Sériové a paralelní zapojení baterií: Schémata zapojení pro zvýšení kapacity

Existují dva hlavní typy zapojení baterií: sériové a paralelní. Někdy se rozlišuje druhý typ, ale používá se jen zřídka a nazývá se kombinovaný.

Důvody pro připojení baterií

• Snížení ohmických ztrát zvýšením odporu elektrické instalace. Síla proudu je nepřímo úměrná odporu. Čím nižší je elektrický proud, tím nižší budou ztráty;
• Pokud zařízení nebo vozidlo, které používáte, vyžaduje mnohem vyšší napětí než jedna baterie, budete je muset zkombinovat a zvýšit toto specifické nastavení napětí;
• Lepení pomáhá zvýšit digitální energetickou kapacitu baterie;
• zvýšit výkon zařízení nebo vozidla.

Jinými slovy, vytváří baterii potřebnou pro dané podmínky. Je mnohem snazší vytvářet kombinace z již zakoupených baterií, než kupovat mnoho různých typů baterií.

Bezpečnostní opatření pro připojení

• Při práci s elektřinou dodržujte bezpečnostní pravidla, používejte gumové rukavice
• zabránit vytvoření elektrického obvodu v lidském těle
• zabránit zkratu;
• Neignorujte polaritu
• Nedotýkejte se pólů baterie holýma rukama;
• Nemontujte baterie připojené k zátěžím (před připojením k obvodu každou jednotlivě otestujte)
• Před připojením baterie odpojte nabíječku;
• používejte nástroje s izolovanými rukojeťmi;
• Před použitím zařízení nikdy nepodceňujte proud baterie a jmenovité zatížení;
• Připojovací svorky musí být bezpečné a izolované;
• chraňte zařízení izolací těla před vlhkostí;
• používejte baterie stejného typu, jmenovitého výkonu a stupně opotřebení;
• Před použitím sestavy zkontrolujte, zda není nesprávně připojena svorkovnice.

Přečtěte si k tématu: Je možné nabíjet autobaterii bez demontáže svorek?

Pokud jsou chyby opraveny, nejprve odpojte zátěž (nabíječku) a teprve poté znovu připojte sestavu.

Co dává paralelní zapojení baterií?

Baterie se obvykle konstruují s ohledem na určité standardizované zatížení. Existují například baterie, které umožňují provoz mikrokontrolérů – mají napětí 5 V. Pro provoz motoru se používají baterie s napětím 12 nebo 24 V. Co když ale potřebujete 60 V? Baterii s takovým napětím je těžké najít. V tomto případě může pomoci paralelní zapojení baterií. Jaké jsou výhody takového zapojení? Jaké je schéma takového zapojení? Jaké jsou vlastnosti tohoto pohybu? Jak se baterie zapojují paralelně? Jak vypadá schéma pro tuto akci? Všechny tyto a řada dalších otázek budou v tomto článku zodpovězeny.

Co v praxi dává paralelní zapojení baterií?

Začněme tedy s obecným schématem. Paralelní zapojení baterií nabízí přístup, při kterém jsou všechny kladné svorky připojeny k určitému bodu elektrického obvodu, který se nazývá plus. Totéž by se mělo udělat se zápornými svorkami. Pouze ty jsou připojeny k mínusu. Proč bychom to měli dělat? Výsledkem je napětí rovné napětí jedné baterie (uvažujeme situaci, kdy máme identické baterie). Výkon výsledné struktury se však bude rovnat součtu tohoto parametru všech zdrojů proudu v obvodu. Elektřina se rovná jedné hodnotě vynásobené počtem zařízení. To však nezáleží na tom, zda jsou baterie zapojeny paralelně nebo sériově.

Proč zapojovat baterie do baterie?

Přemýšleli jsme o důsledcích takového jednání. Proč ale zapojujeme baterie paralelně? Všechny elektrické systémy nebo zařízení mají ohmické ztráty, při kterých se část energie přeměňuje na teplo a užitečná práce se nekoná. To je dáno tím, že není možné dosáhnout 100% účinnosti. Ze školní fyziky si možná pamatujete, že čím vyšší napětí, tím nižší proud při stejném výkonu a tím nižší ohmické ztráty. Čím vyšší napětí baterie, tím lepší efekt. Ale i s tímto přístupem nemusí být kapacita jedné baterie vždy dostatečná. V takovém případě ji můžete nahradit baterií s vyšší kapacitou. To ale není vždy pohodlné a někdy je jednodušší prostě umístit další zdroj energie a pro delší podporu systému použít paralelní zapojení baterií.

Přečtěte si k tématu: Výhody koupě nové autobaterie

Je tato možnost vhodná pro napájecí zdroje s různou kapacitou?

Paralelní zapojení různých baterií není z hlediska napětí nebezpečné. Svorkám baterie se nic nebezpečného stát nemůže. Zdroje energie se budou kvůli povaze zapojení vybíjet nebo nabíjet synchronně. Pokud jde o proudy, je to ale trochu složitější. Například je třeba si dát pozor, abyste nepřekročili určitou hodnotu, která je přímo specifikována výrobcem.

Nejběžnější hodnoty jsou 100 A a 130 A. Důvodem tohoto omezení je, že samotné svorky nebudou schopny tento proud propustit (ačkoli samotná baterie teoreticky ano). To je ale úplný vrchol možností, který může být jen otázkou sekund. Podívejme se na realističtější případ použití.

Technická omezení

Pokud se podíváte na jmenovitý proud ve specifikacích, obvykle neuvidíte velká čísla. Například baterie s rozdílem kapacity 5 až 25krát (obecně) by se neměly kombinovat. Navíc tento aspekt vyžaduje pečlivé zvážení, protože je dokonce možný zkrat. Riziko, že se to stane, je 15 až 70krát větší než kapacita nejmenší baterie (v závislosti na značce a technickém provedení). Zhruba řečeno, čím kratší je jejich životnost, tím větší proud snesou. Pokud je tedy rozdíl mezi nimi 5krát, znamená to, že mohou fungovat neustále (teoreticky). Pokud ale pracujeme s rozdílem 20krát, je žádoucí, aby se počítala každá sekunda. Mnoho výrobců napájecích zdrojů specifikuje pro své produkty prahové hodnoty proudu. Například 2,6 A.

Proč existují omezení?

Dále se zaměřme na téma paralelního zapojení baterií s různou kapacitou. Dříve bylo řečeno, že výrobci doporučují limity v ampérech, ačkoli v praxi může být tento limit mnohokrát překročen. Proč se to děje? Za tímto účelem se podívejme na samotnou strukturu baterie na příkladu olověné baterie. Tato volba byla učiněna kvůli všestrannosti zdrojů energie tohoto typu.

Aby tedy požadovaná elektrochemická reakce proběhla úspěšně, je nutné ji zásobovat kvalitním elektrolytem. Důležité je také, aby proces probíhal v horních vrstvách a produkty byly odstraňovány. Významně k tomu napomáhá i aktivní hmota desek baterie. To v konečném důsledku usnadňuje přísun a odstraňování látky účastnící se reakce. Ale jak se „zdrojové materiály“ pohybují směrem dolů, vše se začíná dít pomaleji. Aktivní účinek má také skutečnost, že elektrolyt obsahuje síru. Paralelní zapojení baterií je proto výhodné pouze tehdy, je-li baterie nabitá. Čím nižší je skutečné jmenovité napětí, tím nebezpečnější je pracovat se zdroji s různou kapacitou. Proto je vhodné zajistit včasné dodání. Nejlepší je nenechat kapacitu klesnout pod 1/3 jmenovité hodnoty.

Vlastnosti nabíjení v paralelním zapojení

Při zahájení tohoto procesu je vhodnější použít poměrně vysoký nabíjecí proud. Koneckonců, nejprve se obnovuje povrch baterie a poté její spodní vrstvy. Současně je žádoucí snižovat proud s klesající intenzitou elektrochemické reakce, aby se elektrolyt mohl díky svému vysokému energetickému obsahu „vařit“ (rozkládat).

Pokud vezmeme v úvahu jeden z nejběžnějších typů baterií – olověné akumulátory, je nepravděpodobné, že by při porušení této zásady okamžitě selhaly. Jejich životnost však bude samozřejmě mnohem kratší. Obecně platí, že pokud jde o zdroje energie pro nabíjení, je vhodné zdůraznit, že je žádoucí používat tovární zařízení. Pokud se použije něco jiného, mohou být některé aspekty přehlédnuty (nebo nesprávně zohledněny), což v budoucnu povede k problémům.

O bateriích a jejich kapacitě

Podívejme se blíže na paralelní zapojení různých baterií (stejně jako identických). Je třeba chápat, že pokud celkový proud nepřekročí určité limity, nevzniknou žádné problémy ani rizika.

Uvažujme paralelní zapojení dvou baterií s proudem 2 A, pokud jsou ze stejné šarže a jsou nabíjeny proudem 2 * 2 = 4 A. Zde nehrozí žádné nebezpečí, protože díky stejné konstrukci budou proudy rozděleny proporcionálně. A nebudou se protínat žádná omezení.

Vezměme si nyní napájecí zdroje, kde je značný rozdíl. Když proud překročí limity stanovené výrobcem, bude protékat baterií, i když na to není určena. O výsledku asi nestojí za řeč. To platí pro všechny, nejen pro olověné baterie. I když chcete provést paralelní zapojení Li-Ion baterií, které jsou považovány za baterie se zvýšenou spolehlivostí, nezanedbávejte bezpečnostní opatření.

Vypočítáme potřebné ukazatele

Takže při paralelním zapojení baterií potřebujeme poměrně velký proud. Jak poznáme, kolik potřebujeme? K tomu můžeme použít speciální vzorec, který nyní uvedeme:

Nyní si vzorec rozluštíme:

T je proud, kterého je třeba dosáhnout. Musí odpovídat požadovanému výsledku.

RTEEP — vybíjecí proud baterie zařízení. Tedy kolik energie dokáže jedna baterie vyrobit.

KEPOT — počet baterií stejného typu.

V radioamatérské praxi může být obtížné získat potřebné hodnoty. Stejný vzorec usnadní dosažení cíle.

Schémata

1) Sériové zapojení baterií

V tomto případě je záporný pól první baterie připojen ke kladnému pólu druhé baterie, záporný pól druhé baterie je připojen ke kladnému pólu třetí baterie a tak dále.

Při tomto zapojení zůstává kapacita systému nezměněna, ale napětí systému se rovná součtu napětí všech baterií zapojených do série.

Máme 4 baterie s kapacitou 200Ah a jmenovitým napětím 12V. Jejich sériovým zapojením získáme jmenovité napětí 12V*4=48V a kapacitu 200Ah. V tomto případě se maximální množství uložené energie určí jako součet maximální výkonové rezervy všech baterií – 200Ah*12V*4=9600W*h=9,6 kW*h, nebo jako maximální výkonová rezerva celé bateriové banky – 200Ah*48V=9600W*h=9,6 kW*h.

Tento spínací obvod se používá ke zvýšení napětí v systému.

2) Paralelní připojení baterií

U tohoto typu zapojení jsou kladné póly baterií zapojeny střídavě. Záporné póly jsou také zapojeny navzájem postupně.

Při tomto typu zapojení zůstává napětí v systému konstantní a kapacita baterie se rovná součtu všech paralelně zapojených baterií.

Máme stejné 4 baterie s kapacitou 200Ah a jmenovitým napětím 12V. Pokud je zapojíme paralelně, dostaneme jmenovité napětí 12V a kapacita bude 4 * 200Ah = 800Ah. V tomto případě se maximální uložená energie určí jako součet maximálních energetických rezerv všech baterií – 200Ah * 12V * 4 = 9600W * h = 9.6 kW * h, nebo jako maximální energetická rezerva celé banky baterií – 800Ah * 12V = 9600W * h = 9.6 kW * h.

Tento spínací obvod se používá ke zvýšení kapacity (nabíjecího proudu) systému.

3) Sériově paralelní zapojení baterií

Toto je nejběžnější způsob připojení používaný k sestavování baterií pro různé účely.

Při tomto zapojení je řetězec sériově zapojených baterií zapojen paralelně.

Vraťme se znovu k našim 4 bateriím s kapacitou 200 Ah a jmenovitým napětím 12 V. Sériovým zapojením 2 baterií a následným paralelním zapojením získáme jmenovité napětí 12 V * 2 = 24 V a kapacitu 200 Ah * 2 = 400 Ah. V tomto případě se maximální množství uložené energie určí jako součet maximálních energetických rezerv všech baterií – 200 Ah * 12 V * 4 = 9600 W * h = 9.6 kW * h, nebo ekvivalentně jako maximální energetická rezerva celé skupiny baterií – 400 Ah * 24 V = 9600 W * h = 9.6 kW * h.

Poznámka: Upozorňujeme, že maximální množství uložené energie nezávisí na schématu zapojení baterie!

Pro optimalizaci provozu komplexu zařízení napájeného z baterií jsou nutné různé možnosti připojení baterií. Výběrem jednotlivých připojení nastavujeme požadované proudy a napětí pro celý systém.

Doporučení pro vytvoření dobíjecích baterií

• Při sériovém a paralelním zapojení baterií musí být všechny baterie stejného typu, stáří a výrobce. Při sériovém zapojení musí být kapacita baterií stejná, zatímco při paralelním zapojení lze připojit baterie s různou kapacitou.
• Pokud jedna baterie selže sériově, musí se vyměnit všechny baterie v bateriovém bloku. Pokud jedna baterie selže paralelně, vyjme se a zbývající baterie se používají do konce své životnosti. V tomto okamžiku se baterie vymění.

Abyste zabránili předčasnému stárnutí, nezahřívejte baterii. Zvýšení teploty o více než 20 °C na každých 6 °C zkrátí její životnost na polovinu. Baterie instalujte na dobře větraném a chladném místě a nechte mezi nimi proudit vzduch, který pomůže odvést teplo.

• Nezvyšujte kapacitu baterie použitím baterií instalovaných v jiné místnosti. Baterie umístěné na různých místech budou fungovat při různých venkovních teplotách a nebudou se rovnoměrně vybíjet a nabíjet. To dále zvýší teplotní rozdíl a povede k předčasnému stárnutí a selhání baterie. Pokud se baterie nabíjejí nebo vybíjejí velkým proudem, může dojít k tepelnému vypnutí a explozi.
  Připojte nabíječku k paralelně zapojené skupině baterií.
• Při dlouhodobém nabíjení nebo vybíjení baterií proudem 200 ampérů při 12 voltech (100 ampérů při 24 voltech) se vytváří značné množství tepla. K odvedení tohoto tepla použijte nucené větrání. Za tímto účelem nainstalujte do přívodu vzduchu do prostoru pro baterie ventilátor s hasicím systémem. Ventilátor s nuceným větráním snižuje riziko vznícení vodíku produkovaného bateriemi. (Některé normy vyžadují nucené větrání vždy, když jsou baterie připojeny k nabíječce s výkonem větším než 2 kW, tj. 167 ampérů při 12 voltech nebo 83 ampérů při 24 voltech.)
• Regulátor napětí na jakékoli nabíječce s vysokým výkonem by měl mít teplotní senzor, který snižuje nabíjecí napětí, když se baterie příliš zahřejí.
• Vysokokapacitní a vysokoproudové baterie by měly být instalovány pouze v uzavřených, větraných bateriových komorách.

Je možné připojit baterie různých kapacit?

Ne sériově. Jde o to, že kapacita určuje vnitřní odpor. Čím vyšší kapacita, tím nižší odpor. V sestavě je velký rozdíl v napětí a někde může být mnohem vyšší než limit a někde mnohem nižší. Při připojení nabíječky se baterie s nižší kapacitou nabíjí rychleji, je dodávána nadměrným napětím, což vede ke zhoršení a ztrátě kapacity, zatímco baterie s vyšší kapacitou se nikdy plně nenabije.

Při připojení zátěže nastane opačná situace: malá baterie se vybije pod limit své kapacity (tzv. hluboké vybití), čímž ztratí část své kapacity.

DŮLEŽITÉ: Baterie s různou kapacitou, typem a úrovní nabití nelze zapojovat sériově. Měly by být co nejvíce podobné, nejlépe ze stejné šarže.

Odpověď na otázku, zda je možné paralelně zapojit baterie s různou kapacitou, zní ano. Buďte však opatrní. Ujistěte se, že napětí na jejich svorkách je stejné. Pokud se velmi liší, může to způsobit zkrat nebo poškození menší baterie. Mějte také na paměti, že svorky konkrétní baterie nemusí být schopny dlouhodobě odolat příliš velkému proudu. Před instalací zkontrolujte specifikace.

• https://warmsteel.ru/akb/akkumuljatory/posledovatelnoe-soedinenie-akkumuljatorov/
• https://3batareiki.ru/akkumulyatory/soedinenie-akkumulyatorov-posledovatelno-i-parallelno
• https://Zapitka.ru/akkumulyatory/posledovatelnoe-i-parallelnoe-podklyuchenie-akkumulyatornyh-batarey
• https://vojdenie-avto.ru/raznoe/kak-soedinit-akkumulyatory-chtoby-uvelichit-emkost.html
• https://ProAkkym.ru/obzor/posledovatelnoe-i-parallelnoe-podkljuchenie-akkumuljatorov
• https://advanced-power.ru/knowledge/soedinenie-akkumulyatorov/
• https://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/blokpitaniya/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-akkumulyatorov.html