Połączenie szeregowe, równoległe i mieszane akumulatorów

Wszyscy bateria, w zależności od typu, ma określone wartości paszportowe: napięcie znamionowe, prąd maksymalny, prąd optymalny, pojemność znamionową. Należy pamiętać, że te wartości paszportowe są prawidłowe tylko wtedy, gdy przestrzegany jest zalecany przez producenta tryb pracy baterii i tylko dla tych baterii, których zasoby życiowe są dalekie od wyczerpania.

Zdarza się również, że konieczne jest natychmiastowe osiągnięcie z baterii więcej niż to, do czego jest zdolny zgodnie z paszportem. Dlatego, aby zwiększyć pojemność, prąd pracy lub napięcie, często uciekają się do szeregowego, równoległego, a czasem mieszanego (szeregowo-równoległego) łączenia akumulatorów (ogniwa, ogniwa).

Tak więc dla akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych nominalna wartość napięcia dla jednego ogniwa wyniesie 3,7 V, dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych - 2,1 V, dla niklowo-cynkowych - 1,6 V, a dla niklowo-kadmowych i niklowo-wodorkowych — 1,2 V.

Jeśli chodzi o pojemność i optymalny prąd akumulatora, parametry te zależą od wielu parametrów konstrukcyjnych: od powierzchni elektrod, od objętości ogniwa, od gęstości elektrolitu itp.

Jeżeli konieczne jest uzyskanie wyższego napięcia pracy to ogniwa akumulatora należy łączyć szeregowo, jeżeli wymagana jest duża pojemność i prąd równolegle, jeżeli konieczne jest zwiększenie pojemności i napięcia należy zastosować połączenie szeregowo-równoległe baterie.

Szeregowe połączenie akumulatorów i jego charakterystyka

Od samego początku należy zrozumieć, że dla akumulatorów połączonych szeregowo - prąd płynący przez każdy akumulator takiego zespołu (akumulatora) zawsze będzie równy prądowi płynącemu przez cały węzeł i niezależnie od tego, czy akumulator się w tym czasie rozładowuje chwila lub ładowanie.

Z tego powodu zdecydowanie zaleca się łączenie szeregowe tylko akumulatorów tego samego typu (lub zestawów) o tej samej pojemności (rzeczywistej!).

Dlaczego są tego samego typu? Ponieważ minimalne (do którego można rozładować) i maksymalne (do którego można naładować) napięcie dla każdego ogniwa musi być takie samo.

Zajmijmy się teraz pytaniem, dlaczego konieczne jest, aby pojemności połączone szeregowo również były takie same.

Jeśli akumulatory o różnych pojemnościach zostaną połączone szeregowo, to podczas procesu rozładowania ogniwo o najmniejszej pojemności będzie się rozładowywać szybciej niż pozostałe i może dojść do tego, że w jednym z ogniw tworzących zespół nastąpi głębokie rozładowanie, podczas gdy pozostałe ogniwa nadal można bezpiecznie zwolnić.Zakłóci to działanie całej baterii akumulatorów, jej napięcie spadnie, a pojemność po prostu nie będzie mogła być odpowiednio zrealizowana w obciążeniu.

A w trakcie ładowania takiego nierównego węzła nastąpi co następuje: ogniwo o najmniejszej pojemności będzie już naładowane do wymaganego napięcia, podczas gdy sąsiedzi o większej pojemności pozostaną nienaładowani.

Aby zapobiec tak nieprzyjemnemu rozwojowi zdarzeń (zdarza się, że niektóre ogniwa nawet podczas prawidłowej pracy tracą swoją początkową pojemność wcześniej niż inne) ładowarka (lub zespół) wyposażona jest w regulator wyrównujący ładowanie-rozładowanie, który zabezpiecza ogniwa z trybów krytycznych.

Tak czy inaczej, przed podłączeniem akumulatorów w instalacji szeregowej należy zmierzyć pojemność każdego specjalnym przyrządem, który jest każdemu znany i powszechnie dostępny na rynku.

W amperogodzinach (Ah) lub miliamperogodzinach (mAh) pojemność baterii wynikająca z połączenia szeregowego identycznych baterii będzie równa pojemności pojedynczego ogniwa tworzącego baterię szeregową.

Prąd znamionowy, podobnie jak pojemność, będzie równy prądowi znamionowemu pojedynczego ogniwa. Napięcie znamionowe (w woltach) i energia (w watogodzinach) będą równe sumie odpowiednio napięć znamionowych i watogodzin wszystkich ogniw tworzących akumulator.

Równoległe połączenie akumulatorów i jego charakterystyka

Połączenie równoległe akumulatorów stosuje się, gdy należy pozostawić napięcie bez zmian, ale jednocześnie zwiększyć całkowitą pojemność i odpowiednio prąd znamionowy instalacji.

Ogniwa o tych samych napięciach znamionowych można łączyć równolegle, pożądane jest również, aby były one tego samego typu (tak, aby wpływ warunków pracy na pojemność i charakterystykę prądową wszystkich ogniw był w przybliżeniu taki sam).

W momencie podłączania pożądane jest również wyrównanie napięć prądowych w celu zmniejszenia prądów wyrównawczych, które nieuchronnie wystąpią, gdy zaciski biegunowe ogniw zostaną zwarte równolegle.

Pojemność powstałego modułu w amperogodzinach, jego prąd pracy, a także zmagazynowana energia w watogodzinach będą równe ich sumie dla każdego z ogniw tworzących zespół.

Łącząc równolegle ogniwa baterii należy również pamiętać, że wynikowy prąd samorozładowania węzła równoległego będzie większy niż suma prądów samorozładowania charakterystycznych dla każdego ogniwa z osobna, ponieważ część ogniw w zestawie będą się szybko rozładowywać i bardziej odporne na samorozładowanie, ogniwa będą się rozładowywać nie tylko same przez siebie, ale także przez swoich sąsiadów, cały czas niejako je ładując.

Szeregowe równoległe lub mieszane połączenie akumulatorów

Jeśli zrozumiałeś zasady i cechy szeregowego łączenia ogniw baterii i zrozumiałeś zasadę sumowania pojemności i prądu w połączeniu równoległym, to nie będzie Ci trudno połączyć powstałe węzły szeregowe równolegle lub węzły równoległe szeregowo.

Teoretycznie, aby zmniejszyć prąd samorozładowania, lepiej wydaje się połączyć równolegle kilka wcześniej przygotowanych, odpowiednio zmontowanych obwodów szeregowych o tej samej pojemności bez równoległego zamykania sąsiednich połączeń.Jednak w praktyce łatwiej jest połączyć ze sobą wiele równoległych węzłów.

W rezultacie zasada tworzenia zespołu jest następująca: jeśli w połączeniu mieszanym liczba ogniw połączonych szeregowo (w jednym obwodzie akumulatorów połączonych szeregowo) przekracza liczbę ogniw połączonych równolegle (to znaczy przekracza liczbę obwodów ), to obwody są łączone równolegle.

Jeżeli w połączeniu mieszanym liczba elementów równoległych przekracza liczbę elementów w obwodzie, wówczas węzły równoległe łączy się szeregowo po upewnieniu się, że ich pojemność jest równa.