какие существуют способы соединения аккумуляторов в батарее укажите их преимущества и недостатки

§45. 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. 165, 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. 166).

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

Аккумуляторные батареи составляются из ряда совершенно одинаковых аккумуляторов. При этом на заводе их подбирают

Рис. 165. Последовательное (а) и параллельное (б) соединения аккумуляторов

Рис. 166. Напряжение, приложенное к приемнику, при различном числе последовательно соединенных аккумуляторов

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,

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. 165,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. 167). В данном случае в каждой из двух параллельных групп аккумуляторной батареи имеется по два последовательно соединенных аккумулятора.

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев составляются из последовательно соединенных аккумуляторов. Смешанное и параллельное соединения аккумуляторов применяют редко, так

Рис. 167. Смешанное соединение аккумуляторов

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.

Источник

Как подключить аккумуляторы к ИБП, последовательное или параллельное соединение

Источники бесперебойного питания (ИБП) ELTENA с индексом LT предназначены для обеспечения длительного времени автономной работы критичного оборудования. Для этого к ним подключаются комплекты внешних батарей. Напряжение цепи постоянного тока (а значит, и количество последовательно соединенных подключаемых батарей) определяется характеристиками ИБП и указывается в спецификации. Мощные ИБП (UPS) обычно имеют более высокое напряжение цепи постоянного тока в целях повышения КПД бесперебойника, и для снижения потерь, возникающих там, где протекают высокие токи. Для обеспечения требуемого напряжения, как правило, используются стандартные необслуживаемые аккумуляторные батареи (АКБ) напряжением 12 Вольт. Чтобы получить более высокое напряжение или увеличить ёмкость, необходимо соединить батареи в цепь.

При подключении аккумуляторных батарей к источникам бесперебойного питания, особенно при использовании ИБП с внешними АКБ, возникают вопросы и проблемы их объединения в линейки, последовательного/параллельного соединения аккумуляторов, определения емкости и общего напряжения получившегося соединения.

Используются 3 способа соединения аккумуляторов:
— последовательное, при котором суммируется напряжение;
— параллельное, суммируется емкость;
— комбинированное, при котором параллельно соединяются линейки последовательно соединенных аккумуляторных батарей.

Таким образом, появляется возможность строить батарейные комплекты, напряжение и электрическая емкость которых ограничиваются только занимаемым ими рабочим пространством и количеством параллельно соединяемых линеек (не рекомендуется соединять в параллель более 4-5 линеек).

Также стоит отметить, что для более компактного размещения аккумуляторов ELTENA предлагает батарейные шкафы различного размера и вместительности.

Последовательное соединение аккумуляторных батарей

При последовательном подключении аккумуляторов суммируется напряжение (U), при подключении нагрузки с каждой АКБ идет ток, равный общему току в цепи. Емкость (E) системы остается такая же, как у одной из батарей этой цепи. Например: Вы подключили в цепь последовательно 3 аккумуляторные батареи 12 В и 100 Ач. В итоге на клеммах источника бесперебойного питания Вы получите U=3*12=36 В, E=100 Ач.

При последовательном соединении не допустимо использование АКБ различной ёмкости, разных типов, с разным напряжением зарядки. Мы рекомендуем Вам подключать по данной схеме только батареи одного производителя, с одинаковыми характеристиками и желательно из одной партии. Также, длина и сопротивление соединительных проводов, должны быть одинаковыми. Если не соблюдать это условие, на клеммах аккумуляторов может возникнуть различное напряжение. АКБ с меньшим уровнем заряда будут чрезмерно разряжаться, а аккумуляторы с самым высоким уровнем заряда рискуют получить перезаряд при работе в сетевом режиме (напряжение заряда будет завышено, что приведет к повышенному износу аккумуляторов, или выходу их из строя).

Параллельное соединение аккумуляторных батарей

Параллельное соединение АКБ позволит Вам увеличить ёмкость аккумуляторных батарей (а следовательно и время автономной работы вашего оборудования), не изменяя напряжение цепи постоянного тока. Это будет полезно, если вы хотите подключить несколько аккумуляторов к источнику бесперебойного питания, который работает от 12 В. Например, у Вас есть источник бесперебойного питания с цепью 12 В, и у вас есть 3 аккумулятора, каждый по 100 Ач. При параллельном подключении на клеммах ИБП получим U=12 В, E=3*100=300 Ач.

Комбинированное соединение на примере ИБП ELTENA Monolith E1000LT

Время автономной работы источника бесперебойного питания (время работы от аккумуляторов) с конкретной нагрузкой зависит только от емкости подключенных к ИБП аккумуляторных батарей. Увеличение времени автономной работы, при неизменной нагрузке, возможно только путем увеличения емкости АКБ, т.е. параллельным подключением к уже существующему комплекту дополнительных линеек (сборок) у которых U=24 В (две последовательно соединенные АКБ) и при этом, очень важно, чтобы общая емкость получившегося комплекта не должна превысить максимальную, рекомендованную для этого ИБП.

Необходимо помнить:
— при последовательном соединении сумма напряжений всех АКБ равна общему (в данном случае, две АКБ, соответственно, 24 В), а общая емкость линейки из двух последовательно соединенных АКБ равна емкости одной, каждой, АКБ (в данном случае — 45 Ач).
— при параллельном соединении линеек (сборок) напряжение одной линейки и общее равны (в рассматриваемом примере — 24 В), а сумма емкостей всех линеек равна общей (в рассматриваемом случае — E=45*3=135 Ач).

Для ИБП Monolith E1000LT рекомендованная емкость комплекта аккумуляторных батарей — до 150 Ач. Соответственно, для увеличения времени автономии можно к уже работающим аккумуляторам 45 Ач дополнительно присоединить параллельно две линейки по две последовательно соединенные АКБ 45 Ач. Получим батарейный комплект U=24 В, E=135 Ач.

Для правильного подбора источников бесперебойного питания или аккумуляторных батарей для конкретного ИБП, выбора их типа, ёмкости и способа объединения в цепь, рекомендуем Вам проконсультироваться с нашими инженерами. Мы подберем оптимальную для Вас конфигурацию ИБП + батареи, рассчитаем время автономной работы оборудования, предложим оптимальную цену на источники бесперебойного питания!

Источник

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:

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

Источник

Правила последовательного и параллельного соединения аккумуляторов

АКБ запитывают последовательным и параллельным способом для получения единой системы. Такая единая цепь элементов батарей позволяет существенно увеличить изначальный объем или поднять напряжение. В процессе последовательного и параллельного соединения аккумуляторов необходимо соблюдать меры предосторожности и учитывать нюансы.

Соединение нескольких аккумуляторов нужно для снижения потерь и роста КПД.

Для чего создают единую систему АКБ

Любые электросистемы подвержены потерям мощности, из-за которых часть энергии преобразуется в тепло, не производя полезного эффекта. Чем выше напряжение в батарее, тем ниже ток. Соответственно, меньше энергопотерь и выше КПД. Для достижения максимальной эффективности лучше всего пользоваться системами с высоким напряжением – с ростом мощности также увеличивается коэффициент полезного действия аккумулятора по сравнению с низковольными устройствами. Именно поэтому производители современных источников бесперебойного питания используют одну, но мощную батарею, с напряжением от 12 до 500 В.

Таким образом главная цель использования АКБ с последовательным и параллельным соединением – снижение потерь и рост КПД. Иногда батареи подключают, когда емкости одного АКБ не хватает. В этом случае можно не использовать батарею большой емкости, а подключить еще один такой же АКБ параллельно, чтобы общий объем удвоился.

Варианты соединения

Последовательный метод

Суть последовательного метода подключения li-ion батарей соответствует его названию – все элементы электрической системы соединяются между собой в единую цепь по порядку. Способ предполагает подключение положительного полюса каждой части АКБ с отрицательным полюсом последующей. Итог последовательного соединения аккумуляторов – единая электросистема, у которой у одного крайнего элемента свободен для подключения отрицательный, а у второго – положительный выход. Через них объединенная батарея включается во внешнюю цепь, например, электроприемник.

В случае, когда последовательно подключаются батареи равного объема и напряжения, итоговую потребляемую мощность можно вычислить путем умножения напряжения одной батареи на общее число АКБ, из которых состоит электрическая цепь.

Параллельный метод

При параллельном подключении литиевых аккумуляторов объединяют положительные клеммы с единой плюсовой точкой схемы. Отрицательные части соединяют с общим минусом. То есть, все положительные элементы запитывают к одному общему проводу, а отрицательные – к другому такому же. Концы кабелей используют для подключения к внешней сети.

Главное преимущество параллельного подключения заключается в том, что, при снятии клемм, напряжение общей сети остается таким же, как и у каждого элемента цепи. Объем при этом суммируется. То есть при параллельном подключении четырех АКБ по 300 мАч с мощностью 12 В можно получить общую батарею емкостью 1200 мАч с таким же напряжением 12 В.

Комбинированный метод

Комбинированный способ запитывания АКБ используется для построения системы более высокой емкости и напряжения. Сначала осуществляется последовательное подключение нескольких АКБ. Таким образом достигается необходимое рабочее напряжение. На следующем этапе запараллеливают аккумуляторы, полученные при последовательном соединении. Создается нескольких цепей до получения требуемой емкости.

Готовая конструкция отличается гибкостью, с ее помощью можно сделать систему с нужными значениями напряжения и зарядного тока, запитывая стандартные элементы.

Общую мощность системы можно вычислить путем умножения соответствующих значений, например, четыре 2-ватные литий-ионные батареи 18650 емкостью 500 мАч будут производить 9 Ватт.

Проверка работоспособности

При соединении аккумуляторов убедитесь, что они целые, без внешних повреждений, следов ржавчины и окисления. Клеммы и провода должны быть надежно закреплены. Если внешне батареи выглядят целыми, проверьте напряжение и силу тока. Сделать это можно одним из следующих способов:

Техника безопасности

Вне зависимости от выбранного способа соединения аккумуляторов важно соблюдать меры безопасности:

Последовательное и параллельное подключение батарей с соблюдением техники безопасности позволит снизить потери мощности и увеличить коэффициент полезного действия. Также АКБ соединяют и для объединения емкостей, когда одного аккумулятора недостаточно. Создав единую цепь, нужно проверить ее, как при помощи специальных устройств, так и путем подключения нагрузки.

Источник

Последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

У любого аккумулятора выделяют следующие основные характеристики:

Существует три возможных варианта соединения аккумуляторов между собой – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. В зависимости от схемы соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов может меняться Номинальное напряжение или Емкость системы, при этом максимальное количество запасенной энергии всех аккумуляторов останется неизменным.

Рассмотрим каждый из возможных вариантов соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов:

1) Последовательное соединение аккумуляторов

При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее.

В случае такого соединения Емкость системы остается неизменной, но напряжение системы является суммой всех соединенных последовательно аккумуляторов.

Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач. При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 200Ач*48В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для поднятия напряжения системы.

2) Параллельное соединение аккумуляторов

При таком соединении плюсовые клеммы аккумуляторов поочередно соединяются между собой. Минусовые клеммы также соединяются поочередно между собой.

В случае такого соединения напряжение системы остается неизменным, при этом емкость Банка Аккумуляторов является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Имеем те же 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач. При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 800Ач*12В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для увеличения емкости (тока заряда) системы.

3) Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

Такое соединение является самым востребованным при сборке Банков Аккумуляторов для различных целей.

При таком соединении цепочки последовательно соединенных аккумуляторов соединяются параллельно.

Например:

Снова обратимся к нашим 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В. Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач. При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 400Ач*24В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Примечание: обратите внимание, что максимальное количество запасенной энергии ― не зависит от схемы соединения аккумуляторов!

Различные схемы подключения аккумуляторов нужны для оптимизации работы комплекса оборудования используемого вместе с аккумуляторами. Выбирая различные схемы соединения, мы устанавливаем необходимые токи и напряжения для всей системы.

Источник