Как правильно соединить АКБ? Какие при этом могут возникнуть проблемы? Чем различаются последовательное и параллельное подключения аккумуляторов? Ответы на эти вопросы нужно знать, чтобы не «убить» новый накопитель.
Зачем соединять аккумуляторы в батареи
Для питания некоторых устройств нужны такие значения напряжения и тока, которые нельзя обеспечить имеющимися аккумуляторами. Чтобы обеспечить нужные условия, несколько накопителей объединяют.
При параллельном подключении нескольких АКБ общая емкость увеличивается. И такую конструкцию можно использовать для питания мощных устройств, которым требуются большие значения тока. Это можно использовать, когда есть два накопителя небольшой ёмкости, а нужно запитать мощное устройство или продлить его время работы от аккумуляторов. Тогда, чтобы не покупать накопители большой ёмкости, можно использовать сборку из двух имеющихся накопителей.
Чтобы повысить напряжение, аккумуляторы включают последовательно. Например, два АКБ напряжением 12 В дадут 24 В.
Чтобы одновременно увеличить разность потенциалов и ёмкость, нужно использовать комбинированное подключение.
Особенности и схемы последовательного и параллельного соединения
Каждая из схем имеет свои особенности, которые нужно учитывать, чтобы АКБ не вышли из строя.
Параллельное соединение — для увеличения ёмкости
При параллельном подключении аккумуляторов ёмкость складывается. Например, если подключить 5 накопителей на 1200 мАч, то получим 5 х 1200 = 6000 мАч. При параллельном соединении напряжение, выдаваемое этой конструкцией, будет таким же, как и у одного элемента конструкции.
В параллельную сборку можно объединять аккумуляторы только с одинаковым напряжением. Если этот показатель будет отличаться, то один из АКБ будет отдавать больший ток, и возникнет перегрузка. При условии равенства потенциалов можно объединять параллельно накопители разной ёмкости. Но если это равенство будет нарушено, пострадает накопитель меньшей емкости. Если напряжение на нем будет больше, чем на остальных, то через него будет протекать большой ток. Если меньше, то он будет заряжаться в режиме перегрузки.
Последовательное соединение — для увеличения напряжения
При последовательном соединении ёмкость сборки такая же, как и у одного аккумулятора, входящего в цепочку, а напряжение равно суммарной разности потенциалов всех элементов конструкции.
Объединять между собой можно только накопители одинаковой ёмкости. Давайте разберемся, почему.
При последовательном соединении сила тока на всех элементах цепи одинаковая, а разность потенциалов может различаться. Внутреннее сопротивление накопителя зависит от его ёмкости. При увеличении электрической вместительности сопротивление уменьшается. Поэтому при использовании АКБ разной емкости во время зарядки напряжение на одном накопителе будет выше допустимого, а при разрядке ниже.
Давайте рассмотрим такой случай: есть конструкция из 10 элементов разной емкости, 5 из которых рассчитаны на 20 Ач, а один на 10 Ач. Заряжать их будем током 2 А. Отрегулируем зарядное устройство так, чтобы оно отключалось при разности потенциалов 138 В (по 13,8 В на одну батарею).
При зарядке АКБ небольшой вместительности будет заряжаться быстрее. И когда она будет заряжена, остальные АКБ еще будут пополняться энергией. Произойдет перезаряд и электролит может закипеть, что может привести к возгоранию или взрыву. К тому же это отрицательно скажется на времени жизни аккумулятора.
Заряжать последовательно подключенные батареи можно только в том случае, если они изготовлены по одной технологии, одинаковы по емкости и разряжены до одного уровня.
При разряде такой сборки АКБ малой ёмкости разрядится раньше, когда остальные еще будут отдавать энергию. Произойдет глубокий разряд накопителя, это приведет к сульфатация пластин, что станет причиной быстрого износа батареи.
Смешанная схема
В комбинированной схеме подключения соединение аккумуляторов происходит последовательно и параллельно. Она нужна для того, чтобы одновременно увеличить и емкость, и разность потенциалов.
Подключение накопителей может происходить по такому сценарию:
- сначала подключаем последовательно столько аккумуляторов, сколько необходимо, чтобы обеспечить требуемую разность потенциалов;
- потом параллельно подключаем нужное количество сборок для обеспечения требуемой вместимости.
Приведем пример. Имеется 4 АКБ, рассчитанные на напряжение 12 В, вместительностью 200 Ач. Сделаем 2 сборки по 2 батареи, подключенные последовательно. После этого объединим эти сборки, включив их параллельно. Таким образом, мы получим конструкцию емкостью 2 * 200 = 400 Ач, напряжением 2 * 12 = 24 В.
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.
Видео о подключении батареек:
Практические примеры
Часто любители автозвука подключают вторую батарею для увеличения емкости. При этом обычно одна АКБ находится под капотом, а вторая ставится в багажник. Данное соединение является параллельным, напряжение на выходе такое, как и у одного накопителя, – 12 вольт. При этом вместительность сборки будет равна сумме емкостей батарей, входящих в нее.
Теперь давайте рассмотрим, как соединить два аккумулятора параллельно. Схема такого соединения представлена на рисунке ниже.
Здесь буквой «Г» обозначен генератор. Своим минусовым выводом он соединен с корпусом автомобиля, а плюсовым с соответствующим выводом АКБ. В данном примере АКБ1 – это аккумулятор, расположенный под капотом. Отрицательный вывод этой батареи также подключен к металлическому корпусу автомобиля.
Вторая батарея та, что находится в багажнике, обозначена на схеме АКБ2. Ее положительная клемма соединена с плюсовым выходом первой батареи. Отрицательный вывод соединяется с корпусом авто.
Для предотвращения короткого замыкания необходимо установить два предохранителя. На схеме они обозначены F1 и F2. Они располагаются на расстоянии 15-20 сантиметров от плюсовой клеммы. Подробно о данном методе соединения можно посмотреть в видео:
Иногда также используется последовательно-параллельное соединение аккумуляторов. Обычно оно применяется для питания бортовой сети грузовых автомобилей. Напряжение бортовой сети у них 24 вольта. К тому же для их питания нужны батареи большой вместительности. Решить одновременно две эти задачи поможет смешанное соединение. Схема такого соединения представлена на рисунке.
Существуют особенности последовательного соединения литиевых батарей. Эти АКБ очень чувствительны к перезаряду, а среди аккумуляторов даже из одной партии будут изделия, немного отличающимися по емкости. Поэтому, когда одна батарея уже будет заряжена, остальные еще будут пополняться энергией. И первый зарядившийся АКБ окажется перезаряженным, что плохо скажется на его долговечности. Чтобы избежать этого, используются балансировочные платы, они же BMS.
Чаще всего балансир представляет собой ограничитель напряжения. Он сравнивает разность потенциалов на литиевом элементе с эталонным значением. Когда это напряжение превысит пороговое, откроется ключевой транзистор, подключенный параллельно батареи, и большая часть тока будет течь через него, что практически остановит заряд литиевого элемента.
При параллельном подключении никакой балансировки не требуется.
