Sériové a paralelné pripojenie batérií

Pri prevádzkovaní autonómnych zdrojov prúdu sa často stretávajú situácie, keď je potrebné súčasne použiť niekoľko prvkov spojených určitým spôsobom. Vyžaduje si to určité vedomosti o vlastnostiach prúdenia v obvodoch s niekoľkými napájacími zdrojmi. Tento článok popisuje nuansy rôznych metód pripojenia batérií do kombinovanej batérie.

Prečo pripojiť batérie

Niektoré zariadenia s vlastným pohonom vyžadujú aktuálne a napäťové hodnoty, ktoré je ťažké poskytnúť pomocou dostupných štandardných galvanických zdrojov napájania.

Spravidla je to potreba výkonnejšieho výstupného prúdu, zvýšenej hodnoty napätia alebo kapacity. Na vyriešenie týchto problémov je potrebné vytvoriť rôzne konfigurácie pripojení aktuálneho zdroja, z ktorých každá má svoje vlastné charakteristiky.

Možnosti pripojenia batérie

K dispozícii sú tri schémy pripojenia batérie v zostavách s požadovanými parametrami:

• Sériové – je pridané napätie všetkých batérií;
• Paralelne – kapacita sa vyvíja;
• Kombinovaná sériová paralelizácia – na zvýšenie kapacity a napätia.

Všetky majú určité funkcie, ktoré potrebujete poznať, aby ste zaistili bezpečnosť a dlhodobú prevádzku batérií a zariadení, ktoré napájajú.

Hlavnou požiadavkou pre všetky spôsoby prepínania je vylúčiť použitie batérií vyrobených rôznymi technológiami v zostave (napríklad Li-ion a Ni-Mh sa nemôžu pripojiť súčasne).

Sériové pripojenie batérie

Aby sa zabezpečilo dostatočné napätie a prijateľná prevádzková doba elektrických spotrebičov, často sa používajú batérie, v ktorých sú anódy a katódy jednotlivých prvkov (sekcií) postupne prepojené vodičmi.

Anóda a katóda extrémnych zdrojov energie výslednej kombinovanej batérie sú jej bežné plus a mínus. V prípade batérie vyrobenej zo sériovo zapojených prvkov sa výsledné napätie rovná súčtu napätí použitých prúdových zdrojov. Výsledná kapacita výslednej batérie sa rovná kapacite, ktorá má najslabšiu z pripojených batérií. Počas prevádzky takejto zostavy tečie cez každý prvok rovnaký prúd (počas nabíjania aj počas vybíjania).

Pripojením šiestich batérií do série, z ktorých každá má napätie 1,2 voltov a kapacitu 1200 mAh, sa získa zostava 6×1,2 = 7,2 v s kapacitou 1200 mAh.

Ak zostava bude používať prvky s rôznou kapacitou, potom tie, ktoré majú nižšiu kapacitu, budú mať vyšší vnútorný odpor v porovnaní s ostatnými. Úbytok napätia cez ne bude väčší, čo povedie k rýchlemu vybitiu najslabšieho prvku v procese.

Zároveň budú fungovať výkonnejšie montážne batérie a zostava bude pracovať ďalej. To povedie k silnému vybitiu najslabšej batérie, čo zníži jej zdroje a kapacitu.

Pri nabíjaní takejto zostavy sa najslabšia batéria nabíja pred ostatnými prvkami, ale vzhľadom na to, že ostatné ešte neboli nabité, bude ňou ďalej pretekať nabíjací prúd, čo vedie k prebíjaniu a prehrievaniu.Toto je obzvlášť nebezpečné pre batérie, ktoré obsahujú zlúčeniny lítia kvôli ich zvýšenej citlivosti na nadmerné nabitie a silnému vybitiu.

Dôležité! Nakoniec neustále opakované zosilnené vybíjanie a nabíjanie slabého montážneho prvku rýchlo povedie k jeho zlyhaniu. Preto by sa v sériovom zapojení mali používať prvky rovnakej kapacity. To sa dá dosiahnuť iba použitím napájacích zdrojov vyrobených tým istým výrobcom, výhodne z tej istej dávky.

Je lepšie nabiť každý zdroj energie zostavenej batérie osobitne alebo použiť vyrovnávací náboj s reguláciou napätia (regulácia prúdu) na každom prvku.

Paralelné pripojenie batérie

V tomto prípade sú všetky anódy spojené jedným spoločným vodičom a druhým sú všetky katódy pripojených batérií. Tento obvod sa používa, keď je potrebné zvýšiť prúd zbernej batérie.

Celková kapacita (dodávaný prúd) výslednej zostavy sa rovná súčtu kapacít (priechodných prúdov) pripojených zdrojov energie. Jeho napätie sa bude rovnať napätiu prvku s najväčšou elektromotorickou silou a bude rovnaké na všetkých zdrojoch výslednej batérie.

Pri paralelnom pripojení šiestich batérií, z ktorých každá má napätie 1,2 voltov a kapacitu 1200 mAh, sa získa zostava 1,2V s kapacitou 6 x 1200 = 7200 mAh.

Varovanie! Ak je paralelne pripojených niekoľko rovnakých zdrojov s rôznym napätím, prúdi prúd zo zdroja s vyšším napätím do prvku s nižším napätím.

To má ničivý účinok na tých, ktorí majú menšiu kapacitu. Z dôvodu toku prúdov je zakázané paralelne spájať jednorazové batérie, pri ktorých vedie k nabíjaniu článkov s nižším napätím, k ich prehrievaniu, úniku elektrolytu alebo k explózii.

V prípade paralelného pripojenia zdroja s veľkým napätím s malou kapacitou na prvok s väčšou kapacitou, ale s nižším napätím, dôjde k elektrickému skratu slabej batérie prostredníctvom nižšieho vnútorného odporu silnej batérie. Z tohto dôvodu prúdi silný prúd v slabom zdroji, čo vedie k jeho postupnému ničeniu.

V prípade vysokého napätia na batérii s väčšou kapacitou dochádza k nútenému nabíjaniu slabého prvku, ktorý má naň tiež škodlivý vplyv. Na základe toho sa pred zostavením batérie odporúča vyrovnať napätie každého z jej článkov na rovnakú hodnotu.

Dôležité! Aby sa eliminoval deštruktívny účinok pretekajúcich prúdov pri paralelnom pripojení batérií, musia sa používať batérie s rovnakým napätím.

Sériové paralelné pripojenie batérií

Ak budete brať do úvahy pravidlá pre pripojenie batérií do sériových a paralelných zostáv, môžete vytvoriť komplexné kombinované možnosti so súčasným použitím oboch metód. To vám umožní zvýšiť výslednú kapacitu a napätie, ktoré je potrebné najmä v autonómnych systémoch dodávky energie, elektrických vozidlách a iných zariadeniach s veľkou spotrebou elektrického prúdu.

Kombinovaná batéria sa dá zostaviť dvoma spôsobmi:

• Zostaví sa požadovaný počet sériovo zapojených zostáv s požadovaným napätím a potom sa spoja do jednej batérie pomocou paralelného prepínania.
• Batérie sa vytvárajú paralelne pripojenými batériami s požadovanou kapacitou, ktoré sa potom postupne prepínajú, kým sa nenastaví požadované napätie.

Dôležité! Je potrebné si uvedomiť, že aj keď sú dodržané všetky pravidlá pripojenia, nie je možné vybrať batérie s úplne rovnakými charakteristikami. To nevyhnutne povedie k nevyváženosti hodnôt kapacity a napätia, čo v priebehu času povedie k zvýšenému opotrebovaniu slabších batérií.

Upozornenia týkajúce sa pripojenia

Pri všetkých spôsoboch pripojenia batérie je potrebné dodržiavať niekoľko bezpečnostných opatrení:

• Dodržiavajte bezpečnostné opatrenia pri prevádzke elektrických zariadení, aby ste zabránili úrazu elektrickým prúdom (hlavnou vecou nie je vytvoriť prúdovú cestu cez ľudské telo):
• pozorovať polaritu spojenia;
• Nevytvárajte skraty;
• pri montáži batérií ich odpojte;
• pripojte nabíjačku k batérii, keď je odpojená od siete;
• práce by sa mali vykonávať vo vhodných izolačných odevoch a topánkach bez kovových predmetov, ktoré by mohli spadnúť a skratovať kontakty;
• Nedotýkajte sa kontaktov batérií rukami, najmä oboma rukami na rôznych póloch (to je veľmi nebezpečné pri výkonných batériách s vysokým napätím);
• používajte špeciálny nástroj s izolovanými časťami;
• nepracujte v zlom zdravotnom stave;
• vziať do úvahy prúdy, ktoré prechádzajú zbernou batériou, a záťaž a používať vodiče vhodné pre prierez;
• pri spájaní prvkov do jednej batérie zabezpečte spoľahlivý a izolovaný kontakt od vonkajších vplyvov;
• zabezpečiť spoľahlivú ochranu prefabrikovaných batérií pred skratmi a vlhkosťou;
• používajte batérie s rovnakými charakteristikami a stupňom opotrebenia;
• starostlivo skontrolujte zostavenú batériu, či neobsahuje chyby komutácie.

Čo môže spôsobiť chyby pri pripojení batérie Na odstránenie chýb pri pripájaní batérií sa odporúča použiť špeciálne konektory, ktoré eliminujú chyby pri prepínaní, napríklad adaptéry T-Plug. Ak sú batérie v tej istej zostave nesprávne pripojené, môžu sa vyskytnúť chyby, ktoré môžu mať veľmi vážne následky:

• pri paralelnom pripojení sa vytvorí skratový obvod, v dôsledku čoho v batériách dôjde k prudkej chemickej reakcii, ktorá veľmi rýchlo povedie k úniku elektrolytu, k deformácii krytu, k požiaru alebo k výbuchu;
• ak je zapojený do série s nesprávnou polaritou, obvod je otvorený, ale keď je zapojené zaťaženie, môže sa cez nesprávne pripojený prvok objaviť spätný prúd, ktorý ho poškodí;
• pri dlhom skrate jednej alebo viacerých batérií je nevyhnutné zapálenie izolácie, roztavenie vodičov, prudká reakcia vo vnútri batérie, únik elektrolytu, deformácia krytu, požiar alebo výbuch;
• pri krátkodobom skrate kontaktov zostane batéria v prevádzke, ale zhoršenie stavu elektród vo vnútri batérie môže spôsobiť zníženie kapacity;
• pri použití vodičov, ktoré nie sú určené pre pracovné prúdy, sa prehrievajú, ich izolácia sa topí, čo môže viesť k skratu a z toho vyplývajúcim dôsledkom.