Как соединять батарейки и аккумуляторы последовательно или параллельно — схемы и особенности сборки
Как правильно подключить аккумулятор? Какие проблемы могут возникнуть при этом? В чем разница между последовательным и параллельным соединением батарей? Вам необходимо знать ответы на эти вопросы, чтобы не «убить» свой новый аккумулятор.
Зачем соединять аккумуляторы в батареи
Некоторые устройства требуют напряжения и тока, которые не могут быть обеспечены имеющимися в наличии батареями. Несколько батарейных блоков объединяются вместе для обеспечения нужных условий.
При параллельном соединении нескольких батарей общая емкость увеличивается. И эта конструкция может быть использована для питания мощных устройств, требующих больших значений тока. Это можно использовать, когда у вас есть две батареи небольшой емкости, а вам нужно запитать мощное устройство или продлить время его работы. В этом случае, чтобы не покупать диск большой емкости, можно использовать сборку из двух существующих дисков.
Для повышения напряжения батареи соединяются последовательно. Например, две батареи по 12 В дадут напряжение 24 В.
Для того чтобы увеличить и разность потенциалов, и емкость, необходимо использовать комбинированное соединение.
Особенности и схемы последовательного и параллельного соединения
Каждый метод имеет свои особенности, которые необходимо учитывать для предотвращения выхода батареи из строя.
Параллельное соединение — для увеличения ёмкости
Параллельное соединение батарей увеличивает их емкость. Например, если пять аккумуляторов емкостью 1200 мАч соединены параллельно, то 5 x 1200 = 6000 мАч. При параллельном соединении напряжение, обеспечиваемое этой конструкцией, будет таким же, как и у одной батареи.
Параллельно могут быть собраны только элементы с одинаковым напряжением. Если этот показатель отличается, то одна из ячеек будет выдавать больший ток и произойдет перегрузка. Если потенциалы равны, батареи разной емкости можно соединить параллельно. Однако если этот баланс нарушается, то пострадает батарея меньшей емкости. Если напряжение на нем выше, чем на других, через него будет протекать больший ток. Если он меньше, то зарядка будет завышена.
Последовательное соединение — для увеличения напряжения
При последовательном соединении емкость сборки равна емкости отдельных элементов в цепи, а напряжение равно суммарной разности потенциалов всех элементов в сборке.
Увеличение разности потенциалов
Между собой могут быть соединены только аккумуляторы одинаковой емкости. Давайте объясним почему.
При последовательном соединении ток, протекающий по всем элементам цепи, одинаков, а разность потенциалов может быть разной. Внутреннее сопротивление накопителя зависит от его емкости. При увеличении электрической емкости сопротивление уменьшается. Таким образом, при использовании батарей разной емкости напряжение одной батареи будет увеличиваться при зарядке и уменьшаться при разрядке.
Рассмотрим следующую ситуацию: имеется конструкция, состоящая из 10 аккумуляторов разной емкости, 5 из которых рассчитаны на 20Ah и один на 10Ah. Мы хотим заряжать их током 2A. Настроим зарядное устройство так, чтобы оно выключалось при разности потенциалов 138 В (13,8 В на ячейку).
Аккумулятор меньшей емкости будет быстрее заряжаться при зарядке. И пока он заряжается, другие ячейки продолжают заряжаться. Может произойти перезарядка, и электролит может закипеть, что приведет к пожару или взрыву. Это также может пагубно сказаться на сроке службы батареи.
Батареи, соединенные последовательно, можно заряжать только в том случае, если они используют одну и ту же технологию, имеют одинаковую емкость и разряжены до одного и того же уровня.
Батарея с небольшой емкостью будет разряжаться, в то время как другие батареи продолжают вырабатывать энергию. Это приведет к глубокому разряду и сульфатации пластин, что приведет к быстрому износу элементов.
Смешанная схема
В смешанном режиме ячейки подключаются последовательно и параллельно. Он предназначен для одновременного увеличения емкости и разности потенциалов.
Батареи можно подключать следующим образом
- Сначала последовательно соединяют столько батарей, сколько необходимо для обеспечения требуемой разности потенциалов.
- Затем параллельно подключается столько компонентов, сколько необходимо для обеспечения требуемой мощности.
Вот пример. У нас есть четыре батареи 12 В емкостью 200 Ач. Мы делаем 2 сборки батарей, соединенных последовательно. Затем эти узлы объединяются путем их параллельного соединения. Это даст нам конструкцию с емкостью 2*200=400Ah и напряжением 2*12=24V.
Можно ли и как правильно соединять обычные батарейки
Обычные батареи можно соединять последовательно. Это соединение используется для многих бытовых приборов, таких как пульты дистанционного управления, детские игрушки и радиоприемники.
Параллельное подключение батарей не рекомендуется, так как невозможно найти две батареи с одинаковым напряжением. Между клеммами возникнет разность потенциалов и паразитный ток, который разрядит одну из батарей. Если батареи соединены последовательно, одна из них будет просто заряжать другую, но батарея не может быть перезаряжена.
Видео о подключении аккумуляторов.
Практические примеры
Часто любители автомобильного аудио подключают второй аккумулятор для увеличения емкости. Обычно один аккумулятор размещается под капотом, а другой — в багажнике. Это соединение осуществляется параллельно, и выходное напряжение такое же, как и у одной батареи — 12 вольт. В этом случае емкость компонента будет равна сумме емкостей входящих в него батарей.
Теперь давайте посмотрим, как соединить две батареи параллельно. Схема такого подключения показана ниже.
Схематическая диаграмма автомобиля
Здесь «D» означает генератор переменного тока. Отрицательная клемма подключается к шасси автомобиля, а положительная клемма — к соответствующему выводу аккумулятора. В данном примере аккумулятор 1 — это аккумулятор под капотом. Отрицательная клемма этой батареи также соединена с металлическим кузовом автомобиля.
Второй аккумулятор — тот, что находится в багажнике — обозначен на схеме как аккумулятор 2. Его положительный полюс соединен с положительным полюсом первого аккумулятора. Отрицательная клемма подключается к шасси автомобиля.
Для предотвращения короткого замыкания необходимо установить два предохранителя. На схеме они обозначены F1 и F2. Они расположены на расстоянии 15-20 см от плюсовой клеммы. Подробности этого способа подключения можно увидеть на видео.
Иногда также используется последовательно-параллельное соединение батарей. Обычно он используется для питания бортового напряжения коммерческих автомобилей. Напряжение бортовой сети этих грузовиков составляет 24 вольта. Кроме того, требуется аккумулятор большой емкости. Подключение в смешанном режиме — это решение обеих проблем. Это соединение показано на схеме ниже.
Существуют некоторые различия в последовательном соединении литиевых батарей. Эти батареи очень чувствительны к перезарядке и могут иметь немного разную емкость даже из одной и той же партии. Поэтому, когда один элемент уже заряжен, остальные все еще остаются под напряжением. И первая заряженная батарея будет перезаряжена, что негативно скажется на ее сроке службы. Чтобы избежать этого, используется балансировочная плата, также известная как BMS.
Использование балансировочной пластины
В большинстве случаев балансир является ограничителем напряжения. Он сравнивает разность потенциалов на литий-ионной батарее с эталонным значением. Когда это напряжение превысит пороговое значение, ключевой транзистор, подключенный параллельно батарее, включится, и через него потечет большая часть тока, эффективно прекращая зарядку литий-ионной батареи.
Способы соединения элементов питания в батареи
Батареи и аккумуляторы
При питании радиоаппаратуры от батареек и аккумуляторов полезно знать распространённые схемы соединения батарей и аккумуляторов. Дело в том, что каждый вид батареек имеет допустимый разрядный ток.
Разрядный ток – наиболее оптимальное значение тока, который потребляется от батареи. Если потреблять от батарейки ток, превышающий разрядный, то надолго этой батарейки не хватит, она не сможет полностью отдать свою расчётную мощность.
Наверное, замечали, что для электромеханических часов используются “ пальчиковые ” (формата АА) или “ мизинцевые ” (формата ААА) батарейки, а для переносного лампового фонаря батарейки побольше (формат R14 или R20), которые способны отдать значительный ток и имеют большую ёмкость. Размер батарейки имеет значение!
Иногда требуется обеспечить батарейное электропитание прибора, который потребляет значительный ток, но стандартные батареи (например R20, R14) не могут дать необходимый ток, он для них выше разрядного. Что делать в этом случае?
Необходимо взять несколько однотипных батареек и соединить их в батарею.
Параллельное соединение элементов питания.
Так, например, если необходимо обеспечить значительный ток для аппарата применяют параллельное соединение батареек. В таком случае общее напряжение составной батареи будет равно напряжению одного элемента питания, а разрядный ток будет во столько раз больше, сколько батареек применяется.
На рисунке составная батарея из трёх 1,5 вольтовых батареек G1, G2, G3. Если учесть, что среднее значение разрядного тока для 1 батарейки формата АА 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), то разрядный ток составной батареи составит 3 * 7,5 = 22,5 mA. Вот так, приходится брать количеством.
Последовательное соединение элементов питания.
Бывает, что необходимо обеспечит напряжение 4,5 – 6 вольт, применяя батарейки на 1,5 вольта. В таком случае нужно соединить батарейки последовательно, как на рисунке.
Разрядный ток такой составной батареи составит значение для одного элемента, а общее напряжение будет равно сумме напряжений трёх батареек. Для трёх элементов формата АА (“пальчиковых”) разрядный ток составит 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), а суммарное напряжение – 4,5 Вольт.
Итак, подведём итоги.
Если необходимо обеспечить значительный ток, то применяется параллельное соединение элементов питания. Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для параллельно составленной батареи питания:
I=IG1 * N — общий разрядный ток параллельно составленной батареи.
где N – количество однотипных элементов питания.
IG1 – разрядный ток одного элемента питания.
U=UG1 — общее напряжение параллельно составленной батареи.
где UG1 – напряжение одного элемента питания.
Понятно, что никакого выигрыша по напряжению при параллельном соединении мы не получим.
Если требуется обеспечить напряжение в разы большее напряжения отдельного элемента питания, то применяется последовательная схема соединения.
Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для последовательно составленной батареи питания:
U=UG1 * N — общее напряжение последовательно составленной батареи.
I=IG1 — общий ток последовательно составленной батареи.
В таком случае мы получаем выигрыш по напряжению.
А как быть, если необходимо получить выигрыш и по напряжению и по току? Тогда применяется смешанное соединение элементов питания.
Взгляните на рисунок, думаю, Вам всё станет понятно.
При таком соединении составная батарейка из 6 элементов типоразмера АА обеспечит напряжение 4,5 Вольт и разрядный ток на нагрузке в 200 Ом – 2 * 7,5 = 15mA.
Рассчитывается всё довольно просто. Сначала, вычисляем напряжение на 3 последовательно соединённых элементах одного из плеч. Ток последовательно соединённых элементов будет равен току одного элемента.
Далее складываем токи каждого плеча из трёх элементов. В данном случае у нас два плеча. Напряжение параллельно соединённых элементов равно напряжению одного элемента. Здесь 3 последовательно соединённых батарейки представляют как бы один элемент питания на 4,5 Вольт.
В радиолюбительской практике не всегда необходимо вычислять разрядный ток, так как потребляемый приборами ток, как правило, нестабилен, всё зависит от режима работы конкретного аппарата.
Понятно, что магнитола потребляет больший ток в режиме воспроизведения, нежели в режиме прослушивания радио. В режиме воспроизведения ток потребления возрастает из-за работы двигателя протяжки ленты, тогда как в режиме радио необходимо лишь усилить принятый сигнал.
Необходимо просто правильно оценивать токовую нагрузку на составную батарею, ведь некоторые приборы могут потреблять значительный ток и в таких случаях можно добавить пару дополнительных элементов питания. В таком случае автономное время работы Вашего прибора возрастёт.
Как подключить 3 батарейки и более
Иногда, собирая схему, возникает необходимость в том как подключить батарейки чтобы увеличить емкость и вольтаж. Смешанное соединение элементов питания позволяет решить данную проблему. В данном случае лучше использовать аккумуляторы, а не батарейки из-за возникновения паразитных токов. Портал уЭлектрика расскажет как подключить 3 батарейки и более для увеличения емкости и вольтажа.
При конструировании электронных устройств нередко возникает необходимость в том как подключить батарейки смешанно. Для питания некоторых устройств нужны такие значения напряжения и тока, которые нельзя обеспечить имеющимися источниками. Чтобы обеспечить нужные условия, несколько накопителей объединяют последовательно-параллельно.
- Смешанное (последовательно-параллельное) соединение батареек
- Видео про соединение батареек
- Заключение
Смешанное (последовательно-параллельное) соединение батареек
Здесь используются все те же правила что и при параллельном и последовательном подключении. Общее напряжение и емкость цепи зависит от способа подключения всех батареек/аккумуляторов.
Пример смешанного подключения, которое можно использовать в случае аккумуляторов, но не одноразовых батареек
Смешанное (последовательно-параллельное) соединение батареек использовать не рекомендуется, потому что подобрать две батарейки с абсолютно одинаковым напряжением невозможно. Между выводами возникнет разность потенциалов и паразитный ток, который будет разряжать часть батареек. При смешанном соединении часть батареек будет просто заряжать другие элементы, но батарейки не могут заряжаться. В результате одни батарейка начнут разряжаться, а другие греться. Вот такие простые правила как подключить три и более батареек.
Электрическая схема смешанного (последовательно-параллельного) соединения
Видео про соединение батареек
Заключение
Часто при конструировании электронных устройств возникает необходимость в том как подключить 3 батарейки или больше. Для питания некоторых устройств нужны такие значения тока и напряжения, которые нельзя обеспечить имеющимися элементами. Чтобы создать нужные условия, несколько накопителей объединяют. Все же смешанное соединение для одноразовых батареек применять не рекомендуется. Про другие возможные подключения можно почитать ниже:
Источник фото: COM EXPERT channel, Technomania, Mерген Зима, Sergei Kim, Tatiana Channel, SedFAll, АНТОН ЛЯПАВ и РУЧНАЯ СБОРКА
Один отзыв для “ Как подключить 3 батарейки и более ”
Считаю, что это будет в тему: «Солевые» обозначаются латинской буквой R. Появились одними из первых, но имеют ряд серьезных недостатков. Самое главное — сравнительно низкая емкость таких батарей, что не позволяет использовать их на длительной основе. Низкое напряжение, что годится лишь для низковольтных потребителей, например: пульт для телевизора, настенные часы и т.д. А также маленький срок хранения, саморазряд до 20-40%, плохо справляются с работой в отрицательных температурах. Щелочные (алкалиновые). Маркируются как LR. Можно использовать с большим рядом устройств, от низковольтных, до тех, что потребляют значительное количество электроэнергии. Имеет приемлемую для большинства цену, длительный срок хранения, достаточную емкость. Можно использовать вместо «солевых» для увеличения срока работы аппаратуры от батареи. Литиевые. Маркировка: CR или BR. Высокая стоимость, большая емкость, срок хранения до 12 лет. Можно использовать для питания многих электроприборов для еще большего, чем щелочные, увеличения срока автономной работы. Стабильно работают на морозе и напряжение, в течении всего срока эксплуатации почти не снижается. Ртутные. Средняя цена, высокая емкость, хорошо справляются с низкими температурами, стабильное напряжение. Ввиду потенциального вреда для здоровья, из-за содержания в них ртути, почти не используются. Серебряные. Обозначаются как SR. Анод — сделан из цинка, катод — из серебра. Имеют высокую цены, большую емкость, также хорошо справляются с работой в низких и высоких температурах. Большой срок службы.
Последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение аккумуляторов
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.