Аккумулятор — допускающий повторную зарядку химический источник тока (гальванический элемент). Аккумуляторная батарея — объединенные в единый блок по определенной схеме несколько источников. Каждый из них характеризуется емкостью (Ач), напряжением (В) и объемом запасенной энергии (кВт*ч), а схема соединения — особенности батареи. Зная их, можно самостоятельно изготовить аккумулирующий источник питания. Выясним, что такое последовательно-параллельное, последовательное и параллельное подключение аккумуляторов, зачем их использовать и как это правильно делать.
Зачем соединять аккумуляторы в один блок?
При работе систем наблюдаются омические потери напряжения. Эта та часть затраченной энергии, которая преобразуется в тепло, не давая полезной работы. Объединяя аккумуляторы определенным образом, можно уменьшить потери, увеличив КПД. Бывают случаи, когда для работы оборудования емкости одного гальванического элемента недостаточно. Покупать батарею большей емкости дорого, да и не всегда удобно (например, проблемы с размещением). Практичнее объединить два однотипных химических источника энергии.
Запросы по характеристикам питания в различных областях различны.
Варианты подключения аккумуляторов
Подсоединение двух и более аккумуляторов выполняют:
-
- Параллельно — увеличение емкости и силы тока аккумулирующего энергию блока.
- Последовательно — увеличение напряжения.
- Последовательно-параллельно — одновременное увеличение и емкостных параметров, и напряжения.
Где это работает? Переносная компьютерная техника работает на аккумуляторных батареях, в которых обычно 4 литий-ионных источника с номинальным напряжением 3.6 В соединены последовательно (суммарный параметр 14.4 В), а 2 элемента емкостью 2 400 мАч того же типа подключены параллельно (суммарный параметр 4 800 мАч). Когда энергопотребление стандартизировано, используют стандарты аккумуляторов, которые тоже объединяются. Например, для запуска двигателя автомобиль расходует заданное количество электричества, которая расходуется и на подпитку противоугонных устройств, автоматики. При увеличении нагрузки, требуется и увеличение характеристики блока.
Параллельное соединение аккумуляторов
Применяется в тех случаях, когда техническими условиями требуется сохранить неизменным номинальное напряжение источника, но повысить его емкость. Для построения батареи необходимо параллельное соединение аккумуляторов в одну цепь. Придется соединять однополюсные выводы всех гальванических элементов.
Принцип: минус и плюс предыдущего источника соединяют с однополюсными выводами следующего. То есть один общий проводник будет объединять все аноды, а другой — катоды всех элементов.
Предположим, что в цепи будет задействовано 6 АКБ. Каждый 12-вольтовой элемент имеет емкость 200 Ач. Если их запараллелить, то суммарный параметр напряжения будет равен 12 В, емкости — 1 200 А, мощности — 4 800 А*ч.
Особенности параллельного подключения
- Нужно учитывать глубину разряда. Этот параметр есть у каждого элемента в цепи. Его обязательно учитывают при эксплуатации аккумуляторной батареи. НЕЛЬЗЯ разряжать источник ниже этого параметра.
- При эксплуатации блока также учитывают характеристики самораздяра.
Последовательное соединение аккумуляторов
Рабочее напряжение аккумуляторов может быть разным. Параметр колеблется в диапазоне — 0.5-48 Вольт. Если для запуска ДВС автомобиля, автономного питания электрооборудования или электроприводной спецтехники необходим другой диапазон, используют последовательное соединение аккумуляторов в единую цепь. Количество химических источников тока рассчитывается по характеристикам напряжения.
Принцип: объединяются разнополюсные клеммы гальванических элементов. Вывод «+» предыдущего источника соединяется с выводом «-» следующего. То есть вывод «+» первого элемента и вывод «-» последнего выводятся наружу. Они и будут анодом и катодом аккумуляторной батареи.
Предположим, что в цепи будут участвовать четыре 12-вольтных химических источников тока емкостью 200 А и мощностью 800 А*ч. При последовательном подсоединении суммарное напряжение аккумуляторной батареи будет равно 48 В, емкость батареи останется неименной.
Подобным способом объединяются химические источники тока в АКБ для автомобилей, автобусов и другой техники. Элементы упакованы в один корпус и объединены при помощи свинцовых шин. Из этого же материала изготавливают электроды элементов. Свинцовые части могут соединяться между собой не на механическом, а на молекулярном уровне, что предупреждает развитие коррозийных электрохимических реакций. Увеличен срок эксплуатации батареи.
Особенности последовательного подключения
- Одновременно можно подключать любое количество гальванических элементов, но все они в цепи должны быть одинаковыми и однотипными. Например, литий-ионные соединяют с литий-ионными, но не кадмий-никелевыми.
- Емкости всех химических источников тока должны быть одинаковыми (очень близкими по значению).
- Нужна балансировка заряда при этом типе сборки. Она обеспечит длительный срок службы батареи без дополнительной подзарядки, безопасность ее эксплуатации. Можно применять активный и пассивный метод балансировки.
- Если в цепи выходит из строя один аккумулятор, то менять придется все элементы.
- Если использовано последовательное подключение аккумуляторов, то выбору зарядного устройства нужно уделить особое внимание. Лучше использовать приспособления с контроллером заряда.
- Проводники должны выдерживать нагрузку в 3 раза превышающую номинальную.
Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов
Схема объединения аккумуляторов, предполагающая использование различных типов подключения — параллельное и последовательное, носит название комбинированной или смешанной. Ее используют в тех случаях, когда нужно увеличить и емкость, и напряжение аккумуляторной батареи. Существует два способа соединения нескольких аккумуляторов последовательно и параллельно:
Принцип 1: последовательно объединяются элементы с необходимым рабочим напряжением, затем параллельно соединяются требуемое число сборок, способных обеспечить оптимальные параметры емкости.
Принцип 2: параллельно объединяются аккумуляторы для обеспечения необходимой емкости, затем элементы подключаются последовательно, чтобы было достигнуто нужное напряжение.
Предположим, что в цепи будут задействованы три 12-вольтовые аккумулятора с емкостью 200 А и мощностью 800 А*ч. Тогда аккумуляторная батарея будет иметь рабочее напряжение 36 В, емкость 600 А.
При смешанном подключении можно сформировать источник питания любых необходимых параметров. Но у процесса коммутации есть ряд ограничений, связанных с подзарядкой батареи и ее размещением.
Особенности смешанного подключения
- Увеличение тока и емкости требует грамотного подбора соединительных проводов. Чем параметры выше, тем больше сечение жилы.
- Рекомендуется при параллельно-последовательном объединении элементов использовать самозатухающие и негорючие провода.
- Расчет параметров проводят по техническим требованиям подключаемой нагрузки.
Меры предосторожности при подключении
- соблюдать правила безопасности при работе с электрическим током, одевать резиновые перчатки;
- предупредить создание цепи прохождения электротока через человеческое тело;
- избегать коротких замыканий;
- не пренебрегать полярностью;
- к клеммам АКБ голыми руками не прикасаться;
- не собирать аккумуляторы, подключенные к нагрузкам (раздельно перепроверить каждый перед включением в цепь);
- зарядное устройство нужно отключить перед тем, как подключать батарею;
- применять инструменты с изолированными рукоятками;
- не пренебрегать параметрами тока АКБ и нагрузки перед тем, как воспользоваться блоком;
- соединительные контакты должны быть надежными и изолированными;
- сборку защитить изоляционным корпусом от попадания влаги;
- применять одинаковые аккумуляторы по параметрам, степени износа;
- перед тем, как воспользоваться сборкой, протестировать ее на предмет некорректного соединения клемм.
При исправлении ошибок первоначально отсоединяют нагрузку (зарядное устройство), затем только проводят переделку блока.
Ошибки коммутации и их последствия
- Формирование короткозамкнутого контура. В гальванических элементах начнется химическая реакция, которая приведет к вытеканию электролита, короблению корпуса, взрыву, возгоранию (характерно для параллельного соединения).
- Размыкание контура. Во время подключения нагрузки сгенерируется обратный электроток через некорректно подсоединенный источник. Это приведет к быстрому выходу из строя блока (характерно для последовательного соединения).
- Продолжительное короткое замыкание. Результат — расплавление проводов, возгорание, коробление корпуса, химическая реакция внутри источников, воспламенение, утечка электролита и взрыв.
- Кратковременное замыкание. Результат — снижение емкости, порча электродов.
- Перегрев и оплавление проводников. Результат — короткое замыкание (если некорректно подобран проводник по сечению).
Проверка подключения
После завершения работ следует оценить качество всех соединений, их надежность, изоляцию. Характеристики аккумуляторной батареи проверяют через включение рабочей, второстепенной нагрузки. Проверяют падение напряжения. Пробы снимают несколько раз после восстановления АКБ. Для перепроверки данных можно использовать вольтметр, мультиметр или специальные устройства: приборы Кулона, тестеры, анализаторы. Только удостоверившись, что все сделано по схеме и без ошибок, можно использовать АКБ.
Как вам статья?
