Соединение аккумуляторов

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.

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.

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.

Как подключить второй аккумулятор в машине

Проблема, найти место для дополнительного прибора, часто решается за счет багажника. Не следует использовать ниши под сидениями в салоне – выделения от работающей батареи вредные.

Следует решить вопрос с восстановлением заряда во втором аккумуляторе в машине. Генератор рассчитан на работу в паре с одним АКБ определенной емкости. Подключение второй батареи перегружает генератор. Можно второй аккумулятор заряжать от сети, но это неудобно. Значит, необходимо найти способ питания помощника от бортовой сети, не укорачивая срок службы генератора.

Способы подключения двух источников:

использовать резистор для подстройки, устанавливая порог срабатывания, для подключения второй АКБ;
схемой соединения, объединять оба источника энергии в момент запуска, обеспечивая большой пусковой ток;
установив 2 АКБ следить, чтобы один был всегда полностью заряжен– для экстремалов, которым может потребоваться электролебедка;
использовать энергию второго АКБ в машине для музыки или для работы медиасистемы.

Важно знать

Можно ли и как правильно соединять обычные батарейки

Обычные батарейки можно подключать последовательно. Именно такое подключение используется во многих бытовых электрических приборах, например, в пульте дистанционного управления, детских игрушках, радиоприемниках.

Параллельное соединение батареек использовать не рекомендуется, потому что подобрать две батарейки с одинаковым напряжением невозможно. Между выводами возникнут разность потенциалов и паразитный ток, который будет разряжать одну из батареек. При последовательном соединении аккумуляторов одна из батарей будет просто заряжать другую, но батарейки не могут заряжаться.

К чему могут привести ошибки при соединении АКБ

Для исключения ошибок при соединении аккумуляторов желательно использовать специальные разъемы, исключающие ошибки при коммутации, например, переходники T-Plug. При неправильном подключении аккумуляторов в одной сборке могут быть допущены ошибки, которые могут привести к очень тяжелым последствиям:

при параллельном соединении образуется короткозамкнутый контур, в результате чего в аккумуляторах будет происходить бурная химическая реакция, которая очень быстро приведет к вытеканию электролита, деформации корпуса, возгоранию или даже взрыву;
при последовательном соединении с неправильной полярностью контур разомкнут, но при подключении нагрузки может появиться обратный ток через неверно подключенный элемент, что выведет его из строя;
при длительном коротком замыкании одного или нескольких аккумуляторов неизбежно возгорание изоляции, расплавление проводников, бурная реакция внутри АКБ, вытекание электролита, деформация корпуса, возгорание или взрыв;
при краткосрочном коротком замыкании контактов батарея останется работоспособной, но может произойти ухудшение состояния электродов внутри батареи, уменьшение емкости;
при использовании проводников, не рассчитанных на рабочие токи, они будут перегреваться, оплавится их изоляция, что может привести к короткому замыканию и вытекающим отсюда последствиям.

Как соединить литиевые батарейки?

Для сборки аккумулятора из литиевых батареек можно применять:

пайку;
соединительные коробки;
неодимовые магниты;
точечную сварку.

Пайку при заводской сборке применяют крайне редко, так как литиевый элемент разрушается от нагрева, теряя при этом часть своей ёмкости. С другой стороны, в домашних условиях пайка будет оптимальным способом соединения батареек, поскольку даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах. Пользоваться нужно мощным паяльником на 100 Вт, и прикасаться им к литиевым батареям не более чем на две секунды.

Мощные редкоземельные магниты покрываются слоем никеля или цинка, поэтому их поверхность не окисляется. Эти магниты обеспечивают прекрасный контакт между батарейками. Если захотите припаять проводок к магниту, не забывайте о температуре Кюри, свыше которой любой магнит становится камушком. Ориентировочно допустимая температура для магнитов составляет 300°С.

Если пользоваться коробком для соединения аккумуляторов, то становиться очевидным большой плюс, поскольку так легче будет подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный элемент.

Точечная сварка — наилучший способ соединения литиевых элементов, используемый при сборке батарей для ноутбуков.

Об экономии при сборке мощных литиевых батарей для питания электроавтомобилей или систем автономного электроснабжения дома судить тяжело, так как в этих случаях присутствуют дополнительные затраты на оборудование управления и контроля.

Каким кабелем соединять

Соединение литий-ионных элементов шинками. Фото stroitelniedela.ru.

Сборка батареи в пружинном держателе (холдере).

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

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:

Подключите к системе нагрузку определенной мощности и замерьте падение напряжения с помощью вольт- или мультиметра. Готовые данные сравните с характеристиками используемых аккумуляторов, учтя величину нагрузки.
Замерить напряжение можно и без нагрузки. Разные типы батарей имеют свои значения при разомкнутой цепи. Например, свинцово-кислотные АКБ работают с мощностью 12,6 В.
Для измерения напряжения можно использовать нагрузочную вилку. Если в течение 10-15 секунд значение вырастет незначительно или вовсе не изменится, значит, система исправна.
Проверьте стабильность аккумулятора при помощи специальных анализаторов и тестеров. Например, используя устройства Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
Самый простой и достоверный метод проверки исправности АКБ – это его полная разрядка и зарядка. Сначала выполняется глубокая разрядка, а затем – восполнение емкости. Однако этот способ занимает много времени – от 14 до 24 часов и более.

Техника безопасности

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

Нельзя объединять в единую цепь АКБ с разной емкостью и параметрами.

перед работой надевайте диэлектрические перчатки;
не трогайте соединения батареи и последовательно снимающиеся клеммы голыми руками;
отключайте аккумуляторы от сети и прочих нагрузок;
используете инструменты с изолированными рукоятками;
перед подключением элементов проверяйте контакты;
не включайте в единую цепь АКБ с разной емкостью и параметрами;
соблюдайте полярность;
изолируйте готовую сборку от влаги.

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.

Зарядка при параллельном подключении

При параллельном соединении зарядка аккумуляторов характеризуется тем, что нужно передавать большой зарядный ток. Это связано со следующими моментами:

При зарядке созданной батареи при параллельном соединении сначала восстанавливается поверхность и только потом нижние слои.
В конце зарядки рекомендуется снижать показатель силы подаваемого тока. Слишком высокий показатель в конце процесса может привести к кипению электролита. Особенности химической реакции приводят к разложению серной кислоты.

Распространенные свинцово-кислотные источники энергии могут выдерживать несколько циклов зарядки. При этом происходит сокращение срока эксплуатации. Для подачи требуемой энергии при восстановлении заряда рекомендуется использовать рекомендуемые зарядные устройства. При параллельном соединении разных или одинаковых аккумуляторов суммарный ток не должен превышать установленного ограничения.

Последовательное подключение

Схема последовательного подключения предполагает соединение проводником положительного полюса первого источника и отрицательного второго. Далее положительный выход второго источника питания соединяют с отрицательным третьего и так далее. Выводами сборки служат отрицательная клемма первой батареи и положительная последнего в схеме.

Последовательное соединение

Общее напряжение такой сборки будет равняться сумме ЭДС всех источников, включённых в сеть. Если в батарею включены накопители одинаковой ёмкости, то и общее значение останется равным характеристике одного источника.

Например, при последовательном включении 3 изделий по 1,2 В суммарное напряжение между выводными клеммами первого и третьего подключённого источника будет равняться 3,6 В.

При подключении в цепь приёмника электротока через последовательную цепь будет протекать ток, не превышающий возможности 1 источника электричества. Например, если сборка изготовлена из одинаковых батарей 2000 мА/ч, то суммарное значение для любого количества «ячеек» в схеме останется на том же значении.

Смысл последовательного подключения – повысить напряжение в сети, и при малом токе обеспечить на выходе повышенную мощность.

Особенности последовательного включения

При последовательном включении строго соблюдают правила, невыполнение которых приводит к быстрому выходу из строя батареи, а в некоторых случаях опасно для здоровья пользователя.

Каждый источник питания обладает внутренним сопротивлением. У изделий, выполненных по одной технологии, с использованием одних и тех же комплектующих и имеющих одинаковые характеристики внутренне сопротивление примерно одинаково и зависит в основном от степени заряженности.

У одинаковых по изготовлению, но разных по ёмкости батарей внутреннее сопротивление резко отличается. Это же относится к разным по технологии изготовления батареям.

Чем опасно соединение источников питания с разными характеристиками при заряде и разряде последовательно соединённых изделий.

Зарядка

При включении последовательно соединённых аккумуляторных батарей разной ёмкости, каждая из них будет заряжаться одним током, который выдаёт зарядное устройство. При различии ёмкости в два раза, меньший из накопителей зарядится примерно в три раза быстрее больших.

Таким образом, через какое-то время одни из АКБ наберут полную зарядку, в то время как большие будут нуждаться в дальнейшей подаче зарядного тока.

Возможны два итога:

Недозагрузка «больших» источников, если зарядное устройство будет выключено. Следовательно, в дальнейшем подключённые потребители не проработают долго.
Перезаряд меньшего аккумулятора, если заряд не будет отключён. Как следствие перегрев. Выкипание электролита, выход из строя изделия. Возможен взрыв.

Разряд

Не менее опасен для разных источников процесс разряда. Ток в каждой точке последовательной цепи одинаков. Аккумулятор меньшей ёмкости разрядится быстрее подключенных с ним последовательно более мощных устройств. Если в цепи есть устройство защиты от глубокого разряда, то питание потребителя прекратиться, когда мощные АКБ ещё способны отдавать ток. Эффективность применения общей сборки будет снижена в несколько раз.

Если же устройство не оборудовано защитой, то отдача тока будет продолжена. В результате глубокого разряда неминуемо выйдет из строя самый «маленький» прибор.

Это интересно: Замена автомата в подъездном щитке — рассмотрим вопрос

Почему электролитические конденсаторы выходят из строя и что делать

Зачастую, чтобы отремонтировать вышедшую из строя электронную технику, достаточно найти и заменить вздувшиеся конденсаторы. Дело в том, что срок жизни их небольшой — 1000-2000 тысячи рабочих часов. Потом он обычно выходит из строя и требуется его замена. И это при нормальном напряжении не выше номинального. Так происходит потому, что диэлектрик в конденсаторах, чаще всего, жидкий. Жидкость понемногу испаряется, меняются параметры и, рано или поздно, конденсатор вздувается.

Электролитические конденсаторы имеют специальные насечки на верхушке корпуса, чтобы при выходе из строя избежать взрыва

Высыхает электролит не только во время работы. Даже просто «от времени». Это конструктивная особенность электролитических конденсаторов. Поэтому не стоит ставить выпаянные из старых схем конденсаторы или те, которые несколько лет (или десятков лет) хранятся в мастерской. Лучше купить «свежий», но проверьте дату производства.

Можно ли продлить срок эксплуатации конденсаторов? Можно. Надо улучшить теплоотвод. Чем меньше греется электролит, тем медленнее высыхает. Поэтому не стоит ставить аппаратуру вблизи отопительных приборов.

Для улучшения отвода тепла ставят радиаторы

Второе — надо следить за тем, чтобы хорошо работали кулера. Третье — если рядом стоят детали, которые активно греются во время работы, надо конденсаторы каким-то образом от температуры защитить.

Как подобрать замену

Если часто приходится менять один и тот же конденсатор, его лучше заменить на более «мощный» — той же ёмкости, но на большее напряжение. Например, вместо конденсатора на 25 вольт, поставить конденсатор на 35 вольт. Только надо иметь в виду, что более мощные конденсаторы имеют большие размеры. Не всякая плата позволяет сделать такую замену.

Конденсатор той же ёмкости, но рассчитанный на большее напряжение, имеет больший размер

Можно поставить параллельно несколько конденсаторов с тем же напряжением, подобрав номиналы так, чтобы получить требуемую ёмкость. Что это даст? Лучшую переносимость пульсаций тока, меньший нагрев и, как следствие, более продолжительный срок службы.

Что будет, если поставить конденсатор большей ёмкости?

Часто приходит в голову идея поставить вместо сгоревшего или вздувшегося конденсатор большей ёмкости. Ведь он должен меньше греться. Так, во всяком случае, кажется. Ёмкость практически никак не связана со степенью нагрева корпуса. И в этом выигрыша не будет.

Устройство электролитического конденсатора

По нормативным документам отклонение номинала конденсаторов допускается в пределах 20%. Вот на эту цифру можете спокойно ставить больше/меньше. Но это может привести к изменениям в работе устройства. Так что лучше найти «родной» номинал. И учтите, что не всегда можно ставить большую ёмкость. Можно если конденсатор стоит на входе и сглаживает скачки питания. Вот тут большая ёмкость уместна, если для её установки достаточно места. Это точно нельзя делать там, где конденсатор работает как фильтр, отсекающий заданные частоты.

Можно менять на ту же ёмкость, но чуть более высокое напряжение. Это имеет смысл. Но размеры такого конденсатора будут намного больше. Не в любую плату получится его установить. И учтите, что корпус его не должен соприкасаться с другими деталями.

https://youtube.com/watch?v=zLX2a8CpsK4

Ошибки

Выше я привел правила сборки элементов питания. Однако не могу не сказать об ошибках, которые здесь можно допустить, и их последствиях:

Возникновение коротко замкнутого контура в параллельной связке. Это приводит к бурным процессам внутри банок. В результате произойдет разрушение внутренней среды, разбухание корпуса, вытекание электролита, возгорание или взрыв.
Размыкание контура в последовательной цепочке. Из-за несоответствия полярности в момент включения прибора возникнет обратно направленный ток. Это приведет к быстрой порче АКБ.
Непродолжительное замыкание. Ведет к уменьшению емкости и частичной утрате работоспособности электродов, хотя сама батарея останется еще целой.
Длительное корочение. Последствия более серьезные – воспламенение изоляции и расплавление проводников, активная реакция внутри банок, разрыв корпуса, утечка электролита.

Видео-урок по соединению батарей параллельно и последовательно:

Нагрев и расплавление провод. Происходит в результате недостаточного их сечения.

Чтобы избежать многих неприятностей при параллельном или последовательном подключении аккумуляторов и батареек, советую соблюдать следующие меры предосторожности:

Соблюдать правила и технику безопасности электромонтажных работ.
Выполнять соединения в соответствии с полярностью.
Не собирать батареи под нагрузкой.
Для работы использовать средства индивидуальной защиты – диэлектрические перчатки и инструмент.
Не прикасаться руками без защиты неизолированных токопроводящих частей.
Проводить работы только в отсутствии сырости и нормальной влажности воздуха.
Использовать исправные и правильно подобранные по нагрузке АКБ, провода и расходные материалы.
Перед подключением проверить правильность сборки по схеме.

Видео-тестирование связки АКБ с разной емкостью:

Варианты и особенности коммутации АКБ

Выделю следующие предпосылки того, зачем нужно объединять отдельные элементы питания и что это вообще может дать:

Сэкономить. Как в моем случае, порой легче объединить несколько отдельных АКБ в единый модуль, нежели покупать дорогостоящее устройство. Это тем более актуально, что в большинстве случаев запасных частей для шуруповерта практически не достать, и придется приобретать новый прибор.
Создать источник питания с заданным набором характеристик – напряжением, емкостью, мощностью.
Снизить, так называемые, омические потери электроцепи. Это тепловые потери проводника. Уменьшить его величину можно, повысив напряжение без увеличения мощности. Таким образом снизится сила тока и повысится КПД системы.

Отмечу 3 основных способа, чтобы соединить между собой 2 и большее число аккумуляторов на 12, 24 вольта или иного номинала, а также батарейки, для увеличения напряжения, емкости и мощности – это:

Последовательно – суммирование номинала всех элементов питания.
Параллельно – складывание емкости блоков.
Комбинированно – метод позволяет сразу повысить и емкость, и напряжение в заданном соотношении.

Схема последовательного соединения батарей

Примечательно, что при любом варианте объединения, все элементы питания должны иметь одинаковое устройство. Например, нельзя совмещать батареи, изготовленные по технологиям Ni-Mh и Li-ion. Допустимы связки – только Li-ion- Li-ion или Ni-Mh- Ni-Mh.

Кстати, у тех, кто только начинает собирать подобные схемы и еще не сталкивался с последствиями неграмотной сборки, иногда возникает вопрос о том, можно ли параллельно соединить два и более аккумулятора с разной емкостью. Ответ однозначен – да.

Напротив, коммутировать элементы такого набора по последовательной схеме категорически нельзя. Так как участники цепи будут по-разному вырабатываться. С меньшей емкостью выйдет из строя быстрее – в результате возникнет сильный разряд. При зарядке, наоборот, он получит больший потенциал. Впоследствии это приведет к уменьшению его базовой емкости и порче.

Аккумуляторы в цепочке должны быть одной природы

Как подключить второй аккумулятор в машине

Часто установкой второго аккумулятора в машину решают несколько проблем: отдельного питания бытовых приборов и удвоения тока на лебедку. Но генератор один. Как подключить второй АКБ? Соединив батареи параллельно, мы заставим генератор отдавать в сеть удвоенный ток. Одна батарея может паразитировать за счет другой, забирая больший заряд. Батареи могут и сесть равномерно, не позволив запустить стартер.

1.Применение разделительного контроллера при подключении второго аккумулятора в машину, позволит заряжать АКБ поочередно и заряд использовать рационально. Коммутационные устройства представляют переключатели различных конструкций. Примером служат устройства развязки аккумуляторов (УРА), самый популярный – УРА 200. С помощью этого прибора можно использовать двойную энергию при работе лебедки или запуске мотора зимой.

2.Комплект для установки второй АКБ включает полупроводниковое сопротивление. Подключение через диодный изолятор разделяет питание бортовой сети авто и дополнительных бытовых систем. В период простоя дополнительный аккумулятор будет разряжаться, поддерживая работу гаджетов. Основной АКБ сохраняет готовность к запуску мотора. Но во время движения генератор подзаряжает обе батареи. Для того чтобы воспользоваться вторым АКБ в основной цепи, его потребуется переставить в гнездо главного.

3.Наиболее рациональная схема подключения второго и последующих АКБ разработана с установкой переключателя зарядки. Устройство может быть ручным или автоматическим, но заряжается от генератора всегда одна батарея. Уровень заряда всех аккумуляторов выведен на панель управления. У водителя есть выбор, что на данный момент в приоритете, музыка, кондиционер или готовность поработать лебедкой.

Есть авто, где производитель предусмотрел схему и установку второго аккумулятора. Но чаще создавать комфорт в машине приходится своими руками.