Электрическая складская техника и машины специального назначения нуждаются в мощном и энергоемком источнике постоянного тока. Емкость и пусковой ток — это одно дело, часто требуется напряжение более 12 В. Для этого применяют разные варианты подключения батарей, достигая, таким образом, нужных величин напряжения и токов. Например, параллельное соединение аккумуляторов приводит к увеличению отдаваемого тока и емкости, но при этом напряжение остается равным его значению на одной батарее. Рассмотрим разные варианты схем и их особенности.

Способы получения нужных величин напряжений и токов

Различают три схемы включения аккумуляторов в зависимости от требуемых значений токов и напряжений для работы оборудования. Рассмотрим их подробнее и опишем основные особенности применения тех или иных.

Параллельное соединение батарей

Если нужно увеличить отдаваемый ток, применяют соединения аккумуляторов параллельным способом. Отличие такой схемы — все минусы батарей соединены в общую шину, как и плюсы. Получается один большой аккумулятор с распределенной емкостью.

При выборе такой схемы важно не допустить дисбаланс, то есть, категорически нельзя использовать аккумуляторы разной емкости. Это должны быть исключительно одинаковые источники постоянного тока по току, напряжению и емкости. Желательно использовать батареи одного производителя и даже из одной серии, так как у них может существенно отличаться внутреннее сопротивление.

При параллельном соединении батареи достигается следующее:

  1. Суммируется генерируемый ток. Для определения его окончательного значения достаточно сложить токи каждой из батарей. Такое соединение применимо для тех видов машин и оборудования, где применяются мощные энергетические установки. Например, тяговые моторы высокой мощности.
  2. Напряжение остается неизменным и равно его значению на одной АКБ. Это связано с тем, что цепь между двумя зажимами питания не дополняется парами электродов, а на каждой из них потенциал остается неизменным.
  3. В такой схеме нужно предусматривать систему защиты от перегрузок в случае короткого замыкания в одной из батарей. Это важно, так как остальные также выйдут из строя, если не возникнет возгорание по причине перегрева.

Пример расчета энергетических характеристик при параллельном соединении:

Если один аккумулятор обладает емкостью 200 А/ч и выдает ток 1000 А, то можно смело считать, что результирующий пусковой ток равнее 2000 А, а емкость 400 А/ч. Если напряжение на одном АКБ 12 В, тои на всей сборке оно будет таким.

Последовательное соединение

В электрокарах для экономии на меди и необходимой эффективности работы силовых компонентов повышают напряжение, но как это сделать, если на одной батарее оно составляет 6, 12 или 24 В. Достичь этого можно при последовательном соединении батарей. Важно, чтобы емкость каждой из них была одинаковой, но если такой возможности нет, то ничего критичного не будет. Заряд равномерно распределиться по системе, а максимальный зарядный ток будет ограничен наименьшим по емкости автомобильным аккумулятором.

Соединения аккумуляторов последовательного типа позволяют получить увеличенное напряжение, более 12 и 24 В. Используя разные типы батарей или количество одиночных ячеек, можно сформировать любой потенциал. Например, нам требуется получить напряжение 36 В для питания преобразователя и мотора складского подъемника.

Имея в распоряжении 12-вольтовые батареи, достаточно их соединить последовательно. Также такое напряжение можно получить, подключив последовательно 24 и 12-вольтовые источники постоянного тока. Но как определить тока результирующий ток, который способна будет выдать такая батарея?

На самом деле запомнить легко. Соединения аккумуляторов параллельным способом позволяют увеличить выдаваемый ток, а при последовательном — напряжение. Достаточно сложить падение потенциалов на каждой из батарей и получится результирующее его значение. Что касается токов и емкости, здесь расчет другой.

Расчет емкости при последовательном включении источников

Так как каждая батарея и даже ячейка внутри нее обладает каким-то значением сопротивления. Оно будет разным во всех парах электродов. По той причине емкость считается по специальной формуле:

1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn, где С — емкость одного аккумулятора, n — количество батарей в системе.

Из этой формулы следует, что конечная емкость будет меньше, чем даже у одной ячейки. Данное свойство нужно учитывать при создании мощных блоков питания.

Комбинированное соединение

Существует еще один вариант схемы включения аккумуляторов в зависимости от требуемого значения напряжения и токов. Например, для получения 42 В и большой емкости нужно применить комбинированное подключение, то есть, параллельное и последовательное одновременно. Такой метод часто используется в ветрогенераторных установках для получения высоких напряжений с целью их более простого преобразования в переменное 220 В, удобное для использования в бытовой сфере.

Выбор той или иной схемы соединения аккумуляторов, параллельное или последовательное, зависит от того, что именно нужно получить. Для обычных классических легковых автомобилей нужен элемент питания 12 В, поэтому достаточно одной батареи. Для грузовых машин требуется напряжение 24 В, для этого соединяют два последовательно. Для работы электрокаров и подъемников на складах используется 36 и 48 В, тогда соединяют 3 и 4 батареи, соответственно.

Особенности работы батарейных блоков

Каждая из батарей, как и ячейки внутри них далеко не всегда идентичны по своим физическим и химическим характеристикам. Даже в одной партии характеристики вполне могут отличаться, из-за чего одни батареи оказываются более нагруженными, чем другие. В таком случае, для каждого АКБ должен быть предусмотрен отдельный блок регулирования тока заряда и потребления в процессе работы. Оно будет балансировать значение, обеспечивая оптимальные характеристики источника. Также устройство будет регулировать ток зарядки и исключая вероятность восполнения плотности одной батареи за счет других.

Что касается последовательного соединения, здесь также не все однозначно. С батареями происходят следующие ситуации:

  • Если одна из ячеек замкнет, то общая емкость при параллельном соединении уменьшится ровно на ее значение в одной батарее, а остальные будут работать в перегрузочном режиме.
  • Если возникнет короткое замыкание одной из ячеек при последовательном соединении, то пропорционально снизится результирующее напряжение не выводах всей установки.
  • Если в одной из ячеек произойдет обрыв в последовательно соединенной системе, то на выходе напряжение будет отсутствовать.

Для получения напряжения нестандартной величины, например, 18 В или иное значение, используют отдельные батарейки или аккумуляторные ячейки по 2,3-2,7 В. При этом емкость всей батареи будет равна емкости наименьшей из всей цепочки.

Блоки питания

Автор Aluarius На чтение 8 мин. Просмотров 27.4k. Опубликовано 18.05.2020

В этой статье мы расскажем, как правильно соединять аккумуляторы, объясним, чем отличаются разные типы соединений, и зачем вообще все это нужно.

Для чего соединять несколько аккумуляторов

Основные причины, по которым аккумуляторы объединяют в сборки, можно свести к следующим:

  1. Уменьшить омические потери (или потери тепла при передаче электроэнергии) путем увеличения сопротивления системы. Сила тока и сопротивление обратно пропорциональны друг другу, а чем слабее ток, тем меньше потери.
  2. Собрать батарею, подходящую для питания приборов с более высокими диапазонами напряжений.
  3. Увеличить емкость аккумулятора.
  4. Увеличить и мощность, и напряжение.

Одним словом, создают АКБ, которая подходит под конкретные нужды. Проще и удобнее комбинировать имеющиеся под рукой аккумуляторы, чем покупать десятки различных батарей. А в некоторых случаях это банально дешевле.

СПРАВКА. Электроэнергия, которая накапливается в АКБ, складывается из энергий составляющих элементов. Поэтому и при последовательном, и при параллельном, и при комбинированном соединении она будет одинаковой, если используются одни и те же элементы в одном и том же количестве.

Какие виды соединения существуют

Чаще всего используется последовательное и параллельное соединение аккумуляторов. Есть еще третий вид, комбинированный, или последовательно-параллельный.

Можно ли соединять АКБ разной емкости

Последовательно — нет. Дело в том, что от емкости зависит внутреннее сопротивление. Чем больше емкость, тем ниже сопротивление. В сборке образуется большая разница напряжения, и где-то оно может оказаться сильно выше предела, а где-то — намного ниже. При подключении зарядного устройства аккумулятор с меньшей емкостью зарядится быстрее и на нем будет избыток напряжения, что приведет к порче и потере емкости, в то время как аккумуляторы с большей емкостью так и не зарядятся до конца.

При подключении нагрузки произойдет обратная ситуация: маленький аккумулятор разрядится ниже допустимой границы (так называемый глубокий разряд), в результате потеряв часть своей емкости.

ВАЖНО! Нельзя соединять последовательно аккумуляторы разной емкости, разного типа, разной степени зарядки. Они должны быть максимально похожи, лучше — из одной партии.

На вопрос о том, можно ли параллельно соединять аккумуляторы разной емкости, ответ — да. Но осторожно. Убедитесь, что напряжение на их клеммах равно. Если оно будет сильно отличаться, это может вызвать короткое замыкание либо порчу меньшего аккумулятора. Еще стоит учитывать, что клеммы конкретного аккумулятора могут не выдержать слишком сильный ток в течение длительного времени. Смотрите технические характеристики перед сборкой.

Особенности последовательного соединения АКБ

Последовательное соединение АКБ — задача не такая уж сложная. К плюсу электрической схемы подсоединяем плюс первой батареи, к минусу первой батареи подключаем плюс второй, и так далее. Минус последней подключается к минусу электросхемы. Перед тем как последовательно соединить аккумуляторы, убедитесь в том, что они одинаковы по параметрам.

Читайте также: Как выбрать блок питания 24В постоянного тока

Формулы (U — напряжение, I — ток, C — емкость, E — электрическая энергия):

Схема

Емкость системы

Емкость АКБ при последовательном соединении будет равна емкости одного элемента, а напряжение элементов будет суммироваться. Например, на схеме показано, как подключить аккумуляторы последовательно. В таком случае напряжение батареи вырастет в 4 раза (12*4 = 48 В), а емкость останется равной 200 Ач.

Для чего используется

Разные устройства имеют различные диапазоны напряжений. В то же время, рабочее напряжение электроаккумуляторов варьируется от 0,5 до 48 В. Если нужен автономный источник энергии для приборов, электроприводной техники, стартеров автомобилей, для него создается повышенное рабочее напряжение. Делается это как раз с помощью последовательного соединения аккумуляторных батарей.

Самый простой пример такого соединения — карманный фанарик. Чем ниже напряжение в фонарике, тем более тускло горит лампочка. А наиболее часто такая система используется в автомобильных свинцово-кислотных АКБ. Отдельные элементы в них называются банками и объединены в общем корпусе свинцовыми шинами. В беспроводных инструментах и электровелосипедах используются литий-ионные аккумуляторы.

Особенности параллельного соединения АКБ

Как соединить два аккумулятора параллельно: плюс каждого элемента подсоединяют к плюсу последующего, а минус — к минусу.

Формулы (U — напряжение, I — ток, C — емкость, E — электрическая энергия):

Схема

Емкость системы

Параллельное подключение аккумуляторов позволяет увеличить емкость системы, не увеличивая напряжение. Например, при параллельном соединении трех идентичных аккумуляторов со схемы выше, напряжение батареи будет равно 12 В, а емкость увеличится до 600 Ач (200 Ач * 3).

Для чего используется

Чаще всего параллельное подключение АКБ используется в источниках аварийного или бесперебойного питания. Параллельное соединение аккумуляторов позволяет увеличить мощность, поэтому применяется также в тяжелой спецтехнике и в двигателях большегрузных автомобилей. Такой тип соединения распространен и на флоте: он обеспечивает работу аварийных систем связи и жизнеобеспечения, освещения и вспомогательных дизелей.

Особенности последовательно-параллельного соединения АКБ

При таком подходе последовательное подключение аккумуляторов проводят одновременно с параллельным. Существует два возможных варианта:

  1. Сперва подготавливается требуемое напряжение путем последовательного подключения АКБ. Затем из нескольких таких сборок составляется система с необходимой электрической емкостью.
  2. Сперва соединяют аккумуляторы параллельно для увеличения емкости, затем увеличивают напряжение, соединяя сборки последовательно.

Схема

Емкость системы

В данном случае увеличивается и емкость, и напряжение. В примере на схеме подключили сперва по два аккумулятора последовательно, получив две сборки с емкостью 200 Ач и напряжением 24 В, а затем объединили готовые сборки параллельно. Таким образом, напряжение осталось 24 В, а емкость увеличилась до 400 Ач.

Для чего используется

Чаще всего используется для питания машин с электрическим приводом. Если говорить о литиевом аккумуляторе, то из них составляют акб для портативных компьютеров. 4 последовательных элемента по 3,6 В обеспечивают напряжение 14,4 В, а два параллельных — емкость 4800 мАч.

ВАЖНО! Правильно подбирайте провода для соединения аккумуляторов. Помните, что при увеличении емкости увеличивается и ток. Лучше использовать самозатухающие или негорючие провода.

Техника безопасности

  • используйте диэлектрические перчатки;
  • не прикасайтесь к клеммам голыми руками;
  • аккумуляторы должны быть отключены от нагрузок;
  • пользуйтесь инструментами с изолированными рукоятками;
  • проверьте клеммы и соединительные контакты перед подключением;
  • не используйте аккумуляторы с разными параметрами и степенью износа;
  • будьте внимательны с полярностью;
  • используйте подходящие провода для соединения;
  • изолируйте сборку от влаги

ВНИМАНИЕ! Главное — обезопасить себя от удара током.

Ошибки коммутации и их последствия

Ошибки коммутации можно разделить на ошибки самого соединения (перепутали плюс и минус) и на неправильный выбор аккумуляторов и соединяющих проводов.

Читайте также: Сколько вольт должен показывать заряженный аккумулятор

Если вы перепутаете клеммы, возможно следующее:

  • замыкание;
  • воспламенение;
  • оплавка проводов;
  • порча АКБ (падение мощности).

Помните, что при увеличении мощности потребуются соединяющие провода с подходящим сечением. Перед коммутацией понадобится тщательный расчет всех параметров. Про аккумуляторы мы уже писали выше; если вы соедините неподходящие акб, вы их испортите.

Проверка работоспособности системы

В первую очередь убедитесь, что аккумуляторы целые, без трещин, без ржавчины и следов окислов. Провода на клеммах должны быть хорошо закреплены. Если внешне все в порядке, можно проверить напряжение и силу тока.

  1. Проверка падения напряжения при подключении нагрузки.
    К системе подключается нагрузка определенной величины и измеряется падение напряжения мультиметром или вольтметром. Можно провести проверку несколько раз, делая паузы между измерениями, чтобы дать заряду восстановиться. Полученные данные нужно сравнить с параметрами используемого типа батареи с учетом величины нагрузки.
  2. Измерение напряжения без нагрузки.
    У разных типов акб свои значения напряжения разомкнутой цепи. Например у свинцово-кислотного это 12,6 В.
  3. Использование нагрузочной вилки.
    Если в течение 5-10 секунд напряжение незначительно возрастает или стабильно, то система исправна.
  4. Проверка с помощью специальных анализаторов и тестеров.
    Можно быстро замерять напряжение и определять емкость с помощью приборов-тестеров, например, Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
  5. Полная разрядка / зарядка.
    Это, пожалуй, самый достоверный способ. С помощью специальных устройств (УКРЗ) выполняется глубокая разрядка, а затем полная зарядка с непрерывным контролем емкости. Однако этот метод очень долгий, он может занимать от 15 часов до суток и более.

СПРАВКА. Если вы работаете со свинцово-кислотными аккумуляторами, обращайте внимание на электролит: его уровень должен быть выше свинцовых пластин на несколько мм, а плотность — находиться в пределах 1,23 — 1,31 г/см3 (ее можно измерить ареометром). Изменение оттенка на бурый может происходить из-за порчи пластин.

Напоследок несколько советов о том, как соединить аккумуляторы 18650:

  • лучше брать батареи фирм Panasonic, LG, Samsung или Sanyo;
  • никелевые полосы лучше, чем никелированные металлические;
  • аккумуляторы ни в коем случае нельзя перегревать, поэтому используйте точечную сварку, либо быструю пайку;
  • перед единением выравняйте напряжение на батареях с помощью зарядного устройства;
  • поставьте на сборку плату BMS.

Надеемся, мы помогли вам немного разобраться в теме, и вы сможете без проблем собрать свою систему акб, если потребуется.