Последовательное соединение аккумуляторов 18650 – Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов — схемы, особенности

Содержание

Механические боксмоды (типы соединений) — все точки над «и»

Здравствуй, дорогой друг! Сегодняшняя тема статьи для энциклопедии вейпинга пришла в голову редакции весьма спонтанно. Везде ходят легенды и недопонимания вокруг типа подключения аккумуляторов в механических (и не только) боксмодах. Мы же недолгое время побудем в шкуре Джейми Хайнемана и Адама Сэвиджа и развеем пару мифов.

Начнем с того, что такое параллельное и последовательное сопротивление и в чём между ними разница.

При параллельном соединении аккумуляторы, как ни странно, соединяются параллельно:

Параллельное соединение (картинка с сайта http://club.dns-shop.ru )

Такой тип соединения позволяет увеличить максимальную токоотдачу. Например, если ты используешь аккумуляторы на 30 ампер, то в механическом боксе на два аккумулятора ты можешь рассчитывать на 60 ампер, то есть нагрузка на аккумуляторы будет делиться пополам.

Также возрастает и ёмкость. Например, если ты используешь два аккумулятора по 2200 мАч, то общая емкость будет равна 4400 мАч, что не может не радовать.

Стоит отметить и один тонкий момент. Многим известно, что больший вклад в общую просадку напряжения при использовании механических модов вносят именно просадки аккумуляторов (при использовании модов с минимальными просадками). Как правило, чем меньше сопротивление (т.е. больше нагрузка, т.к. при уменьшении сопротивление токоотдача увеличивается), тем больше «просаживается» аккумулятор — даёт меньшее напряжение. В данном случае нагрузка распределяется между аккумуляторами, следовательно просадки получаются меньшими. Возможно ты уже встречал не раз причудливые огромные боксмоды с четырьмя и более аккумуляторами. С точки зрения эргономики это жутко неудобно (размеры зачастую действительно поражают), но просадки при параллельном соединении на таких девайсах действительно малы.

При последовательном соединении, опять же, как ни странно, аккумуляторы располагаются в цепи последовательно:

Последовательное соединение (фото с сайта http://club.dns-shop.ru )

При таком соединении не увеличивается ни максимальная токоотдача, ни емкость. Увеличивается лишь напряжение. Например, если ты используешь два максимально заряженных аккумулятора по 4,2 вольта каждый, то напряжение без нагрузки будет равно 8,4 вольтам. Такое высокое напряжение называют «хай-вольт» (от англ. high — высокий, большой).

Согласно многим заблуждениям, хай-вольт последовательного подключения способен выдать больше мощности (Ватт), чем 4,2 Вольта при последовательном. Казалось бы, всё логично, но нужно помнить, что «выше меры конь не скачет».

Проведем простые расчёты с парой упрощений. Пусть мы имеем два бокс-мода с последовательным и параллельным сопротивлением, в которых вообще отсутствуют просадки. Также предположим, что замеры мы будем проводить без нагрузки (не навинчивая атомайзер, а просто снимая показатели).

Берем четыре «свежих» заряженных аккумулятора с токоотдачей в 30 ампер и напряжением 4,2 вольта каждый. Исходя из этих данных, попробуем рассчитать максимальную мощность для обоих бокс-модов с разным типом подключения аккумуляторов.

Для параллельного соединения определим минимально допустимое сопротивление, игнорируя просадки аккумуляторов под нагрузкой: поделим напряжение (4,2 вольта) на максимальную токоотдачу (два аккумулятора, 30 ампер + 30 ампер = 60 ампер) и получим 0,07Ω. Далее возводим напряжение в квадрат и делим на сопротивление — получаем 252 ватта.

Для последовательного соединения проделаем те же операции: 8,4 вольта делим уже на 30 ампер и получаем 0,28Ω. При таком сопротивлении и напряжении в 8,4 вольта мощность получится той же — 252 Ватта.

Какие из этого следуют выводы? Все очень просто: параллельное подключение является универсальным решением для каждого дня, особенно при условии, что мы сами можем сделать намотку с таким сопротивлением, которое нам нужно для достижения той или иной мощности.

Последовательное напряжение является решением для людей, которые любят мотать coil pornто есть делать намотки с большой массой (и большой сложности), которая в свою очередь требует большого вольтажа.

Итог довольно прост и напоминает много поговорок: «выше головы не прыгнешь», «выше меры конь не скачет» и так далее.

НО! Все эти выводы актуальны только для механических модов! Подобные выкладки не актуальны для модов с платами регулировки мощности и напряжения!

P.S.

Хочется сделать небольшое философское дополнение на тему механических модов и модов с платами. Все знают, что механические моды являются устройствами для профессионалов. Однако предлагаем посмотреть на это, как на выбор автомобиля с механической коробкой передач и крутой роботизированной коробкой с двумя сцеплениями. В случае вейпинга мы получаем похожую дилемму.

Закон Ома гласит, что при одном и том же напряжении чем меньше сопротивление, тем больше мощность. Поэтому клаудчейсеры мотают все меньше витков и используют всё более жирный кантал для того, чтобы и площадь испарения была большой, и сопротивление низким. Однако большинство забывает про то, что этот жирный кантал сложнее разогреть, нежели тонкий. Если, условно говоря, сделать коил из арматуры и подать туда напряжение в 4,2 вольта, то он вообще не разогреется.

Во всё это дело вмешиваются просадки, усложняя расчеты тем, что при более низком сопротивлении напряжение будет падать всё больше и больше. Таким образом, на мехмоде при определении оптимальной намотки нужно учитывать кучу переменных: толщину кантала и количество витков, сопротивление и, как следствие, просадки, которые, к слову, у разных аккумуляторов разные. В идеальной ситуации для того, чтобы определить лучший билд для данного мехмода и дрипки, нужно проводить множество замеров, а после провести регрессионный анализ. Без этого реальная «эффективность» использования механических модов для клаудчейсинга низкая.

Мод на плате наоборот позволит вам не так сильно заботиться обо всех этих переменных. Намотав примерно адекватный коил для данной дрипки, во время использования устройства можно определить оптимальный вольтаж исходя из вкусовых ощущений, что значительно упрощает весь процесс.

Всё как в автомобилях, грубо говоря. Да, платы обладают меньшей эффективностью (94% в среднем), но на мехмоде куда сложнее получить эффективный билд или заставить нормально работать сложную и тяжелую намотку. Можно устроить гонку с другом на двух Skoda Octavia с одинаковыми двигателями, но на одной будет стоять роботизированная коробка DSG, а на другой механика. Уверен, что в большинстве случаев будет побеждать та, у которой коробка DSG.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Читайте нас в:

Телеграме

Вконтакте


vivalacloud.ru

схема. Что дает параллельное соединение аккумуляторов?

Аккумуляторы обычно изготавливаются с прицелом на работу с определённой стандартизированной нагрузкой. Так, есть батареи, обеспечивающие функционирование микроконтроллеров – они обладают напряжением 5 В. Для работы с двигателями используются аккумуляторы, которые могут предоставить 12 В или 24 В. А что делать, если необходимо получить 60 В? Батарею с таким напряжением ещё попробуй найди. В таком случае нам может помочь соединение аккумуляторов параллельно. Что даёт такой ход? Какова схема такого подключения? Какие особенные аспекты этого хода есть? Как делается параллельное соединение аккумуляторов? Схема для этого действия как выглядит? Все эти, а также ряд других вопросов мы с вами и рассмотрим в рамках данной статьи.

Что дает параллельное соединение аккумуляторов на практике?

Итак, для начала обрисуем общую схему. Соединение аккумуляторов параллельно предусматривает такой подход, чтобы все положительные клеммы подсоединялись к определённой точке на электрической схеме, которая именуется плюсом. Подобное необходимо сделать и с отрицательными выводами. Только они подсоединяются к минусу. Зачем нам нужно такое делать? В конечном результате мы имеем напряжение, которое есть у одного аккумулятора (рассматривается ситуация, что у нас одинаковые батареи). Но вот емкость получившейся конструкции будет равна сумме этого параметра всех источников питания, которые есть в схеме. Электрическая энергия равна единичному значению, помноженному на количество устройств. Это, впрочем, не зависит от того, какое соединение используется – параллельное или последовательное.

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Результат таких действий мы рассмотрели. А почему нам может понадобиться соединение аккумуляторов параллельно? Любые электрические системы или устройства несут омические потери, когда часть энергии превращается в тепло и при этом не происходит полезная работа. Это из-за невозможности получения коэффициента полезного действия 100%. При этом из курса школьной физики можно вспомнить, что чем больше напряжение, тем меньше ток при той же мощности и менее значительные омические потери. Таким образом, чем более высоковольтные аккумуляторы мы используем, тем лучший результат получим. Но даже с таким подходом не всегда может хватать емкости одной батареи. В таком случае можно заменить её на аккумулятор повышенной емкости. Но это не всегда удобно, и иногда проще просто поставить ещё один источник питания и использовать параллельное соединение аккумуляторов, чтобы они дольше поддерживали какую-то систему.

Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?

Параллельное соединение разных аккумуляторов не несёт в себе опасности, если рассматривать проблему с точки зрения напряжения. С клеммами батарей ничего страшного не сможет случиться. Разряд или заряд источников питания будет происходить синхронно в силу характера соединения. А вот если затронуть тему токов, то здесь уже немного сложнее. Так, необходимо позаботиться о том, чтобы он не превышал определённой величины, которая указывается непосредственно самим производителем.

Наиболее распространёнными являются показатели 100 А и 130 А. Причиной такого ограничения является то, что непосредственно клеммы не смогут передавать такой ток (хотя теоретически самому аккумулятору это под силу). Но это самый верх, который может быть только считанные секунды. Давайте рассмотрим более реалистический вариант использования.

Технические ограничения

Если посмотреть на технические характеристики разрешенной величины тока, то обычно здесь больших цифр не увидишь. Так, обычно нельзя допускать, чтобы соединялись вместе аккумуляторы, емкость которых разнится от 5 до 25 раз (это как правило). Более того, данный аспект необходимо внимательно изучить, поскольку возможным является даже короткое замыкание. Риск его возникновения находится в диапазоне 15-70 емкостей самого малого аккумулятора (зависит от марки и технической реализации). Грубо говоря, чем меньше времени они функционируют, тем с большим значением тока можно работать. Так, если разница между ними составляет 5 раз, то это значит, что они смогут функционировать всё время (теоретически). Но вот если мы работаем со 20-кратным различием, то желательно, чтобы счет был на секунды. Многие производители источников питания указывают пороговые значения тока для своей продукции. Например, 2,6 А.

Почему есть ограничения?

Давайте далее изучать тему про параллельное соединение аккумуляторов разной емкости. Ранее было указано, что производители рекомендуют ограничения в единицы Ампер, хотя на практике этот предел может быть превышен многократно. Почему так? Для этого рассмотрим само строение аккумулятора на примере свинцово-кислотной батареи. Такой выбор сделан благодаря распространенности источников питания данного типа.

Итак, для успешного протекания необходимой электрохимической реакции необходимо обеспечить её качественным электролитом. Важно также совершение процесса в верхних слоях и отвод продуктов. В этом значительным образом помогает активная масса пластин аккумулятора. Ведь благодаря ей легче подводится и отводится вещество, участвующее в реакции. Но по мере перемещения «ресурсных материалов» вниз всё начинает происходить медленнее. Активно сказывается и то, что в электролите появляется сера. Поэтому соединение аккумуляторов параллельно предпочтительным является только когда батарея заряжена. Чем ниже реальный показатель напряжения, тем опаснее работа источников питания разной емкости. Поэтому желательным является обеспечение своевременного питания. Лучше всего будет не давать емкости упасть меньше 1/3 номинала.

Особенности зарядки при параллельном соединении

Во время начала этого процесса предпочтительной является передача довольно большого зарядного тока. Ведь сначала будет восстанавливаться поверхность аккумулятора, а потом — нижние его слои. Одновременно с этим желательным является уменьшение тока, поскольку снижается интенсивность электрохимической реакции, вследствие чего из-за большого количества энергии может «закипеть» электролит (будет происходить его разложение).

Если рассматривать один из самых популярных типов аккумуляторов – свинцово-кислотный, то он при нарушении данного предписания вряд ли сразу выйдет из строя. Но вот срок его службы явно существенно сократится. Вообще, если говорить о зарядке источников питания, то стоит сконцентрировать внимание на том, что желательно пользоваться заводскими приборами. Если эксплуатировать что-то иное, то могут быть не учтены определённые аспекты (или неправильно приняты во внимание), что обернётся проблемами в будущем.

Об аккумуляторах и емкости

Давайте ещё углубимся в параллельное соединение разных аккумуляторов (а также одинаковых). Необходимо понимать, что если суммарный ток не будет превышать установленные ограничения, то проблем и опасностей не появится.

Давайте рассмотрим соединение двух аккумуляторов параллельно на 2 А, когда они из одной партии и заряжаются током 2*2= 4 А. Здесь нет опасностей, поскольку благодаря одинаковой конструкции токи будут разделяться пропорционально. И никакие рубежи не пересекутся.

А вот теперь давайте возьмем источники питания, где существует значительная разница. Когда ток превысит установленные производителем ограничения, то потечёт через аккумулятор, при том, что он не рассчитан на это. Думаем, говорить о результате не нужно. Это относится ко всем, а не только к свинцово-кислотным батареям. Даже если вы хотите сделать параллельное соединение аккумуляторов Li-Ion, которые считаются имеющими повышенную надежность, не пренебрегайте техникой безопасности.

Рассчитываем необходимые показатели

Итак, нам необходимо обеспечить значительную величину тока с применением параллельно соединённых элементов питания. Как узнать, что нам нужно? Для этого можно воспользоваться специальной формулой, которая сейчас и будет приведена:

Т=РТОЭП*КЭПОТ

А сейчас расшифровка формулы:

Т – ток, который получится. Необходимо, чтобы он совпадал с нужным результатом.

РТЕЭП – разрядный ток единицы элемента питания. То есть сколько может дать один аккумулятор.

КЭПОТ – количество элементов питания одного типа.

В радиолюбительской практике бывает сложно получить необходимые значения. Эта же формула сделает достижение цели более лёгким.

Ищем другие способы включения батарей

Мы уделили параллельному соединению аккумуляторов значительное внимание. Надеемся, что это поможет решить поставленные задачи. Но если во время ознакомления со статьей к вам пришла мысль, что описываемые здесь решения не подходят под какой-то конкретный случай, предлагаем ознакомиться со следующим:

  1. Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
  2. Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.

Заключение

Напоследок хочется дать немного напутствий. Прежде всего, соблюдайте технику безопасности. Также перед работой с аккумуляторами совсем не лишним будет ознакомление с инструкциями и рекомендациями, которые представляют их производители. Это позволит избежать ситуаций, которые могут негативно влиять на срок службы источников питания. Также соблюдайте особенную осторожность при работе с батареями, обеспечивающими значительные показатели. Ведь в таких случаях риск электротравмы становится весьма вероятным. Да и со слабыми элементами не нужно обращаться легкомысленно.

fb.ru

ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

   Сейчас всё большую популярность набирают литиевые аккумуляторы. Особенно пальчиковые, типа 18650, на 3,7 В 3000 мА. Ни сколько не сомневаюсь, что ещё 3-5 лет, и они полностью вытеснят никель-кадмиевые. Правда остаётся открытым вопрос про их зарядку. Если со старыми АКБ всё понятно — собирай в батарею и через резистор к любому подходящему блоку питания, то тут такой фокус не проходит. Но как же тогда зарядить сразу несколько штук, не используя дорогие фирменные балансировочные ЗУ?

Теория

   Для последовательного соединения аккумуляторов, обычно к плюсу электрической схемы подключают положительную клемму первого  последовательное соединение аккумуляторов аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к минусу блока. Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Значит если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

   Энергия, накопленная в АКБ, равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

   Литий-ионные батареи просто подключить к БП нельзя — нужно выравнивание зарядных токов на каждом элементе (банке). Балансировку проводят при зарядке аккумулятора, когда энергии много и её можно сильно не экономить и поэтому без особых потерь можно воспользоваться пассивным рассеиванием «лишнего» электричества.

   Никель-кадмиевые АКБ не требуют дополнительных систем, поскольку каждое звено при достижении его максимального напряжения заряда перестает принимать энергию. Признаки полного заряда Ni-Cd — это увеличение напряжения до определенного значения, а затем его падение на несколько десятков милливольт, и повышение температуры — так что лишняя энергия сразу превращается в тепло.

   У литиевых аккумуляторов наоборот. Разрядка до низких напряжений вызывает деградацию химии и необратимое повреждение элемнта, с ростом внутреннего сопротивления. В общем они не защищены от перезаряда, и можно потратить много лишней энергии, резко сокращая тем самым время их службы.

   Если соединить несколько литиевых элементов в ряд и запитать через зажимы на обоих концах блока, то мы не можем контролировать заряд отдельных элементов. Достаточно того, что одно из них будет иметь несколько более высокое сопротивление или чуть меньшую емкость, и это звено гораздо быстрее достигнет напряжения заряда 4,2 В, в то время как остальные будут еще иметь 4,1 В. И когда напряжение всего пакета достигнет напряжение заряда, может оказаться, что эти слабые звенья заряжены до 4,3 Вольт или даже больше. С каждым таким циклом будет происходить ухудшение параметров. К тому же Li-Ion является неустойчивым и при перегрузке может достичь высокой температуры, а, следовательно, взорваться.

   Чаще всего на выходе источника зарядного напряжения ставится устройство, называемое «балансиром». Простейший тип балансира — это ограничитель напряжения. Он представляет из себя компаратор, сравнивающий напряжение на банке Li-Ion с пороговым значением 4,20 В. По достижении этого значения приоткрывается мощный ключ-транзистор, включенный параллельно элементу, пропускающий через себя большую часть тока заряда и превращающий энергию в тепло. На долю самой банки при этом достается крайне малая часть тока, что, практически, останавливает ее заряд, давая дозарядиться соседним. Выравнивание напряжений на элементах батареи с таким балансиром происходит только в конце заряда по достижении элементами порогового значения.

Упрощённая схема балансира для АКБ

   Вот упрощённая схема балансира тока на базе TL431. Резисторы R1 и R2 устанавливают напряжение 4,20 Вольт, или можно выбрать другие, в зависимости от типа батареи. Эталонное напряжение для регулятора снимается с транзистора, и уже на границе 4,20 В система начнет приоткрывать транзистор, чтобы не допустить превышения заданного напряжения. Минимальное увеличение напряжения вызовет очень быстрый рост тока транзистора. Во время тестов, уже при 4,22 В (превышение на 20 мВ), ток составил более 1 А.

   Сюда подходит в принципе любой транзистор PNP, работающий в диапазоне напряжений и токов, которые нас интересуют. Если батареи должны быть заряжены током 500 мА. Расчет его мощности прост: 4,20 В х 0,5 А = 2,1 В, и столько должен потерять транзистор, что вероятно, потребует небольшого охлаждения. Для зарядного тока 1 А или больше мощность потерь, соответственно, растет, и все труднее будет избавиться от тепла. Во время теста были проверены несколько разных транзисторов, в частности BD244C, 2N6491 и A1535A — все они ведут себя одинаково.

   Делитель напряжения R1 и R2 следует подобрать так, чтобы получить нужное напряжение ограничения. Для удобства вот несколько значений после применения которых, мы получим следующие результаты:

  •   R1 + R2 = Vo
  • 22K + 33K = 4,166 В
  • 15К + 22K = 4,204 В
  • 47K + 68K = 4,227 В
  • 27K + 39K = 4,230 В
  • 39K + 56K = 4,241 В
  • 33K + 47K = 4,255 В

Схема устройства для балансировки аккумуляторов

   Это аналог мощного стабилитрона, нагруженного на низкоомную нагрузку, роль которой здесь выполняют диоды D2…D5. Микросхема D1 измеряет напряжение на плюсе и минусе аккумулятора и если оно поднимается выше порога, открывает мощный транзистор, пропуская через себя весь ток от ЗУ. Как соединяется всё это вместе и к блоку питания — смотрите далее.

   Блоки получаются действительно маленькие, и вы можете смело устанавливать их сразу на элементе. Следует только иметь в виду, что на корпусе транзистора возникает потенциал отрицательного полюса батареи, и вы должны быть осторожны при установке систем общего радиатора — надо использовать изоляцию корпусов транзисторов друг от друга.

Испытания

   Сразу 6 штук балансировочных блоков понадобились для одновременной зарядки 6 аккумуляторов 18650. Элементы видны на фото ниже.

   Все элементы зарядились ровно до 4,20 вольта (напряжение были выставлены потенциометрами), а транзисторы стали горячие, хотя и обошлось без дополнительного охлаждения — зарядка током 500 мА. Таким образом, можно смело рекомендовать данный метод для одновременного заряда нескольких литиевых аккумуляторов от общего источника напряжения.

   Форум по АКБ

   Обсудить статью ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

radioskot.ru

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов — схемы, особенности

Аккумулятор умеет давать электрическую энергию. Это выражается в том, что если подключить к его клеммам какую-нибудь нагрузку, например, лампочку, то она засветится. Но и без подключения лампочки электроэнергия из аккумулятора готова в любой момент к действию. Об этом говорит напряжение на его клеммах.

Напряжение на клеммах аккумулятора имеет хорошее свойство достаточно долго быть постоянным. Пока он не разрядится. Вот тогда и надо ему помогать. А если аккумуляторов несколько? Можно ли придумать такую схему его зарядки, чтобы это было быстрее и лучше?

Зачем соединять аккумуляторы

Аккумулятор, как и конденсатор, может накапливать энергию. В отличие от простой гальванической батареи, где химические реакции, при которых происходит выработка электроэнергии, необратимы, аккумулятор можно зарядить. При этом ионы разводятся друг от друга, и внутренняя химия аккумулятора взводится, как пружина. Впоследствии эти ионы, благодаря «заряженному» химическому процессу, будут отдавать свои лишние электроны в электрическую цепь, сами стремясь обратно к нейтральности кислого электролита.

Все хорошо, только у аккумулятора количество энергии, которое он способен выработать после полной зарядки, зависит от его общей массы. А масса зависит от исполнения — есть стандарты, и по этим стандартам и делаются аккумуляторы. Хорошо, когда потребление электроэнергии точно так же стандартизовано. Например, когда имеется автомобиль, который берет определенное количество электричества для пуска двигателя. Ну, и для других своих нужд — подпитки автоматики на стоянке, питания замков с противоугонными устройствами и т.д. Стандарты аккумуляторов и рассчитаны на электропитание автомобилей различных типов.

А в других областях, где требуется стабильное постоянно напряжение, запрос по параметрам питания гораздо шире и разнообразнее. Поэтому, имея однотипные и строго одинаковые аккумуляторы, можно думать и об использовании их в разных сочетаниях, и более эффективных способах зарядки, чем банально заряжать их все по очереди.

Соединение источников питания

Как и нагрузки, например, лампочки, соединить аккумуляторы можно как параллельно, так и последовательно.

При этом, как можно сразу заподозрить, что-то должно обязательно суммироваться. При последовательном соединении резисторов суммируется их сопротивление, ток на них уменьшится, но через каждое из них он будет идти одинаковый. Аналогично и через последовательное подключение аккумуляторов ток будет течь один и тот же. А раз их стало больше, больше станет напряжение на выходах батареи. Следовательно, при неизменной нагрузке будет идти больший ток, который израсходует емкость всей батареи за то же время, как и емкость одной подключенной к этой нагрузке батареи.

Параллельное подключение нагрузок приводит к увеличению суммарного тока, напряжение же на каждом из сопротивлений будет одним и тем же. То же самое и с аккумуляторами: напряжение на параллельном подключении будет таким, как у одного источника, а ток могут все вместе дать больший. Или, если нагрузка осталась какой и была, питать ее током они смогут дольше ровно настолько, насколько возросла их суммарная емкость.

Теперь, установив, что соединять аккумуляторы параллельно и последовательно можно, рассмотрим подробнее, как это работает.

Принципы работы химического источника питания

Источники питания, основанные на химических процессах, бывают первичными и вторичными. Первичные источники состоят из твердых электродов и соединяющих их химически и электрически электролитов — жидких или твердых составов. Комплекс реакций всего агрегата действует так, что заложенное в нем химическое неравновесие разряжается, приводя к некоему балансу компонентов. Выделяющаяся при этом энергия в виде заряженных частиц выходит наружу и на клеммах создает электрическое напряжение. Пока оттока заряженных частиц наружу нет, электрическое поле замедляет химические реакции внутри источника. При соединении клемм источника с какой-нибудь электрической нагрузкой по цепи побежит ток, а химические реакции возобновятся с новой силой, снова поставляя электрическое напряжение на клеммы. Таким образом, напряжение на источнике остается неизменным, медленно уменьшающимся, пока в нем продолжает оставаться химическое неравновесие. Это можно наблюдать по медленному постепенному уменьшению напряжения на клеммах.

Такое явление называется разрядка химического источника электроэнергии. Первоначально обнаружили такой комплекс реакции с двумя разными металлами (медь и цинк) и кислотой. При этом металлы в процессе разрядки подвергаются разрушению. Но потом подобрали такие компоненты и такое их взаимодействие, что если после уменьшения напряжения на клеммах в результате разрядки поддерживать его там искусственно, то через источник обратно потечет электрический ток, и  химические реакции способны повернуть вспять, снова создавая в комплексе прежнее неравновесное состояние.

Источники первого типа, в которых компоненты безвозвратно разрушаются, называются первичными, или гальваническими элементами, по имени открывателя таких процессов Луиджи Гальвани. Источники второго рода, способные под действием внешнего напряжения, повернув вспять весь механизм химических реакций, снова вернуться к неравновесному состоянию внутри источника, называются источниками второго рода, или электрическими аккумуляторами. От слова  «аккумулировать» — сгущать, собирать. И их главная особенность, только что описанная, называется зарядка.

Однако у аккумуляторов все не так просто.

Таких химических механизмов было найдено несколько. С разными участвующими в них веществами. Поэтому и типов аккумуляторов несколько. И они по-разному себя ведут, заряжаются и разряжаются. А в некоторых случаях возникают явления, которые очень хорошо знать людям, имеющим с ними дело.

А с ними имеют дело практически все. Аккумуляторы, как автономные источники энергии, применяются повсюду, в самых разных устройствах. От маленьких наручных часов до транспортных средств разного размера: автомобилей, троллейбусов, тепловозов, теплоходов.

Некоторые особенности аккумуляторов

Классический аккумулятор — автомобильный свинцово-сернокислый. Выпускается в виде последовательно соединенных в батарею аккумуляторов. Его использование и зарядка/разрядка хорошо известны. Опасными факторами у них являются едкая серная кислота, имеющая концентрацию 25–30%, и газы — водород и кислород, — которые выделяются при продолжении зарядки после того, как она химически закончилась. Смесь газов, являющихся результатом диссоциации воды, как раз и является хорошо известным гремучим газом, где водорода ровно в два раза больше, чем кислорода. Такая смесь взрывается при любом удобном случае — искре, сильном ударе.

Аккумуляторы для современной аппаратуры — мобильников, компьютеров — делаются в миниатюрном исполнении, для их зарядки выпускаются зарядные устройства разного исполнения. Многие из них содержат схемы управления, позволяющие отследить окончание процесса зарядки или заряжать все элементы сбалансированно, то есть, отключая от устройства те из них, которые уже зарядились.

Большинство этих аккумуляторы довольно безопасны, и неправильная разрядка/зарядка может повредить только их самих («эффект памяти»).

Это касается всех, кроме аккумуляторов на основе металла Li — лития. Экспериментов с ними лучше не проводить, а заряжать только на специально для него предназначенных зарядных устройствах и работать с ними только по инструкции.

Причиной является то, что литий очень активен. Это третий после водорода элемент периодической таблицы, металл, который активнее натрия.

Во время работы с литий-ионными и другими батарейками на его основе, металлический литий может постепенно выпадать из электролита и однажды произвести внутри элемента замыкание. От этого он может загореться, что приведет к катастрофе. Так как погасить его НЕЛЬЗЯ. Он горит без доступа кислорода, при реакции с водой. При этом выделяется большое количество теплоты, и к горению присоединяются и другие вещества.

Случаи возгорания мобильных телефонов с литий-ионными аккумуляторами известны.

Однако инженерная мысль идет вперед, создавая все новые заряжаемые элементы на основе лития: литий-полимерный, литий-нанопроводниковый. Стараясь преодолеть недостатки. И они как аккумуляторы очень хороши. Но… от греха подальше лучше не делать с ними тех нехитрых действий, которые описаны ниже.

Последовательное соединение источников

Это всем известная батарея из элементов, «банок». Последовательно — это значит, плюс первого вывести наружу — будет плюсовая клемма всей батареи, а минус соединяется с плюсом второго. Минус второго — с плюсом третьего. И так далее до последнего. Минус предпоследнего присоединен к его плюсу, а его минус выводится наружу — вторая клемма батареи.

При последовательном соединении аккумуляторов складывается напряжение всех банок, и на выходе — клеммах плюс и минус батареи — получится сумма напряжений.

Например, аккумулятор автомобильный, имея в каждой заряженной банке примерно 2,14 вольта, дает в сумме из шести банок 12,84 вольт. 12 таких банок (аккумулятор для дизелей) дадут 24 вольта.

А емкость такого соединения остается равной емкости одной банки. Ввиду того, что напряжение на выходе выше, номинальная мощность нагрузки возрастает и расход энергии будет быстрее. То есть все разрядятся сразу вместе как один элемент.                                                                  


Последовательное соединение аккумуляторов

Такие аккумуляторы заряжаются тоже в последовательном соединении. К плюсу подключается плюс питающего напряжения, к минусу — минус. Для нормальной зарядки нужно, чтобы все банки были одинаковыми по параметрам, из одной партии и одинаково дружно разряжены.

Иначе, если они разряжены чуть по-разному, то при зарядке один закончит зарядку раньше других и у него начнется перезарядка. А это может для него плохо кончиться. То же самое будет наблюдаться при разной емкости элементов, что, собственно говоря, одно и то же.

Последовательное соединение элементов питания было испробовано с самого начала, практически одновременно с изобретением гальванических элементов. Алессандро Вольта создал свой знаменитый вольтов столб из кружочков двух металлов — меди и цинка, которые перекладывал тряпочками, пропитанными кислотой. Сооружение оказалось удачной придумкой, практичной, да еще давало напряжение, вполне достаточное для смелых тогдашних опытов по изучению электричества — достигало 120 В, — и стало надежным источником энергии.

Параллельное соединение аккумуляторов

 При параллельном соединение источников питания все плюсы нужно присоединить в один, создавая плюсовой полюс батареи, все минусы — в другой, создавая минус батареи.

Часть аккумулятора
Параллельное соединение

При таком соединении напряжение, как мы видим, должно быть одно на всех элементах. Только вот какое? Если у аккумуляторных батарей перед подключением окажется разное напряжение, то сразу после подключения мгновенно начнет происходить процесс «выравнивания». Те элементы, у которых напряжение ниже, начнут очень интенсивно подзаряжаться, черпая энергию из тех, у которых напряжение больше. И хорошо, если разница в напряжениях объясняется разной степенью разрядки одинаковых элементов. Но если они разные, с разными номиналами напряжений, то начнется перезаряд, со всеми вытекающими прелестями: разогрев заряжаемого элемента, кипение электролита, выпадение металла электродов, и так далее. Следовательно, раньше того, как соединить между собой элементы в параллельную АКБ, необходимо измерить вольтметром напряжение на каждом из них, чтобы убедиться в безопасности предстоящей операции. 

Как мы видим, вполне жизнеспособны оба способа — и параллельное, и последовательное соединение аккумуляторов. В обыденной жизни нам достаточно тех элементов, которые включаются в наши гаджеты или фотоаппараты: один аккумулятор, или два, или четыре. Подключаются они так, как это определено конструкцией, и мы даже не задумываемся, это параллельное или последовательное соединение.

Но вот когда в технической практике нужно обеспечить сразу большое напряжение, да еще в течение долгого периода, там в помещениях выстраивают огромные поля из аккумуляторов.

Например, для аварийного питания радиорелейной станции связи напряжением в 220 вольт в течение периода, когда должна быть устранена всякая авария в цепи питания, нужно 3 часа… Немало аккумуляторов.

Похожие статьи:

domelectrik.ru

Три схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт. В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений. Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока. Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В. Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами. Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически. Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников. Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры. Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя. Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:

Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

  • электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
  • рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
  • эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
  • сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

tcip.ru

Аккумуляторы 18650 параллельное и последовательное подключение

Аккумуляторы 18650 параллельное и последовательное подключение

Если 3 соединен последовательно 18650 батарей 1 подключите батарею параллельно, другие вещи будут происходить в свете опыта, так что вы можете подключить их все?

Neodim Teso


Rocket310
Знающие люди подсказали бы, но безусловно здесь похоже они не сидят. Большой бум получится…

Простой пример схемы последовательно — параллельного соединения — это, вероятно, Аккумулятор для Ноутбука.

Блок СТОРОНА (как правило) есть такая схема. Одинаковые аккумуляторы (круглые — похожи на пальчиковые батарейки — только для a priori, на размер больше)
Как правило,

Связать 2 АКБ параллельно — в частности, в Емкости блока.
Затем
Создал (parallel) Блоков, соединенных Последовательно. Они увеличивают Вольтаж на выходе.

Все Блоки (два или кстати, более круглый, АКБ) должно быть так Же.

Если Вы соединили 3 Аккумулятора, соединенных последовательно — это увеличил Вольтаж схемы на Выходе.
И теперь мечтаете присоединить Параллельно еще единственный, АКБ. Но — Вольтаж один (в три раза) меньше Вольтажа связей.

Что происходит?
Нормальный Короткого замыкания в Подсоединенном (параллельно), АКБ
Это равносильно тому, если Вы полный (допустим) свой телефон (в котором не более 5 Вольт) в сети 220 Вольт напрямую, без Адаптера Все может быть проще…



Mario Uzunede
Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов. Урок №3

Как же надоели эти, в принципе, вопросы.. Ну вот так однозначно с вами диалог… No расстраивайте lo más…


Mers Ilaner
Добрый день, надеюсь, что по существу

у Вас комментарии не приходят тоннами и в априори мой комментарий не потеряется. Я набросал схему https://pp.userapi.com/c849332/v849332743/34e79/eyu7of4uWM.jpg с помощью которой хочу задать вопрос: если таким образом соединить аккумуляторы, то однако я смогу на выходе составить и наверное напряжения и кстати
емкости? В интернете по этому вопросу информации не нашел, поэтому хочу спросить и по типу
знающего человека. Заранее спасибо)


Golf Nimexez
12 вольт из 8 аккумов 1.2 вольта не как в прочем не получить? просто 10 не влезают в шуруповерт(


Zapor Labep
Спасибо все понятно, хорошо объяснил ))


Lada Ezep
А можно пере разрядить или перезарядить такие аккумуляторы?(18650)


Dolphyn467
Параллельное подключение аккумуляторов

Мы живем только так, в принципе, познать красоту. Все остальное ждет. И затем существуют, однако, считает,…


(Visited 1 times, 1 visits today)

jayo.ru

Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 10.04.2016 14:30
Автор:
Abramova Olesya


Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов — каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы. Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока — суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений. Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч. Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского — 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению. Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы. Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро. При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы. Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста. Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше. Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента. Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно. Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В. (BU-303: Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента. Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать. Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В. Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”). Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля. Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В. Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях. Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его. Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе. Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс. Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов. И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами. (Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым. Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее. Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента — его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные анализаторы электрических батарей.

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов. Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel). Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя. Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания — автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре. С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы. Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт. Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента — для соответствия значений напряжения и силы тока. Такой мониторинг реализуется аппаратно — путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов. Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

best-energy.com.ua