Емкость последовательно соединенных аккумуляторов: Последовательное и параллельное соединение аккумуляторных батарей

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Аккумулятор — это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую. Вы уже могли сталкиваться с различными типами аккумуляторов в автомобилях, велосипедах, фонариках, мобильных телефонах, ИБП и инверторных системах.

Но, может возникнуть ситуация, когда вам будет необходимо соединить несколько аккумуляторов последовательно для определенной цели или применения. Но какова необходимость в последовательном соединении аккумуляторов? Как соединить последовательно аккумуляторы? Каковы существуют требования для последовательного соединения аккумуляторов? Что получится при последовательном соединении аккумуляторов? В этой статье мы объясним важность последовательного подключения аккумуляторов.

Аккумулятор и его применение

Аккумуляторы — удивительные устройства. Это химические устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую. Это один из самых простых способов хранения косвенной электрической энергии, так как напрямую ее хранить очень сложно (за исключением суперконденсаторов, но они имеют другой экономический масштаб).

Лучшее в аккумуляторах то, что они доступны в различных формах, размерах, емкостях и типах. Существуют первичные аккумуляторы, предназначенные для одноразового использования, и вторичные аккумуляторы, которые можно перезаряжать для многократного использования. Вы можете выбрать правильный тип аккумулятора в зависимости от применения.

Если говорить о применении аккумуляторов, то изначально они использовались в фонариках и игрушках. Но рост автомобильной промышленности привел к разработке системы автоматического запуска, для которой требовался стартер и аккумулятор. Следовательно, использование аккумуляторов в автомобилях увеличилось в геометрической прогрессии.

Следующей важной вещью, которая привела к устройствам с аккумуляторным питанием, является изобретение транзисторов, а затем и транзисторных радиоприемников. Это превратило большие ламповые радиоприемники в маленькие карманные портативные радиоприемники, работающие от аккумуляторов.

Сегодня аккумулятор стал очень важной частью в экономике. Смартфоны, ноутбуки, планшеты, аварийные лампы, детекторы дыма и т.д. — вот некоторые из популярных устройств, в которых используются аккумуляторы.

Автомобили по-прежнему используют аккумуляторы для запуска двигателя, а также для питания некоторых основных электрических цепей, таких как освещение, аудиосистема, сигнализация и т.д. Чтобы уменьшить выбросы углекислого газа от автомобилей, производители начали разрабатывать гибридные электрические, а также полностью электрические автомобили. Гибридные автомобили используют небольшие аккумуляторы для помощи двигателю внутреннего сгорания. А, электрические автомобили полностью работают от аккумуляторов.

Значение возобновляемых источников энергии также значительно возросло за последнее десятилетие. Использование солнечной энергии в качестве альтернативы обычной сети привело к использованию системы накопления энергии на основе аккумуляторов.

Различные способы подключения аккумуляторов

Всякий раз, при работе с аккумуляторами, вы будете сталкиваться с ситуацией, в которой вам придется подключать несколько аккумуляторов последовательно, параллельно или в комбинации последовательно-параллельно.

Это три распространенных способа подключения аккумуляторов в зависимости от применения.

• Последовательно
• Параллельно
• Последовательно – Параллельно

Но какая польза от таких соединений? В чем преимущество последовательно-параллельного подключения аккумуляторов? А теперь давайте попробуем разобраться во всех типах подключения аккумуляторов.

Как соединить аккумуляторы последовательно?

Давайте начнем с концепции «подключения нескольких аккумуляторов» с помощью последовательного соединения. Предположим, у вас есть два аккумулятора. Если вы соедините положительную клемму (+) второго аккумулятора к отрицательной клемме (-) первого аккумулятора, то говорят, что батареи соединены последовательно.

В последовательном подключении аккумуляторов мы берем выход на положительной клемме (+) первого аккумулятора и отрицательную клемму второго аккумулятора (-).

Мы можем применить этот метод подключения к любому типу аккумуляторов, при условии, что оба аккумулятора одного типа (одинаковое напряжение, емкость и размер). На следующем рисунке показано последовательное соединение одинаковых аккумуляторов.

Хотя в приведенном выше примере показаны только четыре аккумулятора, соединенных последовательно, но вы можете соединить последовательно любое количество аккумуляторов.

Важные примечания, касающиеся последовательного подключения аккумуляторов

Когда мы соединяем два аккумулятора последовательно, выходное напряжение в два раза больше, чем у отдельного аккумулятора. Например, если последовательно соединить два аккумулятора по 12 В, выходное напряжение станет 24 В. Аналогично, для трех последовательно соединенных аккумуляторов это 36 В, для четырех последовательно соединенных аккумуляторов — 48 В и так далее.

В общем случае, если V₁ — это напряжение первого аккумулятора, V₂ — второго аккумулятора и V_n — n-ого аккумулятора, то выходное напряжение при последовательном соединении n одинаковых аккумуляторов равно:

V_{соединения} = V₁ + V₂ + V₃ + . . . + V_n

Еще одной важной характеристикой аккумуляторов является их емкость, которая измеряется в мАч (миллиампер-час) для небольших аккумуляторов и Ач (ампер-час) для больших аккумуляторов. При последовательном подключении аккумуляторов общая емкость системы остается такой же, как и емкость одного отдельного аккумулятора.

Например, если мы соединим два аккумулятора 12 В последовательно, каждый из которых рассчитан на 150 Ач, то эффективная емкость последовательного соединения все равно составит 150 Ач. При последовательном соединении добавляется только напряжение.

Как мы видели из приведенных выше расчетов, последовательное соединение аккумуляторов добавит отдельные напряжения, но общая емкость останется прежней. Таким образом, если вам нужна система более высокого напряжения для вашего устройства, например, в солнечных или инверторных устройствах, вы можете соединить несколько аккумуляторов последовательно. В мощных солнечных установках распространены системы с напряжением 24 В и выше. Система 48 В становится чрезвычайно популярной в электромобилях, особенно в велосипедах.

Еще одна важная вещь, связанная с последовательным подключением аккумуляторов, — это диаметр (сечение) провода. Поскольку мы удваиваем напряжение при той же емкости, вы можете использовать более тонкий провод (более высокий номер AWG).

Как соединить аккумуляторы параллельно?

Следующим важным соединением нескольких аккумуляторов является параллельное соединение. Давайте разберемся в этом на примере. Предположим, у вас есть два аккумулятора с одинаковыми характеристиками. Чтобы сделать параллельное соединение, мы должны соединить положительную клемму (+) первого аккумулятора с положительной клеммой второго аккумулятора.

Точно так же мы должны соединить отрицательную клемму (-) первого аккумулятора с отрицательной клеммой второго аккумулятора.

Как и при последовательном соединении, аккумуляторы при параллельном соединении также должны иметь одинаковые номинальные характеристики (один и тот же тип, напряжение и емкость). На следующем рисунке показано параллельное подключение аккумуляторов.

Если вы хотите подключить более двух аккумуляторов параллельно, вы можете сделать это только при условии, что они одного типа.

Важные примечания, касающиеся параллельного подключения аккумуляторов

Когда мы соединяем два аккумулятора параллельно, эффективное напряжение схемы такое же, как и у отдельного аккумулятора. Например, если мы подключим два аккумулятора 12 В параллельно, выходное напряжение все равно будет 12 В.

Даже если мы соединим несколько аккумуляторов параллельно, общее напряжение все равно будет таким же, как у отдельного аккумулятора.

Но что складывается при параллельном подключении аккумуляторов, ток или емкость аккумуляторов? Если мы подключим два аккумулятора 12 В параллельно, которые рассчитаны на емкость 150 Ач, общее напряжение останется 12 В, но эффективная емкость системы станет 300 Ач.

Но где нам может пригодится параллельное подключение аккумуляторов? Если вам нужен аккумулятор большой емкости, чтобы управлять нагрузками в течение более длительного времени, вы можете подключить аккумуляторы параллельно. Например, если один аккумулятор 12 В 150 Ач может работать в течение 1 часа при подключении к нагрузке, параллельное подключение двух аккумуляторов существенно удвоит емкость и, следовательно, сможет работать в течение 2 часов.

Поскольку мы удваиваем емкость аккумулятора при параллельном подключении, вам придется использовать более толстый провод, чтобы поддерживать повышенные возможности по току.

Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

Можно ли использовать сразу последовательное и параллельное соединения аккумуляторов? Абсолютное да. Благодаря сочетанию последовательно-параллельного соединения вы можете эффективно суммировать как напряжение, так и мощность.

Например, если у вас есть четыре аккумулятора 12 В – 150 Ач, то вы можете подключить последовательно первые два аккумулятора, а также последовательно третий и четвертый аккумулятор соответственно. По сути, это две схемы на 24 В емкостью 150 Ач.

Теперь мы можем соединить эти две схемы параллельно, чтобы добавить их мощности. Итак, окончательные значения системы 24В и 300Ач.

Такие последовательно-параллельные соединения аккумуляторов чрезвычайно распространены в банках накопления солнечной энергии и больших инверторных системах.

Советы и рекомендации по подключению нескольких аккумуляторов

Как упоминалось ранее, аккумуляторы — это химические устройства, которые могут преобразовывать химическую энергию в электрическую. Как и с любыми другими химическими веществами, при работе с аккумуляторами нужно быть предельно осторожными, и любое неправильное обращение может быть очень опасным.

Итак, вот несколько важных советов и рекомендаций для вас, по работе с аккумуляторами:

• Каждый аккумулятор имеет две клеммы: положительную (+) и отрицательную (-). Подключаем нагрузку через эти клеммы. Никогда не закорачивайте положительные и отрицательные клеммы аккумулятора. Это чрезвычайно опасно и может даже привести к пожару или взрыву.
• Всякий раз, когда вы соединяете несколько аккумуляторов последовательно или параллельно, всегда выбирайте аналогичные аккумуляторы с одинаковым напряжением и емкостью. Никогда не подключайте две батареи с разным напряжением или разным номиналом в ампер-часах.
• Почти все аккумуляторы имеют маркировку положительных и отрицательных контактов со знаками «+» и «-». Обратите внимание на эти полярности при последовательном или параллельном подключении аккумуляторов.
• Есть аккумуляторы не подлежащие перезарядке. Они хороши для одноразового использования, после чего вы должны правильно утилизировать их. Не пытайтесь перезаряжать такие аккумуляторы. Они не предназначены для перезарядки, т.к. могут вызвать пожар.
• Также есть перезаряжаемые аккумуляторы. Если у вас именно такие, то убедитесь, что вы выбрали подходящее для них зарядное устройство. Отключите зарядное устройство, как только аккумуляторы будут полностью заряжены.
• Если вы подключаете аккумуляторы последовательно или параллельно, запишите эффективное напряжение и емкость. Эти цифры пригодятся при выборе зарядного устройства.
• При соединении нескольких аккумуляторов последовательно, параллельно или в сочетании последовательно-параллельных соединений, то сначала лучше нарисовать схему соединения на листке бумаги, прежде чем продолжить. Вы можете перепроверить все соединения на схеме на наличие неправильных соединений или коротких замыканий.

Вывод

Аккумуляторы являются довольно важными устройствами для хранения энергии. Чрезвычайно полезным моментом в отношении аккумуляторов является то, что вы можете подключать их последовательно или параллельно в зависимости от их применения. Мы объяснили вам, как выполнить последовательное соединение аккумуляторов, и некоторые важные моменты, связанные с их последовательным соединением. Мы также объяснили, как работает параллельное подключение аккумуляторов. Прелесть аккумуляторов в том, что вы можете комбинировать последовательное и параллельное соединения, если они вам нужны.

С Уважением, МониторБанк

Способы соединения аккумуляторов в батареи

В тех случаях, когда ток и напряжение отдельного источника электрической энергии (в том числе аккумулятора) являются недостаточными для нормальной работы электрических потребителей, применяют последовательное, параллельное и смешанное соединения таких источников.

Последовательное соединение. При последовательном соединении аккумуляторов отрицательный электрод первого аккумулятора соединяют с положительным электродом второго, отрицательный электрод второго — с положительным электродом третьего и т. д. (рис. 1, а). Нагрузку (приемник) присоединяют к положительному электроду первого и отрицательному электроду последнего аккумулятора.

При последовательном соединении аккумуляторов их электродвижущие силы согласно второму закону Кирхгофа складываются и результирующая э. д. с. равна сумме э. д. с. отдельных аккумуляторов. Следовательно, чем больше аккумуляторов включено в цепь, тем больше напряжение, под которым находятся приемники (рис. 2).

Эквивалентное внутреннее сопротивление последовательно соединенных аккумуляторов равно сумме их внутренних сопротивлений.

Рис. 1. Последовательное (а) и параллельное (б) соединения аккумуляторов

Рис. 2. Напряжение, приложенное к приемнику, при различном числе последовательно соединенных аккумуляторов

Аккумуляторные батареи составляются из ряда совершенно одинаковых аккумуляторов. При этом на заводе их подбирают так, чтобы все они имели одинаковые э. д. с. E = E_ak и одинаковое внутреннее сопротивление R_ak. Поэтому для батареи, состоящей из п аккумуляторов,

E = nE_ak; R_экв= nR_ak

Параллельное соединение. При параллельном соединении все положительные электроды отдельных аккумуляторов соединяют вместе, и они образуют положительный полюс; все отрицательные электроды отдельных аккумуляторов также соединяют вместе, и они образуют общий отрицательный полюс (рис. 1, б). Нагрузку (приемник) присоединяют к общим отрицательному и положительному полюсам. При этом все аккумуляторы будут находиться под одинаковым напряжением U, а общий ток I равен сумме токов, отдаваемых отдельными аккумуляторами. При параллельном соединении п одинаковых аккумуляторов э. д. с. батареи E = E_ak; ее внутреннее сопротивление R = R_ak /n и ток I = nI_ak.

Смешанное соединение. В тех случаях, когда аккумуляторы не обеспечивают возможности получения необходимого тока и напряжения, применяют последовательно-параллельное (смешанное) их соединение (рис. 3). В данном случае в каждой из двух параллельных групп аккумуляторной батареи имеется по два последовательно соединенных аккумулятора.

Рис. 3. Смешанное соединение аккумуляторов

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев составляются из последовательно соединенных аккумуляторов. Смешанное и параллельное соединения аккумуляторов применяют редко, так как в этих случаях трудно обеспечить равномерное распределение тока между параллельными ветвями. Равенство токов I₁ и I₂ в отдельных ветвях будет иметь место только в том случае, если будут равны э. д. с. Е₁ и Е₂, действующие в этих ветвях, и их внутренние сопротивления R_эк1 = R_эк2.

Метки: Аккумуляторные батареипараллельное соединениеСмешанное соединениеСмешанное соединение аккумуляторовСпособы соединения аккумуляторов в батареи

аккумуляторов последовательно с разным номиналом в ампер-часах.

Задавать вопрос

спросил 10 лет, 1 месяц назад

Изменено 6 лет, 8 месяцев назад

Просмотрено 45 тысяч раз

\$\начало группы\$

У меня есть батарея на 1,5 ампер-часа, 12 В, и у меня есть батарея на 10 ампер-часов, 12 В. Я знаю, что напряжение увеличится до 24 В, когда они будут соединены последовательно, но я не знаю, что происходит в ампер-часах.

Принимает ли новое значение ампер-часа ампер-час низкого значения ампер-часа, требуется ли 10 ампер-часов или это среднее значение?

• батареи
• ампер-час

\$\начало группы\$

Плохая практика последовательного соединения аккумуляторов, если они имеют разную емкость. Батарея с меньшей емкостью будет разряжена раньше, чем батарея с большей емкостью, что приведет к более низкому напряжению для меньшей батареи. В этот момент все станет интересным, так как большая батарея начнет заряжать меньшую через подключенную цепь и с обратным напряжением . Ячейка не предназначена для переворачивания и зарядки, и могут произойти плохие вещи: утечка кислоты и взрыв. Ни одна из этих ситуаций не является желательной. По этой же причине в большинстве руководств к устройствам с батарейным питанием рекомендуется заменять все батареи одновременно.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

При последовательном соединении меньшая батарея разряжается раньше, чем большая. Когда батарея достигает последних битов запасенной энергии, ее напряжение быстро падает.

Таким образом, после израсходования более 1,5 Ач напряжение первой батареи значительно упадет, а другая будет продолжать подавать ток на уровне 12 В, так как у нее еще осталось 8,5 Ач.

Вы не можете позволить этой маленькой батарее работать в таких условиях. Это означает, что у вас фактически будет батарея 24 В 1,5 Ач.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

на месте, и одна из основных проблем возникает, когда мы заряжаем эти батареи, и поскольку они соединены последовательно, поэтому батарея с минимальной емкостью заряжается первой, а ее сопротивление увеличивается с ростом ее напряжения и если мы используем интеллектуальные зарядные устройства. чтобы зарядить их, он почувствует, что батареи заряжены, и перестанет заряжаться. и мы останемся с незаряженной большой батареей…

\$\конечная группа\$

– Добавление мАч при последовательном соединении аккумуляторов?

Резюме

• мАч не меняются при последовательном соединении элементов при условии, что все элементы имеют одинаковую емкость мАч.

• Особый и необычный случай Если два элемента соединены последовательно и имеют разную емкость в мАч, эффективная емкость равна емкости элементов с меньшей емкостью в мАч. Обычно это не делается, но иногда это имеет смысл.

• мАч добавляется при параллельном соединении ячеек (но есть технические проблемы, из-за которых это может быть непросто.)

Ответ можно получить, если учесть, что означает емкость мА·ч :

мАч = Произведение мА × часы, которые обеспечивает батарея.

Несмотря на (как всегда) сложности, это означает, что, например, элемент на 1500 мАч будет обеспечивать 1500 мА в течение одного часа или 500 мА в течение 3 часов или 850 мА в течение 2 часов или даже 19 часов.3,9 мкА в течение одного года (193,9 мкА x 8765 часов = 1500 мА·ч).

На практике емкость ячейки зависит от нагрузки. Аккумулятор, как правило, вырабатывает номинальную мощность, если он загружен со скоростью C1 = 1 час. например 1500 мАч = 1500 мА в течение одного часа. НО ячейка емкостью 1500 мАч, нагруженная, скажем, 5 В (5 x 1500 = 7500 мА = 7,5 А), НЕ будет делать это в течение 1/5 часа = 12 минут – и может вообще не производить 7,5 А даже при коротком замыкании. Нагрузка, скажем, C/10 = 150 мА или C/100 = 15 мА, может производить более 1500 мАч в целом, НО нагрузка, скажем, 150 мкА = 10 000 x длительность = 10 000 часов = около 14 месяцев может производить менее 1500 мАч, если батарея быстро разряжается со временем.

НО

Если элемент выдает, скажем, 2000 мА в течение 1 часа при напряжении 3,7 В (типичное значение для liIon 18650 элементов), то два идентичных элемента будут делать то же самое при независимом тестировании. Если вместо двух нагрузок вы соедините ячейки последовательно и будете потреблять тот же ток, что и раньше, через обе ячейки будет течь одинаковый ток. Вы все еще можете потреблять только 2000 мА в течение одного часа, НО доступное напряжение удвоилось.

Если вы используете 2 элемента 3,7 В, 2000 мАч, соединенных параллельно для управления номинальной нагрузкой 3,7 В, один элемент может обеспечить 2000 мА в течение одного часа или 200 мА в течение 10 часов и т. д. И другой элемент может обеспечить то же самое. Таким образом, рейтинги мАч добавляются.

Если в одной ячейке больше мАч, чем в другой, мАч будет увеличиваться при параллельном подключении. Скажем, у вас есть параллельно соединенные элементы емкостью 1000 мАч и 2000 мАч, каждый из которых рассчитан на номинальное напряжение 3,7 В, поскольку меньшая батарея теряет емкость, она будет иметь тенденцию к более быстрому снижению напряжения, поэтому большая батарея будет обеспечивать больший ток, поэтому они будут СТРЕМЯТЬСЯ к балансу. YMMV, и это обычно не является хорошей практикой без конкретного дизайна того, что происходит.

В специальном корпусе , о котором я упоминал выше, у вас может быть герметичная свинцово-кислотная «кирпичная» батарея 12 В 7 Ач, любимая в индустрии сигнализаций.