Sériové a paralelní zapojení baterií různých kapacit v baterii – obvody, proud a napětí

Elektrická skladová zařízení a speciální stroje vyžadují výkonný a energeticky náročný stejnosměrný zdroj. Kapacita a startovací proud jsou často jedna věc, k tomu se často používají různé možnosti připojení baterií, čímž se dosáhne požadovaných napětí a proudů. Například paralelní zapojení baterií vede ke zvýšení proudového výkonu a kapacity, ale napětí zůstává stejné jako jeho hodnota na jedné baterii. Podívejme se na různé možnosti schématu a jejich vlastnosti.

Metody pro získání požadovaných napětí a proudů

Existují tři schémata připojení baterie v závislosti na požadovaných proudech a napětích pro provoz zařízení. Zvažme je podrobněji a popišme hlavní rysy použití jednoho nebo druhého.

Paralelní připojení baterií

Pokud potřebujete zvýšit výstupní proud, připojte baterie paralelně. Rozdíl mezi tímto schématem je v tom, že všechny mínusy baterií jsou připojeny ke společné sběrnici, stejně jako plusy. Ukazuje se, že jde o jednu velkou baterii s rozdělenou kapacitou.

Při výběru takového schématu je důležité zabránit nerovnováze, to znamená, že je přísně zakázáno používat baterie různých kapacit. Musí se jednat o výhradně identické stejnosměrné zdroje v proudu, napětí a kapacitě. Je vhodné používat baterie od stejného výrobce a dokonce ze stejné série, protože jejich vnitřní odpor se může výrazně lišit.

Při paralelním připojení baterií se dosáhne následujícího:

1. Generovaný proud se sečte. Pro určení její konečné hodnoty stačí sečíst proudy každé baterie. Toto zapojení je použitelné pro ty typy strojů a zařízení, které využívají výkonné elektrárny. Například vysoce výkonné trakční motory.
2. Napětí zůstává nezměněno a rovná se jeho hodnotě na jedné baterii. To je způsobeno tím, že obvod mezi dvěma silovými svorkami není doplněn dvojicemi elektrod a potenciál na každé z nich zůstává nezměněn.
3. V takovém obvodu je nutné zajistit systém ochrany proti přetížení pro případ zkratu v jedné z baterií. To je důležité, protože ostatní také selžou, pokud nedojde k požáru v důsledku přehřátí.

Příklad výpočtu energetických charakteristik pro paralelní připojení:

Pokud má jedna baterie kapacitu 200 A/h a produkuje proud 1000 A, pak můžeme s jistotou předpokládat, že výsledný startovací proud je více než 2000 A a kapacita je 400 A/h. Pokud je napětí na jedné baterii 12 V, pak bude stejné v celé sestavě.

Sériové připojení

U elektromobilů se kvůli úspoře mědi a požadované provozní účinnosti výkonových komponentů zvyšuje napětí, ale jak to udělat, když na jedné baterii je 6, 12 nebo 24 V. Toho lze dosáhnout zapojením baterií do série . Je důležité, aby kapacita každého z nich byla stejná, ale pokud to není možné, nic kritického se nestane. Nabíjení bude rovnoměrně rozloženo po celém systému a maximální nabíjecí proud bude omezen autobaterií s nejmenší kapacitou.

Zapojení baterií do série umožňuje získat zvýšené napětí, více než 12 a 24 V. Pomocí různých typů baterií nebo počtu jednotlivých článků můžete vytvořit libovolný potenciál. Potřebujeme například získat napětí 36 V pro napájení měniče a motoru skladového výtahu.

Pokud máte k dispozici 12voltové baterie, stačí je zapojit do série. Toto napětí lze také získat zapojením zdrojů 24 a 12 V DC do série. Jak ale můžeme určit výsledný proud, který je taková baterie schopna dodat?

Je to vlastně snadno zapamatovatelné. Paralelní připojení baterií umožňuje zvýšit výstupní proud a při jejich sériovém zapojení se zvyšuje napětí. Stačí sečíst potenciální pokles na každé z baterií a získat jeho výslednou hodnotu. Co se týče proudů a kapacity, výpočet je jiný.

Výpočet kapacity při sériovém zapojení zdrojů

Protože každá baterie a dokonce i článek uvnitř má nějakou hodnotu odporu. U všech párů elektrod to bude jiné. Z tohoto důvodu se kapacita počítá pomocí speciálního vzorce:

1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn, kde C je kapacita jedné baterie, n je počet baterií v systému.

Z tohoto vzorce vyplývá, že konečná kapacita bude menší než dokonce kapacita jedné buňky. Tuto vlastnost je třeba vzít v úvahu při vytváření výkonných napájecích zdrojů.

Kombinované připojení

Existuje další možnost připojení baterií v závislosti na požadovaném napětí a proudu. Například pro získání 42 V a vysoké kapacity je potřeba použít kombinované zapojení, tedy paralelní a sériové zároveň. Tato metoda se často používá ve větrných turbínách k výrobě vysokého napětí, aby je bylo možné snadněji převést na 220 V AC, vhodné pro použití v domácnosti.

Výběr jednoho nebo druhého schématu připojení baterie, paralelního nebo sériového, závisí na tom, co přesně potřebujete získat. Běžná klasická osobní auta vyžadují 12V baterii, takže jedna baterie je dostačující. U nákladních automobilů je k tomu potřeba napětí 24 V, dva jsou zapojeny do série. Pro provoz elektromobilů a výtahů ve skladech se používá 36 a 48 V, následně jsou připojeny 3 a 4 baterie.

Vlastnosti provozu bateriových sad

Každá z baterií, stejně jako články v nich, nejsou vždy identické ve svých fyzikálních a chemických vlastnostech. Dokonce i v rámci stejné šarže se charakteristiky mohou značně lišit, což způsobí, že některé baterie budou více namáhány než jiné. V tomto případě musí být pro každou baterii samostatná jednotka pro regulaci nabíjecího proudu a spotřeby za provozu. Vyrovná hodnotu tak, aby poskytoval optimální výkon zdroje. Zařízení bude také regulovat nabíjecí proud a eliminuje možnost doplňování hustoty jedné baterie na úkor ostatních.

Co se týče sériového zapojení, ani zde není vše jasné. S bateriemi nastávají následující situace:

• Pokud dojde ke zkratu jednoho z článků, pak se celková kapacita v paralelním zapojení sníží přesně o její hodnotu v jedné baterii a zbytek bude pracovat v režimu přetížení.
• Dojde-li při sériovém zapojení ke zkratu v jednom z článků, výsledné napětí na svorkách celé instalace se úměrně sníží.
• Pokud dojde k přerušení jednoho z článků v sériově zapojeném systému, nebude na výstupu žádné napětí.

Pro získání napětí nestandardní hodnoty, například 18 V nebo jiné hodnoty, použijte samostatné baterie nebo bateriové články 2,3-2,7 V. V tomto případě bude kapacita celé baterie rovna kapacitě nejmenší z celého řetězce.

Autor Aluarius Délka čtení 8 min. Zhlédnutí 27.4 tis. Publikováno 18.05.2020

V tomto článku vám řekneme, jak správně zapojit baterie, vysvětlíme rozdíly mezi různými typy připojení a proč je to všechno nutné.

Proč připojovat více baterií?

Hlavní důvody, proč jsou baterie kombinovány do sestav, lze shrnout následovně:

1. Snižte ohmické ztráty (nebo tepelné ztráty při přenosu výkonu) zvýšením odporu systému. Proud a odpor jsou navzájem nepřímo úměrné a čím slabší proud, tím nižší jsou ztráty.
2. Sestavte baterii vhodnou pro napájení zařízení s vyšším rozsahem napětí.
3. Zvyšte kapacitu baterie.
4. Zvyšte výkon i napětí.

Jedním slovem vytvářejí baterii, která vyhovuje konkrétním potřebám. Je jednodušší a pohodlnější kombinovat baterie, které máte po ruce, než kupovat desítky různých baterií. A v některých případech je to prostě levnější.

POMOC. Elektrická energie, která se akumuluje v baterii, se skládá z energií jejích základních prvků. Proto u sériového, paralelního a kombinovaného zapojení to bude stejné, pokud se použijí stejné prvky ve stejném množství.

Jaké typy spojení existují?

Nejčastěji používané zapojení baterií je sériové a paralelní. Existuje také třetí typ, kombinovaný nebo sériově paralelní.

Je možné připojit baterie různých kapacit?

Důsledně – ne. Jde o to, že vnitřní odpor závisí na kapacitě. Čím větší kapacita, tím nižší odpor. V sestavě je velký rozdíl napětí a někde může být mnohem vyšší než limit a někde – mnohem nižší. Při připojení nabíječky se baterie s nižší kapacitou nabije rychleji a bude mít přepětí, což povede k poškození a ztrátě kapacity, zatímco baterie s vyšší kapacitou nebudou nikdy plně nabity.

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

POZOR! Není možné zapojit do série baterie různých kapacit, různých typů a různých stupňů nabití. Měly by být co nejpodobnější, nejlépe ze stejné šarže.

Na otázku, zda je možné paralelně zapojit baterie různých kapacit, je odpověď ano. Ale buďte opatrní. Ujistěte se, že napětí na jejich svorkách je stejné. Pokud se velmi liší, může to způsobit zkrat nebo poškození menší baterie. Za úvahu také stojí, že svorky konkrétní baterie nemusí dlouhodobě odolávat příliš velkému proudu. Před montáží si přečtěte specifikace.

Vlastnosti sériového připojení baterií

Zapojit baterie do série není tak náročný úkol. Plus první baterie připojíme ke plusu elektrického obvodu, plus druhé baterie připojíme k mínusu první baterie a tak dále. Mínus druhého je spojen s mínusem elektrického obvodu. Před zapojením baterií do série se ujistěte, že mají stejné parametry.

Čtěte také: Jak vybrat zdroj 24V DC

Vzorce (U – napětí, I – proud, C – kapacita, E – elektrická energie):

systém

Kapacita systému

Kapacita baterie při sériovém zapojení se bude rovnat kapacitě jednoho prvku a napětí prvků se sečte. Obrázek například ukazuje, jak zapojit baterie do série. V tomto případě se napětí baterie zvýší 4krát (12*4 = 48 V) a kapacita zůstane rovna 200 Ah.

Na co se používá

Různá zařízení mají různé rozsahy napětí. Současně se pracovní napětí elektrických baterií pohybuje od 0,5 do 48 V. Pokud je potřeba autonomní zdroj energie pro zařízení, zařízení elektrického pohonu, startéry automobilů, je pro něj vytvořeno zvýšené pracovní napětí. To se provádí právě zapojením baterií do série.

Nejjednodušším příkladem takového zapojení je kapesní svítilna. Čím nižší je napětí ve svítilně, tím slabší žárovka hoří. Nejčastěji se takový systém používá v automobilových olověných akumulátorech. Jednotlivé prvky v nich se nazývají banky a ve společném tělese je spojují olověné sběrnice. Akumulátorové nářadí a elektrokola využívají lithium-iontové baterie.

Vlastnosti paralelního připojení baterií

Jak zapojit dvě baterie paralelně: plus každého prvku je spojen s plusem dalšího a mínus s mínusem.

Vzorce (U – napětí, I – proud, C – kapacita, E – elektrická energie):

systém

Kapacita systému

Paralelní připojení baterií umožňuje zvýšit kapacitu systému bez zvýšení napětí. Pokud jsou například tři stejné baterie z výše uvedeného schématu zapojeny paralelně, napětí baterie bude 12 V a kapacita se zvýší na 600 Ah (200 Ah * 3).

Na co se používá

Nejčastěji se paralelní zapojení baterií používá v nouzových nebo nepřerušitelných zdrojích napájení. Paralelní zapojení baterií umožňuje zvýšit výkon, proto se používá i v těžké speciální technice a v motorech těžkých nákladních vozidel. Tento typ spojení je běžný i v námořnictvu: zajišťuje provoz nouzové komunikace a systémů podpory života, osvětlení a pomocných dieselových motorů.

Vlastnosti sériově-paralelního připojení baterií

S tímto přístupem se sériové připojení baterií provádí současně s paralelním připojením. Existují dvě možné možnosti:

1. Nejprve se připraví požadované napětí zapojením baterie do série. Z několika takových sestav se pak sestaví systém s požadovanou elektrickou kapacitou.
2. Nejprve se baterie zapojí paralelně pro zvýšení kapacity, poté se napětí zvýší zapojením sestav do série.

systém

Kapacita systému

V tomto případě se zvyšuje kapacita i napětí. V příkladovém schématu byly nejprve dvě baterie zapojeny do série, čímž byly získány dvě sestavy o kapacitě 200 Ah a napětí 24 V, a poté byly hotové sestavy spojeny paralelně. Napětí tedy zůstalo 24 V a kapacita se zvýšila na 400 Ah.

Na co se používá

Nejčastěji se používá k napájení elektricky poháněných strojů. Pokud mluvíme o lithiových bateriích, používají se k výrobě baterií do notebooků. 4×3,6V články v sérii poskytují 14,4V, zatímco dva články paralelně poskytují 4800mAh.

POZOR! Vyberte správné vodiče pro připojení baterií. Pamatujte, že s rostoucí kapacitou se zvyšuje i proud. Je lepší použít samozhášivé nebo nehořlavé dráty.

Bezpečnostní opatření

• používejte dielektrické rukavice;
• nedotýkejte se svorek holýma rukama;
• baterie musí být odpojeny od zátěže;
• používejte nástroje s izolovanými rukojeťmi;
• před připojením zkontrolujte svorky a připojovací kontakty;
• nepoužívejte baterie s různými parametry a stupněm opotřebení;
• pozor na polaritu;
• pro připojení použijte vhodné vodiče;
• Izolujte sestavu před vlhkostí

VAROVÁNÍ! Hlavní věcí je chránit se před úrazem elektrickým proudem.

Chyby spínání a jejich důsledky

Chyby spínání lze rozdělit na chyby v samotném zapojení (záměna plusu a mínusu) a nesprávný výběr baterií a propojovacích vodičů.

Čtěte také: Kolik voltů by měla ukazovat nabitá baterie

Pokud zaměníte terminály, může se stát následující:

• uzavření;
• zapalování;
• tavení drátů;
• poškození baterie (ztráta energie).

Pamatujte, že s rostoucím výkonem budou vyžadovány spojovací vodiče vhodného průřezu. Před přepnutím bude vyžadován pečlivý výpočet všech parametrů. O bateriích jsme již psali výše; Pokud připojíte špatné baterie, zničíte je.

Kontrola stavu systému

Nejprve se ujistěte, že jsou baterie neporušené, bez prasklin, rzi nebo stop oxidace. Vodiče na svorkách musí být bezpečně upevněny. Pokud vše vypadá navenek v pořádku, můžete zkontrolovat napětí a proud.

1. Kontrola poklesu napětí při připojení zátěže.
   K systému se připojí zátěž o určité velikosti a úbytek napětí se měří multimetrem nebo voltmetrem. Test můžete provést několikrát s přestávkami mezi měřeními, aby se nabití obnovilo. Získaná data je nutné porovnat s parametry použitého typu baterie s přihlédnutím k hodnotě zatížení.
2. Měření napětí bez zátěže.
   Různé typy baterií mají své vlastní hodnoty napětí naprázdno. Například pro olovo je to 12,6 V.
3. Použití nakládací vidlice.
   Pokud se napětí mírně zvýší nebo je stabilní během 5-10 sekund, pak systém funguje správně.
4. Kontrola pomocí speciálních analyzátorů a testerů.
   Můžete rychle změřit napětí a určit kapacitu pomocí testerů jako Coulomb, PITE, Fluke, Vencon.
5. Úplné vybití/nabití.
   Toto je možná nejspolehlivější metoda. Pomocí speciálních přístrojů (UKRZ) se provádí hluboké vybití s ​​následným plným nabitím s nepřetržitým sledováním kapacity. Tato metoda je však velmi dlouhá, může trvat od 15 hodin do dne i více.

POMOC. Pokud pracujete s olověnými bateriemi, věnujte pozornost elektrolytu: jeho hladina by měla být o několik mm výše než olověné destičky a hustota by měla být v rozmezí 1,23 – 1,31 g/cm3 (lze měřit hustoměrem). V důsledku poškození desek může dojít ke změně barvy na hnědou.

Nakonec několik tipů, jak připojit baterie 18650:

• Je lepší vzít baterie od Panasonic, LG, Samsung nebo Sanyo;
• Niklové pásy jsou lepší než poniklovaný kov;
• Baterie by se nikdy neměly přehřívat, proto používejte bodové svařování nebo rychlé pájení;
• Před připojením vyrovnejte napětí na bateriích pomocí nabíječky;
• Umístěte desku BMS na sestavu.

Doufáme, že jsme vám trochu pomohli porozumět tématu a že si v případě potřeby bez problémů sestavíte vlastní bateriový systém.