольт, а аккумуляторы 18650 выдают 2 шт примерно 4 вольт, 3 шт 12 вольт, в одном варианте не хватает, в другом избыток, как быть в таких ситуациях, заранее спасибо.

      Комментарии:

    #14 написал: Валерий | [цитировать]

    JAW,
    Добрый день!
    Хорошая статья, особенно для школьников, жаль не все осилили школьную программу 😁.
    Но я о другом.....
    Интересна информация о параллельном подключении разных типов аккумуляторов.
    Ситуация следующая:
    У меня солнечная станция для садового домика MPPT выдаёт до 30 Ампер (зарядка тяговых аккумуляторов 2х100Ач+2х100Ач + нагрузка), без нагрузки около 3-10А (в зависимости от уровня заряда).
    Учитывая длинну светового дня и нашу погоду, полная зарядка происходит в течении недели (это слишком долго и куча энергии уходит в холостую ибо ток зарядки не велик).
    Разумеется можно поставить литий.... но.... цена лития с хорошей ёмкостью пугает.

    Вопрос: Возможно ли "запаралелить" литий (с BMS разумеется) и тяговые-кислотные?

    На пример LTO 10C, 24в, 40Ан параллельно с тяговым 200Ач 24в..... чисто логически это должно сократить время полного заряда обоих до пары суток.... практически 600 евро (12x2.3v 40ah- LTO) дорогой для меня эксперимент....

    Идея в том, что бы литий быстро заряжался днём и отдавал энергию ночью в тяговые.... типа выравнивая напряжение.
    Я слышал о гибридных системах с суперконденсаторами (то ли разрабатывают, то ли уже разработали- не уверен)....
    Можно ли (эффективнее ли) использовать суперконденсаторы вместо LTO?
      Комментарии:

    #15 написал: Валерий | [цитировать]

    Цитата: Виталий
    18 аккумуляторов 3,7в одинаковой емкости. Можно ли собрать 48 вольт из всех? Получается не равное количество в соединениях. Как такая батарея будет заряжаться, или лучше пожертвовать емкостью?


    Собрать можно, но останется 6 запасных.
    48 вольт это 12 последовательно (судя по вольтажу LiFePo4, нежные штучки)), я бы использовал их под защитой BMS 12S с балансировкой (на Алике есть не дорого).

    По возможности я бы докупил ещё 6 той же ёмкости и ещё один BMS (балансировка BMS поправит перекосы, а они наверняка будут если аккумы из разных партий или от разных произаодителей).

    .... 48 вольт, наверняка велосипед, и не слабенький 😁.... поищите BMSы с Bluetooth, сможете контролировать практически каждую банку через смартфон....
    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный (о сайте и авторах статей)
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.