Какие виды соединений аккумуляторов существуют?
Для увеличения напряжения, емкости и связанных с ними параметров аккумуляторы соединяют в аккумуляторные батареи, а АКБ – в группы. При этом способ соединения зависит от того, какие характеристики нужно увеличить. Для суммирования напряжения, снижения потерь на нагрев проводников и увеличения КПД используют последовательное соединение, для суммирования емкости и увеличения допустимых токовых нагрузок – параллельное. Если же нужно увеличить все характеристики, используют комбинированное (последовательно-параллельное, смешанное) соединение.
Особенности последовательного соединения
Когда ячейки или аккумуляторные батареи объединяют в единую систему последовательно:
- Минусовая клемма первого элемента питания (или АКБ) соединяется с плюсовой клеммой второго, минусовая клемма второго – с плюсовой клеммой третьего и т.д.
- Вольтаж увеличивается – общее напряжение системы равно сумме напряжений всех элементов цепочки. В результате обеспечивается более эффективная передача энергии и достигается вольтаж, необходимый для питания высоковольтных систем.
- Общая емкость – такая же, как у 1 элемента цепочки. Если значение емкости у соединенных в АКБ ячеек неодинаково, то суммарное значение будет равным емкости самого слабого звена.
- Допустимые токовые нагрузки для собранной цепочки – такие же, как у одного элемента.
В последовательную цепочку соединяют идентичные элементы питания – созданные по единой технологии, имеющие одинаковые значения емкости, находящиеся в одинаковой стадии разряда, хорошо бы – из одной партии. Если емкостной запас у соединяемых ячеек будет разным, это спровоцирует их неравномерный разряд при последующей эксплуатации АКБ. В результате элементы с меньшим запасом емкости будут испытывать перегрузки и быстрее выйдут из строя из-за систематического перезаряда и глубокого разряда. Это связано с тем, что при зарядке напряжение ячеек с меньшей емкостью будет выше верхнего предела, а при разрядке – ниже допустимого минимума.
Что дает параллельное соединение аккумуляторов?
При таком принципе сборки все положительные клеммы объединяют в общий плюс, а все отрицательные – в общий минус. В результате общее напряжение системы равно вольтажу каждого элемента, емкость – суммируется, а вместе с ней возрастают и допустимые токовые нагрузки. Такой метод соединения актуален, если наращивать вольтаж не нужно, но необходимо увеличить емкость и токи заряда/разряда системы.
Параллельно соединяют элементы одинакового напряжения, иначе неравномерное распределение тока между ними приведет к токовым перегрузкам и повреждению отдельных ячеек. А если более высокое напряжение будет у менее емкого элемента, это приведет к возникновению в нем тока короткого замыкания. При этом емкость аккумуляторов, соединяемых в общую параллель, может быть разной. Главное – выровнять их напряжения.
Особенности смешанного соединения
Комбинированные схемы сочетают два предыдущих способа и используются чаще всего, т.к. позволяют повысить сразу все параметры. При данном соединении:
- Элементы питания вначале объединяют последовательно в одинаковые линии, а затем эти цепочки соединяют параллельно.
- Общее напряжение системы становится равным суммарному вольтажу элементов в каждой линии.
- Общая емкость равна сумме емкостей этих линий.
При этом виде подключения очень важно, чтобы все элементы в сборке были одинаковыми – по типу химии, форм-фактору, напряжению, емкости, внутреннему сопротивлению, уровню заряда. Это позволит правильно работать всем ячейкам в системе и продлить срок их службы.
Чтобы поддерживать равномерный заряд и разряд элементов в АКБ, используют специальные устройства – пассивные и активные балансиры. Они выравнивают напряжение ячеек, не допускают разбега по вольтажу, предотвращают неравномерные нагрузки и преждевременный износ элементов.
Зависит ли запас энергии от способа соединения элементов?
Энерговооруженность, она же – мощность или максимальный запас энергии АКБ, измеряется в ватт-часах (Вт•ч) и рассчитывается как произведение емкости и напряжения. Эта характеристика наиболее точно отображает реальное значение энергии, которую можно извлечь из определенного аккумулятора или батареи.
От метода соединения элементов максимальный запас энергии не зависит. Эта характеристика зависит от количества элементов в сборке и суммируется независимо от того, как они соединены. Соответственно, разные схемы подключения не меняют энерговооруженность АКБ, но позволяют получать нужные напряжения и токи для оптимальной работы оборудования.
Ранее в нашем блоге вышла статья о правилах безопасного использования гидравлических электротележек.
