Можно ли соединять параллельно аккумуляторы разной емкости
Объединенная группа аккумуляторов называется батареей элементов или просто гальванической батареей. Существуют два основных способа соединения элементов в батареи: последовательное и параллельное соединения.
В рамках данной статьи рассмотрим особенности последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Есть разные ситуации, когда может потребоваться увеличить общую емкость или поднять напряжение, прибегнув к параллельному или последовательному соединению нескольких аккумуляторов в батарею, и всегда нужно помнить о нюансах.
Параллельное соединение предполагает объединение положительных клемм аккумуляторов с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом, т. е. все положительные выводы элементов присоединить к одному общему проводу, а все отрицательные выводы — к другому общему проводу. Концы общих проводов такой батареи присоединяются к внешней цепи — к приемнику.
Сущность последовательного способа соединения аккумуляторов, как это вытекает из самого его названия, заключается в том, что все взятые элементы соединяются между собою в одну последовательную цепочку, т. е. положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом каждого последующего элемента.
В результате такого соединения получается одна общая батарея, у которой у одного крайнего элемента остается свободным отрицательный, а у второго — положительный выводы. При помощи их батарея и включается во внешнюю цепь — в приемник. Далее поговорим об этом более подробно.
Параллельное соединение аккумуляторов дает объединение емкостей, и при равном исходном напряжении на каждом из аккумуляторов, входящих в собираемую из них батарею, емкость составной батареи оказывается равной сумме емкостей этих аккумуляторов. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке.
Сколько бы элементов мы ни соединяли параллельно, общее их напряжение всегда будет равно напряжению одного элемента, но зато сила разрядного тока может быть увеличена во столько раз, сколько элементов будет входить в состав батареи, если только все элементы в батарее однотипные.
Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.
Ежели последовательно соединяются аккумуляторы равной емкости и равного на момент соединения напряжения, тогда напряжение батареи, полученной путем последовательного соединения, будет равно произведению напряжения одного аккумулятора и количества аккумуляторов, составляющих последовательную цепь.
При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Поэтому от составленной батареи независимо от величины ее напряжения можно потреблять только такой же силы ток, на какой рассчитан один элемент, входящий в состав данной батареи. Это и понятно, так как при последовательном соединении через каждый элемент проходит тот ток, какой проходит и через всю батарею.
Таким образом, путем последовательного соединения элементов, увеличивая их общее количество, можно повысить напряжение батареи до любых пределов, но сила разрядного тока батареи останется такой же, как и у одного отдельного элемента, входящего в ее состав.
И при параллельном, и при последовательном соединении, общая энергия батареи оказывается равной сумме энергий всех аккумуляторов, составляющих батарею.
Итак, для чего же аккумуляторы объединяют в батареи? Все дело в том, что в любой схеме существуют потери, связанные с нагревом проводников. И при одном и том же сопротивлении проводника, если требуется передать определенную мощность, гораздо выгоднее передавать мощность при высоком напряжении, тогда ток потребуется меньший, и омические потери будут меньше.
По этой причине мощные источники бесперебойного питания используют батареи последовательно соединенных аккумуляторов на общее напряжение в несколько десятков вольт, а не параллельную цепь на 12 вольт. Чем выше напряжение источника, тем выше КПД преобразователя.
Когда нужен значительный ток, а одного имеющегося в наличии аккумулятора для поставленной цели не достаточно, увеличивают емкость батареи, прибегая к параллельному соединению нескольких аккумуляторов.
Не всегда экономически выгодно заменять аккумулятор на новый, обладающий большей емкостью, и иногда достаточно присоединить параллельно еще один, и повысить емкость источника до необходимой. Некоторые источники бесперебойного питания имеют отсеки для установки дополнительных аккумуляторов параллельно уже имеющемуся, с целью повысить энергетический ресурс преобразователя.
Что следует учитывать при объединении аккумуляторов в последовательную цепь? Аккумуляторы различной емкости (изготовленные по одной и той же технологии, например свинцово-кислотные) отличаются внутренним сопротивлением. Чем выше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление, зависимость здесь почти обратно пропорциональная.
По этой причине, если последовательно соединить аккумуляторы разной емкости, и замкнуть цепь нагрузки или зарядную цепь, то ток по цепи пойдет везде одинаковый, а вот падения напряжений будут разными. И на каком-то из аккумуляторов батареи напряжение при зарядке окажется намного выше номинала, что опасно, а при разрядке — намного ниже нижнего предела, что вредно. Рассмотрим далее пример, покажем, чем это чревато.
Пусть в нашем распоряжении 10 аккумуляторов, номинальное напряжение каждого 12 вольт, 9 из них имеют емкость 20 ампер-часов, а один — 10 ампер-часов. Мы решили соединить их последовательно, и заряжать от зарядного устройства с контролем зарядного тока, выставили ток на 2 ампера. Зарядное устройство настроено так, что прекратит зарядку когда напряжение батареи пересечет отметку в 138 вольт, исходя из среднего значения в 13,8 вольт на каждый аккумулятор последовательной батареи. Что произойдет?
Для каждого аккумулятора производитель предоставляет зарядную характеристику, где можно увидеть, каким током и на протяжении какого времени нужно заряжать аккумулятор.
Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. Так, уже через 3 часа маленький аккумулятор возьмет свое, в то же самое время большие аккумуляторы еще 6 часов должны будут заряжаться.
Но напряжение на маленьком аккумуляторе уже пошло через край, его бы нужно перевести в режим стабилизации напряжения, на наш зарядный прибор этого не делает. В конце концов система рекомбинации газов в аккумуляторе вдвое меньшей емкости не выдержит, клапаны сорвет, и аккумулятор начнет терять влагу, терять емкость, при этом большие аккумуляторы все еще будут недозаряжены.
Вывод: заряжать последовательно можно только аккумуляторы равной емкости, одной и той же технологии, одного и того же состояния разряда.
Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. Изначально на каждом аккумуляторе 13,8 вольт, а разрядный ток составляет 2 ампера. Защита от глубокого разряда разомкнет цепь при 72 вольтах, то есть предполагается не менее 7,2 вольт на аккумулятор. Через 4 часа маленький аккумулятор полностью разрядится, а на больших еще будет по 12 вольт, и защита от глубокого разряда не уследит подвоха. Маленький аккумулятор уже необратимо потеряет часть своей емкости.
Вот почему последовательно можно соединять лишь аккумуляторы равных емкостей, если не хотите их испортить. Лучше всего последовательно соединять аккумуляторы из одной партии, и проверить предварительно их емкости тестером АКБ, дабы убедиться, что емкости аккумуляторов, из которых вы собираетесь собрать последовательную батарею, почти равны.
А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Разумеется, при условии равенства напряжений на их клеммах. При параллельном соединении емкости аккумуляторов не будут играть роли, поскольку внутренние сопротивления аккумуляторов окажутся подключены параллельно, и максимальный ток заряда или разряда будет у каждого аккумулятора свой, они будут работать синхронно.
Однако для клемм аккумуляторов и для каждого конкретного аккумулятора ограничения по току имеются, клеммы могут и не выдержать длительный ток, который в принципе способен дать аккумулятор, об этом важно не забывать. В технической документации к аккумулятору эти параметры указаны.
Если в момент соединения двух аккумуляторов, сильно различающихся по емкости, их напряжения отличаются значительно, неизбежна кратковременная перегрузка по току одного из аккумуляторов. Если напряжение выше у аккумулятора меньшей емкости, то перераспределение заряда в момент соединения вызовет кратковременный ток короткого замыкания в нем, и может быстро привести к его разрушению.
Если напряжение выше у аккумулятора большей емкости, то опять же под угрозой аккумулятор меньшей емкости, ибо он станет принимать заряд в режиме перегрузки. Поэтому лучше всего соединять параллельно аккумуляторы, предварительно выровняв напряжения на них, а уже следующим шагом объединять в батарею.
Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, как можно, а как нельзя соединять аккумуляторы и для каких целей это обычно делают.
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?
Зачем аккумуляторы соединять в батарею?
Подходит ли этот вариант для источников питания различной емкости?
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?
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 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
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:
- Последовательное соединение. Грубо говоря, мы увеличиваем напряжение, которое нам дадут источники бесперебойного питания.
- Смешанное соединение. В данном случае происходит одновременное увеличение и тока, и напряжения. Но это весьма сложная схема для построения.
Вопросы об аккумуляторах
1. Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов — что это такое?
П ри параллельном соединении, 
аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).
П олучившаяся при паралельном соединении аккумуляторная батарея 
имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.
Д ля последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого 
аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.
П олучившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея 
имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. Если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.
Э лектрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее 
равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.
2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?
В любых электрических системах или устройствах есть омические потери: часть электрической энергия превращается в тепло, не производя полезной работы. Чем больше напряжение электросистемы, тем (при той же мощности) меньше ток, меньше омические потери и меньше цена системы. Т.е. выгодно иметь электрические системы высокого напряжения. Причем, чем больше мощность системы, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольной. Поэтому в небольших UPS (на несколько сотен ВА) обычно стоит один аккумулятор на 12 вольт (так получается дешевле), в UPS на несколько кВА используется аккумуляторная батарея напряжением в десятки вольт, а в мощных ИБП на десятки киловатт напряжение аккумуляторной батареи может превышать 500 В.
С ледовательно, цель использования аккумуляторных батарей 
с последовательным соединением аккумуляторов — уменьшение потерь и увеличение коэффициента полезного действия (КПД).
И ногда емкости одного аккумулятора недостаточно, и нужно увеличить емкость. Иногда удобнее не ставить взамен аккумулятор большей емкости, а поставить еще один такой же аккумулятора параллельно, чтобы суммарная емкость аккумуляторной батареи аккумуляторной батареи удвоилась.
Н апример, для увеличения времени работы высококлассного ИБП Eaton Powerware 9130 от аккумуляторной батареи параллельно существующей батарее подключают еще одну или несколько таких же аккумуляторных батарей.
3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?
И звестно, что внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому, при протекании тока через последовательную аккумуляторную батарею, на свинцовых аккумуляторах разной емкости будут разные напряжения. Опасно ли это для отдельных аккумуляторов и для аккумуляторной батареи в целом? Рассмотрим по-отдельности режимы разряда и зарядки свинцовых аккумуляторов.
П редположим, мы заряжаем последовательную аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцовых аккумуляторов емкостью по 10 А*час и одного 12-вольтового свинцового аккумулятора емкостью 8 А*час. В начале все аккумуляторы разряжены. Зарядное устройство реализует алгоритм зарядки I-U с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (13.8 В в среднем на аккумулятор).
П о данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе 
изменяется в соответствии с графиком справа. В начале процесса зарядки, зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а суммарное напряжение на аккумуляторной батарее сложится из напряжений на отдельных аккумуляторах, напряжение для каждого аккумулятора можно определить по его зарядной характеристике (графику зависимости напряжения аккумулятора от времени, который приводится производителем в его технических характеристиках). В начале зарядки на свинцовом аккумуляторе в 8 А*час будет около 12.3 В, а на всех аккумуляторах емкостью 10 А*час — примерно по 12 В на каждом. Начало зарядки абсолютно безопасно для всех 8 аккумуляторов.
Е ще через 3-4 часа, напряжение на аккумуляторной батарее достигнет предела — 110 В. Это напряжение разделится следующим образом: на аккумуляторах емкостью 10 А*час будет чуть больше 13.5 В, а на аккумуляторе емкостью 8 А*час — больше 15 В. Система рекомбинации газов, выделяющихся в этом аккумуляторе, перестанет справляться c нагрузкой, предохранительные клапаны аккумулятора откроются, аккумулятор начнет терять воду, а с ней и емкость. В то же время, все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут недозаряжены. Следовательно, при зарядке свинцовых аккумуляторов соединенные последовательно аккумуляторы разной емкости будут все больше и больше расходиться по своим параметрам — ″разбегаться″.
Р ассмотрим теперь разряд все той же аккумуляторной батареи из 8 свинцовых аккумуляторов током 1 А. Пусть система построена так, что при уменьшении напряжения до 84 В срабатывает защита от глубокого разряда, и разряд прекращается. Начальное состояние всех свинцовых аккумуляторов — ″полностью заряжены″. Через 7-8 часов после начала разряда, аккумулятор емкостью 8 А*час полностью разрядится. Напряжение на нем составит 10.5 В. Напряжение на остальных аккумуляторах батареи будет в это время чуть больше 11 В на каждом. Значит суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет примерно 10.5 * 7 + 11.1 = 88,2 В. Поэтому вся аккумуляторная батарея продолжит разряжаться, в том числе и многострадальный аккумулятор емкостью 8 А*час. Напряжение на нем будет очень быстро падать, в то время, как остальные свинцовые аккумуляторы практически не будут разряжаться. Когда напряжение на нем достигнет примерно 7 В, система отключит нагрузку, но будет уже поздно — аккумулятор будет в состоянии глубокого разряда и потеряет часть емкости.
Т еперь становится понятно, что последовательно можно соединять только свинцовые аккумуляторы одинаковой емкости, иначе аккумуляторная батарея будет быстро выходить из строя. Рекомендуется использовать для последовательного соединения свинцовые аккумуляторы одного типа, одного завода и из одной партии. Если в аккумуляторную батарею предполагается объединить более двух свинцовых аккумуляторов последовательно, очень желателен еще и предварительный подбор аккумуляторов по емкости и напряжению с помощью тестеров аккумуляторов
4. Можно ли соединять параллельно свинцовые аккумуляторы разной емкости?
Д ля параллельно соединенных свинцовых кислотных аккумуляторов нет опасности появления на клеммах аккумулятора разных напряжений. Напряжения на всех параллельно соединенных аккумуляторах одинаковы в силу самого характера соединения. Значит параллельно соединенные аккумуляторы не могут "разбежаться" — они будут разряжаться или заряжаться синхронно.
Н о у свинцовых аккумуляторов есть ограничение не только по максимальному и минимальному напряжению, но и по токам. Например, для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272) производителем установлены следующие ограничения по токам.
М аксимальный разрядный ток не должен превышать 100 А для аккумуляторов с клеммами шириной 3/16" (4.75 мм) и 130 А для аккумуляторов с клеммами ¼" (6.35 мм) — 130 А (18С). Протекание такого большого тока через аккумулятор емкостью всего 7.2 А*час ограничено и по времени: не более 5 с. Почему ограничен разрядный ток, понятно — клеммы аккумулятора не могут надежно передать больший ток (хотя сам аккумулятор, вероятно, мог бы).
Е сли мы посмотрим технические характеристики аккумуляторов разных производителей (правда не все указывают максимально допустимый ток), нам откроется довольно пестрая картина. Для стационарных (промышленных) свинцовых аккумуляторов, максимальный ток ограничен значением, которое численно (в амперах) составляет от 5 до 25 емкостей аккумулятора (в А*час). Некоторые производители указывают еще и ток короткого замыкания (иногда с ограничением времени — 0.1 с) — он численно составляет от 15 до 70 емкостей аккумулятора (15С. 70С). Суммируя эти данные, можно сказать, что свинцовый аккумулятор может безопасно разряжаться очень большими токами, вплоть до десятков С, причем чем меньше время разряда, тем больше допустимый ток.
Ж есткого ограничения максимального зарядного тока производитель CSB GP 1272 (GP1272) не дает, он только рекомендует ограничить максимальный ток зарядного устройства значением 2.16 А (это численно равно 30% емкости аккумулятора — 0.3С). Это ограничение совершенно точно не связано с возможностями проводников (клемм и решетки пластин аккумулятора), — проводники этого аккумулятора, как мы уже знаем, могут передать в 50 раз больший ток. Тогда с чем же связано это ограничение?
В процессе зарядки свинцового аккумулятора, сернокислый свинец превращается в свинец или окись свинца (в зависимости от того, на положительной или отрицательной пластине происходит реакция), а сера, входившая в состав сернокислого свинца, переходит в электролит. Для эффективного протекания электрохимической реакции зарядки свинцового аккумуляторав, нужно все время подводить в поверхности, на которой происходит реакция, свежий электролит и отводить продукты реакции (все тот же электролит, но уже содержащий больше серы). Активная масса пластины свинцового аккумулятора имеет пористую структуру (это увеличивает активную поверхность и емкость свинцового аккумулятора). К открытой части активной поверхности очень легко подводить (и отводить) вещества, участвующие в реакции, а перенос свежего электролита вглубь пористой пластины затруднен — по мере удаления от поверхности, поры становятся все уже и глубже. Поэтому в начале зарядки свинцового аккумулятора, электрохимическая реакция происходит главным образом на открытой поверхности пластин и только потом распространяется вглубь активной массы. В начале зарядки, аккумулятор способен безопасно воспринять довольно большой зарядный ток — ведь к поверхности пластины можно быстро доставить сколько угодно свежего электролита. Но по мере того, как процесс зарядки перемещается вглубь активной масыы, зарядный ток нужно уменьшать, иначе вместо электрохимической реакции зарядки аккумулятора будет происходить разложение электролита (аккумулятор "закипит"). Свинцовый аккумулятор может быть и не выйдет из строя сразу, но его старение ускорится и он раньше потеряет емкость.
С облюдение общего ограничения тока зарядного устройства (2.16 А для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272), установленного производителем, позволяет безопасно заряжать аккумулятор, независимо от глубины и характера его разряда и температуры (в определенных производителем пределах). Тем не менее, в начале зарядки свинцового аккумулятора, допустим и больший зарядный ток.
В ернемся теперь к параллельно соединенным свинцовым аккумуляторам. Понятно, что, если суммарный ток через параллельную аккумуляторную батарею не превышает ограничений, установленных для каждого аккумулятора батареи, то никакой опасности для аккумуляторов нет. Понятно также, что, если мы соединим параллельно 5 аккумуляторов CSB GP 1272 (GP1272) из одной партии и будем их заряжать током 5 х 2 = 10 А, то опять-таки нет никакой опасности — аккумуляторы абсолютно одинаковые, токи разделятся поровну, и ток через каждый аккумулятор не превысит установленного производителем ограничения.
Н о если мы соединим в параллельную батарею разные аккумуляторы, и суммарный разрядный или зарядный ток заметно превысит ограничения, установленные для отдельного свинцового аккумулятора, то через какой-то аккумулятор может потечь ток, превышающий возможности этого аккумулятора. Посмотрим теперь, как распределяются токи между свинцовыми аккумуляторами параллельной аккумуляторной батареи, составленной из аккумуляторов разных типов.
В начале зарядки или разряда параллельной аккумуляторной батареи, токи (зарядный или разрядный) разделятся между аккумуляторами обратно пропорционально их внутреннему сопротивлению. Если свинцовые аккумуляторы сильно различаются по емкости, конструкции, составу пластин или технологии изготовления, то внутреннее сопротивление аккумуляторов может оказаться не совсем обратно пропорциональным их емкости. В этом случае, и токи в начале разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов могут распределиться не совсем пропорционально их емкости.
С оединенные параллельно свинцовые аккумуляторы имеют одинаковое напряжение на своих клеммах. Поэтому их разряд или зарядка происходят синхронно: невозможна ситуация, когда один из параллельно соединенных аккумуляторов разрядился (или зарядился) наполовину, а другой — полностью. Поэтому, через некоторое время после начала разряда или зарядки, токи начинают перераспределяться между аккумуляторами так, чтобы компенсировать возможно имевшую в начале процесса место диспропорцию. В конечном счете (или, вернее сказать, в среднем), токи распределяются между аккумуляторами пропорционально их реальной емкости, даже если внутреннее сопротивление аккумуляторов не совсем обратно пропорционально емкости аккумуляторов.
С ледовательно, потенциальную опасность представляет начало разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов, соединенных параллельно. Но в начале разряда или зарядки, как мы уже выяснили, свинцовые аккумуляторы могут без вреда для себя разряжаться или заряжаться токами, которые превышают установленные производителем ограничения. Поэтому можно было бы сказать, что параллельное соединение разнородных аккумуляторов не представляет опасности. Но мы будем осторожнее, и скажем, что такой опасности почти нет — но при параллельном соединении свинцовых аккумуляторов разной емкости или изготовленных по разным технологиям нужно избегать ситуаций, когда зарядный или разрядный ток аккумуляторной батареи в несколько раз превышает установленное производителем предельное значение зарядного или разрядного тока одного аккумулятора.
Варианты соединения аккумуляторов различной емкости в одну систему, емкость при разном подключении аккумуляторов.
Очень частый вопрос задают многие люди, кто собрали или только планируют собрать аккумуляторный банк, в котором будет хранится собираемая энергия и аккумулироваться для последующего ее использования. Данная тема должна так же помочь людям понять на какой же системе лучше остановится. Данная тема создана специально для начинающих а так же может будет полезна и реальным пользователям чтобы оценить реальную емкость своей системы.
В данной теме мы рассмотрим всего три системы на 12 Вольт, 24 вольта, и 48 вольт. Для остальных вариантов включения аккумуляторов так же действует данное правило!
И так рассмотрим предложенный мной рисунок:
На рисунке один мы видим четыре аккумулятора соединенных последовательно, емкость каждого аккумулятора равна для легкости подсчетов по 100А/ч. Соединив по данной схеме мы получаем систему на 48 вольт и емкость 100 А/ч но не как не 200 а/ч.
Для рисунка 1 и 3 очень важно, чтобы емкость каждого аккумулятора была одинакова, это нужно для того чтобы аккумуляторы заряжались равномерно!
На рисунке 2 мы видим соединение параллельное, где четыре аккумулятора соединены между собой плюсами от каждого аккумулятора это общий +, и все минусы соединены между собой, это общий минус.
Для рисунка 2 нет никаких ограничений какой емкости аккумуляторы должны быть соединены в параллель, они могут иметь разную емкость но это не желательно! Именно для того чтобы соединить аккумуляторы разной емкости, я на своем жизненном опыте придумал правильное соединение, которое позволило подключать разные аккумуляторы для системы без потерь по качеству заряда и итоговой емкости аккумуляторов.
Если подключать по рисунку 2 аккумуляторы разной емкости самая большая нагрузка при съеме инвертором приходится на слабый аккумулятор, что и выводит его из строя очень быстро!
По рисунку 3 мы видим два аккумулятора соединенных последовательно, каждый аккумулятор имеет напряжение 12 В и емкость 100 А/ч, в сумме мы получаем при таком подключении всего 24 вольта и емкость 100 а/ч. То есть данные отличаются от рисунка один тем что аккумуляторов на два меньше а емкость так — же равна!
Рассмотрим варианты подключений на примере 12 аккумуляторов, где каждый аккумулятор на нашим примерам на 100 а/ч, для легкости подсчетов.
Далее рассмотрим рисунок по увеличению емкости на 48 вольтовую систему.
Следующая система на 12 аккумуляторах при подключении в 24 вольтовыю цепь.
И последний вариант подключения на самую расспространенную систему включения на 12 В, при том же количестве аккумуляторов.
И так подведем итог, из 12, двенадцати вольтовых аккумуляторов можно получить следующие системы по емкости :
48 В система будет иметь емкость — 300 а/ч
24 В система будет иметь емкость — 600 А/ч
12 В система будет иметь емкость 1200 А/ч
Э лектрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее 
равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.
Вот как-то так, надеюсь теперь не возникнет подсчитать емкость вашей системы.
Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарей
Аккумуляторные элементы не так часто используют по отдельности. Чаще всего их так или иначе соединяют между собой, чтобы получить новые характеристики источника питания.
Что дает соединение аккумуляторов
Вследствие законов химии и физики, одна аккумуляторная ячейка не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питанию потребителей. Обойти эту проблему можно путем параллельного или последовательного соединения АКБ.
Увеличение напряжения
Единичная аккумуляторная банка выдает напряжение, определяемое электрохимическими реакциями, проходящими внутри нее при заряде или разряде. Для наиболее распространенных типов выходной уровень при полной зарядке составляет:
- Литий-ионный – 3,7 вольт.
- Никель-кадмиевый – 1,38 вольт.
- Свинцово-кислотный – 2,1 вольт.
- Никель-металлогидридный – 1,25 вольт.
Во многих случаях этого недостаточно для нормальной работы запитываемой сети. Так, для нормальной работы мотоциклов требуется не менее 6 вольт, а для автомобилей – 12 вольт, а бывает 24 вольта. Единичный элемент выдать такое напряжение не может, поэтому для увеличения выходного уровня ячейки соединяют последовательно .
Увеличение емкости
Если не учитывать воздействие внешних факторов (температуру и т.п.), то емкость одной ячейки определяется:
- удельной емкостью (зависит от технологии изготовления);
- размерами АКБ.
Зачастую удобнее необходимую емкость получать не от одной банки больших габаритов, а от нескольких меньших по весу и размерам элементов. Например, целесообразно применять банки стандартных типоразмеров. Для этой цели их надо соединить параллельно. При этом их емкость складывается.
Схемы подключения
При разных типах подключения клеммы банок соединяют друг с другом разными способами.
Последовательное
При последовательном подключении аккумуляторы соединяются в цепочку разноименными выводами. Плюсовая клемма одной банки соединяется с минусом другой, минусовая клемма – с плюсом третьей. Так можно соединить любое количество элементов, чтобы получить необходимое напряжение, которое снимается со свободных клемм крайних звеньев. Емкость цепочки будет равна емкости одной банки.
Последовательная цепочка из трех свинцово-кислотных банок для получения напряжения 6,3 вольт.
Параллельное
При параллельном подключении между собой соединяются положительные выводы всех элементов и все отрицательные. Питание снимается с плюсовой и с минусовой шины в удобном месте. Напряжение сборки будет равно напряжению одной банки (поэтому надо применять однотипные ячейки с равным выходным напряжением), а емкость – сумме всех емкостей.
Параллельное соединение дает увеличение общей емкости.
Комбинированное
В тех случаях, когда надо увеличить одновременно емкость, и напряжение, применяют смешанное (комбинированное) включение элементов. Сначала делают параллельную сборку для достижения необходимой емкости. Потом эти сборки подключают последовательно для получения необходимого напряжения аккумуляторной батареи.
Смешанное подключение ячеек для получения напряжения 6,3 вольт и емкости 30 А*ч.
Пример соединение АКБ 18650
Примером параллельного и последовательного соединения аккумуляторов типоразмера 18650 может служить подключение элементов в батарее ноутбука. Выходное напряжение одного литий-ионного аккумулятора составляет 3,7 вольта, что недостаточно для питания многих потребителей компьютера. Наибольшая емкость одного Li-Ion элемента в формате 18650, достижимая в рамках современных технологий, составляет 4500 мА*Ч (к маркировке в 15000 мА*ч или даже 30000 мА*Ч, наносимой на элементы, выпущенные неизвестными производителями из Юго-Восточной Азии, серьезно относиться нельзя).
Для увеличения времени автономной работы лэптопа путем повышения емкости АКБ, одновременно применяют параллельное включение банок. В результате в пределах разумных массогабаритных показателей достигается оптимальное значение напряжения и емкости.
Комбинированное соединение элементов в батарее ноутбука.
Как коммутировать обычные батарейки
Разница между перезаряжаемыми аккумуляторами и обычными гальваническими элементами в том, что электрохимические процессы в батарейках идут только в одном направлении. После исчерпания энергии снова зарядить такой источник электроэнергии не получится. Поэтому соединять гальванические элементы параллельно не имеет особого смысла – после подключения начнутся переходные процессы, связанные с неодинаковым уровнем заряженности батареек. Большая часть запасенной энергии может уйти на уравнивание заряда. Если запас энергии аккумулятора впоследствии можно восстановить, то гальванический элемент прослужит лишь до окончания остатка заряда.
Сведения о том, что при параллельном подключении гальванических элементов может случиться перегрев с возгоранием, являются не более чем интернет-страшилками. У одноразовых источников не хватит для этого мощности.
Каким кабелем соединять АКБ
Сечение и материал соединяющих проводников выбирается исходя из тока нагрузки будущей сборки. Чем выше ток, тем больше должно быть сечение. Особенно это касается аккумуляторов, от которых требуется большая токоотдача (в электроинструменте и т.п.) – проводники небольшого сечения будут не только перегреваться, но и ограничивать максимальный ток.
Соединение литий-ионных элементов шинками.
Для большинства случаев соединения аккумуляторов 18650 можно применить стандартные никелевые шинки – при достаточном сечении они не увеличивают заметно габариты сборки. Крепить их можно пайкой или точечной сваркой. Также шинками, только большей толщины, иногда соединяют ячейки стартерных кислотно-свинцовых аккумуляторов.
Если требования к токоотдаче невелики и разрядный ток также мал, вполне можно обойтись держателями аккумуляторов с пружинными контактами. В этом случае намного облегчается монтаж или демонтаж элементов.
Сборка батареи в пружинном держателе (холдере).
Обязательно ли применять контроллер
Контроллер обязателен к применению с аккумуляторами , которые особенно боятся перезаряда, глубокого разряда и перегрева. К этой категории относятся литий-ионные и литий-полимерные батареи. Для последовательно соединенных ячеек или сборок обязательно также применение балансиров (BMS). Аккумуляторы имеют разброс по емкости, поэтому некоторые банки зарядятся (или разрядятся) раньше других, для них продолжение процесса будет опасным. Балансир отключит эти элементы, дав зарядиться остальным.
Плата контроллера (BMS) и схема ее подключения для последовательной цепочки ячеек.
От глубокого разряда, вызванного саморазрядом при длительном хранении, контроллер (и балансир) не спасут. Но склонность Li-Ion и Li-Po батарей к саморазряду низка, поэтому у таких батарей во время бездействия достаточно периодически проверять напряжение. При необходимости их надо подзаряжать.
Частые вопросы
Принципиального запрета на составление батареи из банок с разной емкостью нет, работать такая АКБ будет. Но надо иметь в виду, что при любом соединении такое звено исчерпает свой запас энергии первым. При параллельном соединении он через некоторое время вместо источника тока станет нагрузкой и будет разряжать остальные банки.
При последовательном соединении отстающий аккумулятор снизит емкость АКБ до своего уровня, поэтому время работы всей батареи уменьшится. Также при этом снизится токоотдача. Кроме того, при заряде такая банка зарядится раньше других, пока остальные еще будут добирать энергию. А зарядный ток через нее будет продолжать идти, поэтому легко выйти на режим перезаряда. Особенно такой ситуации боятся батарейки на основе лития, поэтому их в любом случае заряжают под управлением контроллера. Схема управления отключит ячейку, зарядившуюся раньше всех.
Для наглядности видео о соединение аккумуляторов с разной емкостью.
Надо понимать, что банок с абсолютно одинаковой емкостью не существует. Даже у аккумуляторов с равным номиналом всегда присутствует разброс, связанный с различием технологического процесса у разных производителей а также с износом банок. Чем этот разброс больше, тем более выражены описанные явления. Поэтому для изготовления сборок оптимально применять однотипные ячейки одного изготовителя, а если получится – то из одной серии. Также очень желательно, чтобы аккумуляторы, составляющие батарею, имели примерно одно и то же техническое состояние. Считается нормальным, если сборку составляют звенья, емкость которых отличается друг от друга в пределах 5%
Желательно составлять сборки из полностью заряженных элементов (как более сложный вариант – из заряженных до равного уровня). При параллельном подключении разнозаряженных аккумуляторов в батарее начнется процесс выравнивания – более заряженные банки будут отдавать энергию менее заряженным, подобно соединенным сосудам с разным уровнем жидкости. Это перераспределение продолжается до нескольких часов. Если зарядить батарею до истечения выравнивания, то ее емкость будет использоваться не полностью – до первого пополнения энергии с полностью выровненными зарядами.
Надо понимать, что полностью идентично зарядить банки не получится из-за разницы в характеристиках. Поэтому правильно будет после составления батареи выдержать ее несколько часов, и только после этого дозарядить.
Если из разнозаряженных банок составить последовательную батарею, там будут происходить похожие процессы, только медленнее и только во время работы, ведь без нагрузки ток в цепи не пойдет. Возможно, потребуется несколько циклов зарядки, чтобы уравнять уровни энергии в каждой ячейке. Поэтому в этом случае желательно внимательнее отнестись к подбору элементов с близкими параметрами, а перед соединением зарядить их до полного.
Параллельное соединение Li-Ion аккумуляторов различной емкости
Ну что же. оказывается, некоторое количество людей до сих пор больше верит в магию чем в физику.
и такой простой случай, как параллельное включение химических источников тока вызывает разброд и шатание в умах.
итак, к счастью наиболее часто используемый и разумный способ параллельного соединения аккумуляторов, а именно одинаковых, одного производителя и одной номинальной емкости, не вызывает почти ни у кого сомнений — общая емкость равна емкости одного аккумулятора умноженной на их количество. хорошо.
но периодически возникают вопросы типа "а вот если соединить хороший заряженный аккумулятор с плохим разряженным который нашли в помойке", то общая емкость будет равна емкости самого большого аккумулятора, самого маленького, средней арифметической емкости, и вообще неизвестно чему, ибо хороший аккумулятор будет тратить часть своей энергии на заряд плохого, и вообще там будут происходить непонятные процессы, один будет разряжаться раньше другого и прочая и прочая.
кроме того, если запараллелить хороший заряженный с плохим разряженным то они каааааак падзарвуца! поэтому параллелить надо только аккумуляторы с защитой
нет. нет. Нет и НЕТ!
емкости всегда складываются при параллельном соединениии. ни средняя, ни минимальная или максимальная, а просто сумма.
хороший аккумулятор не будет подзаряжать плохой, потому что для появления зарядного тока нужна разность потенциалов между аккумуляторами, а она при параллельном соединении равна нулю.
всегда. и поэтому при разряде происходит автоматическое перераспределение токоотдачи с каждого аккумулятора таким образом, что в итоге они разряжаются одновременно, независимо от их разрядных характеристик и начальной емкости.
переходим к практическим занятиям.
берем 2 аккумулятора — Panasonoc CGR18650E и, насколько я помню, Ultrafire 18650 (обложка с маркировкой не сохранилась) категории DOA.
предварительно заряжаем и разряжаем каждый током 0.5А до напряжения 2.8В
емкости получились соответственно 2403 и 171 мАч.
внутренние сопротивления 85 и 400мОм.
соединяем в параллельную сборку, заряжаем и разряжаем током 1А (т.е формально теми же самыми 0.5А на каждый, в случае если бы это были одинаковые аккумуляторы) до того же самого напряжения 2.8В.
отданная такой сборкой емкость получилась 2661 мАч, что на 87мАч больше суммарной емкости отдельных аккумуляторов. удивительно? нисколько. потому что разряд происходит не общим током поделенным на количество аккумуляторов, а различным, зависящим от внутреннего сопротивления и емкости каждого аккумулятора. понятно, что плохой аккумулятор разряжается гораздо меньшим током чем хороший, а потому отдает несколько больше мАч. но в общем хорошо видно, что емкость хорошего не тратится на подзаряд плохого.
далее. животрепещущий вопрос, что же будет, если мы в дорогущий фонарик за 200 с лишним баксов понапихаем различных аккумуляторов, среди которых обязательно должен затесаться как минимум один, полностью разряженный и вообще чудом избежавший этапирования в мусорное ведро.
да ничего не будет:
и этот ток стремительно падает, через 5-8 секунд уже немногим больше 600мА
напомню, что сила тока зависит от сопротивления цепи и разности потенциалов, которая в свою очередь определяется разностью эдс аккумуляторов и падением напряжений на их внутренних сопротивлениях. т.е чем больше ток, тем больше напряжение на разряженном и меньше на заряженном, что снижает разность потенциалов и вызывает уменьшение тока в цепи. и этот процесс развивается в далее в сторону снижения тока вплоть до 0.
второй вариант — параллельное соединение заряженных и разряженных, но качественных, живых аккумуляторов (менее интересный, почему-то большинство заботит именно первый вариант, с плохим аккумулятором, а хорошие все собираются использовать исключительно равнозаряженными)
ток прилично выше. но он так же постепенно падает.
в любом случае, индивидуальная защита аккумуляторов ни в том ни в другом случае просто не сработала бы, ток недостаточен. а с платами защиты будет еще меньше, т.к. это добавочное сопротивление.
даже если включить 3 заряженных и 1 разряженный, скорее всего ток не будет сильно выше, потому как больший ток вызовет увеличение напряжения на разряженном аккумуляторе, что приведет к снижению разности потенциалов и т.д.
ну и напоследок коснусь попадающихся иногда вопросов, что будет происходить при заряде и разряде параллельной сборки аккумуляторов с индивидуальными защитами. якобы при заряде один из аккумуляторов перезарядится до срабатывания защиты, отключится, и на остальные пойдет больший ток.
нет, не может какой-то один аккумулятор перезарядиться. в сборке напряжение одинаковое по всем аккумуляторам, все они зарядятся одновременно.
равно как и при разряде — не может один отключиться по переразряду вызвав тем самым повышенную нагрузку на остальные. не может. потому что опять таки одинаковое напряжение на каждом. параллельное соединение ибо