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.
![](https://alibaba.sk/iboodegh/bateria2-32.jpg)
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.
![](https://alibaba.sk/iboodegh/bateria3-30.jpg)
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.
![](https://alibaba.sk/iboodegh/bateria4-28.jpg)
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.
![](https://alibaba.sk/iboodegh/bateria5-20.jpg)
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.
![](https://alibaba.sk/iboodegh/bateria6-14.jpg)
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.