Увеличится ли сила тока при параллельном соединении батареек?

Рекомендации по созданию аккумуляторных батарей

• При последовательном и параллельном соединении все аккумуляторы должны быть одного типа, возраста и иметь одного производителя. Емкость аккумуляторов при последовательном подключении должна быть одинаковой, параллельно можно соединять между собой аккумуляторы разной емкости.
• Если при последовательном подключении, один аккумулятор выходит из строя, в батарее необходимо менять все аккумуляторы. Если один аккумулятор выходит из строя при параллельном подключении, его удаляют, а оставшиеся используют до тех пор, пока они не выработают свой ресурс. После этого аккумуляторы заменяют.

• Не увеличивайте емкость батареи с помощью аккумуляторов, установленных в другом помещении. Аккумуляторы, расположенные в разных местах, будут работать при различной температуре окружающего воздуха, а их разряд и зарядка будут происходить неравномерно. Это еще больше увеличит разницу температур и приведет к преждевременному старению и выходу батареи из строя. Если аккумуляторы заряжаются или разряжаются высоким током может произойти термический разгон и взрыв.

  Подключение зарядного устройства к батарее параллельно соединенных аккумуляторов.

• Если ток заряда или разряда аккумуляторов в течение продолжительного времени составляет 200 А при напряжении 12 В (100 А при 24 В), выделяется значительное количество тепла. Чтобы его рассеять, используйте принудительную вентиляцию. Для этого во входной воздушный патрубок батарейного отсека установите пожаробезопасный вентилятор. Вентилятор на входе уменьшает риск воспламенения водорода, выделяемого аккумуляторами. (Некоторые стандарты требуют принудительной вентиляции воздуха в любое время, когда аккумуляторы подключены к зарядному устройству с выходной мощностью более 2 кВт, то есть 167 ампер при 12 вольтах или 83 амперах при 24 вольтах).
• Регулятор напряжения любого мощного зарядного устройства должен иметь датчик температуры, который уменьшает напряжение зарядки при нагреве аккумуляторов
• Аккумуляторные батареи большой емкости с высоким током заряда и разряда устанавливают в жилых отсеках только в герметичных емкостях с вентиляцией, выведенной наружу.

Подсоединение дополнительного источника энергии к основному аккумулятору должно проводиться с учетом некоторых особенностей, которые позволяют повысить их эффективность и продлить срок эксплуатации. Правильное подключение позволяет после применения системы разъединить аккумуляторы и использовать их по отдельности. Основные рекомендации следующие:

1. Оба источника энергии должны находиться в хорошем состоянии. Практически все аккумуляторы после нескольких циклов полной разрядки и зарядки изнашиваются, приходят в непригодность. Разрушение применяемых пластин становится причиной возникновения короткого замыкания, которое повреждает устройство в большей степени. Если использовать новый и изношенный аккумулятор, то второй будет поглощать энергию первого. После длительного применения подобной схемы разрядятся оба источника энергии.
2. Большая часть схем предусматривает использование коммутатора для дополнительного аккумулятора. Подобный прибор позволяет использовать энергию первой батареи, но при этом сохранять емкость второго. Правильно подключенный коммутатор существенно расширяет возможности батареи.
3. Если связка нескольких источников питания создается для транспортного средства или лодки, то нужно предусмотреть установку более производительного генератора. Не стоит забывать и о возрастающей нагрузке на применяемую проводку для передачи энергии. Малая мощность генератора может привести к тому, что созданная батарея не будет заряжаться полностью. Кроме этого, возрастает нагрузка на самозарядное устройство.
4. Все применяемые батареи должны быть одинаковой мощности. Это связано с тем, что разная мощность приводит к износу одного из применяемых источников энергии.
5. Между применяемыми батареями должно быть небольшое количество пространства. За счет использования коротких шнуров существенно повышается эффективность создаваемой схемы. Применяемые провода создают дополнительное сопротивление и приводят к потере энергии.
6. Емкость используемых источников электроэнергии должна отличаться незначительно. Только в этом случае они смогут прослужить на протяжении длительного периода. Допустимое отклонение составляет всего 5 раз.

Источник питания на примере гидравлики

Давайте рассмотрим водобашню, в которой есть автоматическая подача воды. То есть сколько бы мы не потребляли воды из башни, ее уровень воды будет неизменным.

Схематически это будет выглядеть вот так:

Башню с автоматической подачей воды можно считать источником питания. В химических же источниках питания происходит разряд, что ведет к тому, что уровень напряжения понижается при длительной работе. А что такое напряжение по аналогии с гидравликой? Это тот же самый уровень воды)

Давайте отпилим у водобашни верхнюю часть для наглядности. У нас получится цилиндр, который заполнен водой. Возьмем за точку отсчета уровень земли. Пусть он у нас будет равняться нулю.

Теперь вопрос на засыпку. В каком случае давление на дно будет больше? Когда в башне немного воды

либо когда башня полностью залита водой так, что даже вода выходит за ее края

Разумеется, когда башня наполнена только наполовину водой, на дне башни давление меньше, чем тогда, когда в башне воды под завязку.

Думаю, не надо объяснять, что если в башне вообще нет воды, то никакого давления на дне башни не будет.

По тому же самому принципу работает батарейка или аккумулятор

На электрических схемах ее обозначение выглядит примерно вот так:

Также, чтобы получить необходимое напряжение, одноэлементные источники питания соединяют последовательно. На схеме это выглядит вот так:

Любой аккумулятор или источник постоянного тока имеет два полюса: “плюс” и “минус”. Минус – это уровень земли, как в нашем примере с водобашней, а плюс – это напряжение, по аналогии с гидравликой это и будет тот самый уровень воды.

Схема устройства для балансировки аккумуляторов

   Это аналог мощного стабилитрона, нагруженного на низкоомную нагрузку, роль которой здесь выполняют диоды D2…D5. Микросхема D1 измеряет напряжение на плюсе и минусе аккумулятора и если оно поднимается выше порога, открывает мощный транзистор, пропуская через себя весь ток от ЗУ. Как соединяется всё это вместе и к блоку питания — смотрите далее.

   Блоки получаются действительно маленькие, и вы можете смело устанавливать их сразу на элементе. Следует только иметь в виду, что на корпусе транзистора возникает потенциал отрицательного полюса батареи, и вы должны быть осторожны при установке систем общего радиатора — надо использовать изоляцию корпусов транзисторов друг от друга.

Особенности параллельного соединения АКБ

Как соединить два аккумулятора параллельно: плюс каждого элемента подсоединяют к плюсу последующего, а минус – к минусу.

Формулы (U – напряжение, I – ток, C – емкость, E – электрическая энергия):

Uобщ = U1 = U2 = U3 = Ui

Iобщ = I1 + I2 + I3 + Ii

C = const

Eобщ = ∑ Ei

Емкость системы

Параллельное подключение аккумуляторов позволяет увеличить емкость системы, не увеличивая напряжение. Например, при параллельном соединении трех идентичных аккумуляторов со схемы выше, напряжение батареи будет равно 12 В, а емкость увеличится до 600 Ач (200 Ач * 3).

Для чего используется

Чаще всего параллельное подключение АКБ используется в источниках аварийного или бесперебойного питания. Параллельное соединение аккумуляторов позволяет увеличить мощность, поэтому применяется также в тяжелой спецтехнике и в двигателях большегрузных автомобилей. Такой тип соединения распространен и на флоте: он обеспечивает работу аварийных систем связи и жизнеобеспечения, освещения и вспомогательных дизелей.

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.

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.

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:

Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

И звестно, что внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому, при протекании тока через последовательную аккумуляторную батарею, на свинцовых аккумуляторах разной емкости будут разные напряжения. Опасно ли это для отдельных аккумуляторов и для аккумуляторной батареи в целом? Рассмотрим по-отдельности режимы разряда и зарядки свинцовых аккумуляторов.

П редположим, мы заряжаем последовательную аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцовых аккумуляторов емкостью по 10 А*час и одного 12-вольтового свинцового аккумулятора емкостью 8 А*час. В начале все аккумуляторы разряжены. Зарядное устройство реализует алгоритм зарядки I-U с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (13.8 В в среднем на аккумулятор).

П о данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе изменяется в соответствии с графиком справа. В начале процесса зарядки, зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а суммарное напряжение на аккумуляторной батарее сложится из напряжений на отдельных аккумуляторах, напряжение для каждого аккумулятора можно определить по его зарядной характеристике (графику зависимости напряжения аккумулятора от времени, который приводится производителем в его технических характеристиках). В начале зарядки на свинцовом аккумуляторе в 8 А*час будет около 12.3 В, а на всех аккумуляторах емкостью 10 А*час — примерно по 12 В на каждом. Начало зарядки абсолютно безопасно для всех 8 аккумуляторов.

Е ще через 3-4 часа, напряжение на аккумуляторной батарее достигнет предела — 110 В. Это напряжение разделится следующим образом: на аккумуляторах емкостью 10 А*час будет чуть больше 13.5 В, а на аккумуляторе емкостью 8 А*час — больше 15 В. Система рекомбинации газов, выделяющихся в этом аккумуляторе, перестанет справляться c нагрузкой, предохранительные клапаны аккумулятора откроются, аккумулятор начнет терять воду, а с ней и емкость. В то же время, все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут недозаряжены. Следовательно, при зарядке свинцовых аккумуляторов соединенные последовательно аккумуляторы разной емкости будут все больше и больше расходиться по своим параметрам — ″разбегаться″.

Р ассмотрим теперь разряд все той же аккумуляторной батареи из 8 свинцовых аккумуляторов током 1 А. Пусть система построена так, что при уменьшении напряжения до 84 В срабатывает защита от глубокого разряда, и разряд прекращается. Начальное состояние всех свинцовых аккумуляторов — ″полностью заряжены″. Через 7-8 часов после начала разряда, аккумулятор емкостью 8 А*час полностью разрядится. Напряжение на нем составит 10.5 В. Напряжение на остальных аккумуляторах батареи будет в это время чуть больше 11 В на каждом. Значит суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет примерно 10.5 * 7 + 11.1 = 88,2 В. Поэтому вся аккумуляторная батарея продолжит разряжаться, в том числе и многострадальный аккумулятор емкостью 8 А*час. Напряжение на нем будет очень быстро падать, в то время, как остальные свинцовые аккумуляторы практически не будут разряжаться. Когда напряжение на нем достигнет примерно 7 В, система отключит нагрузку, но будет уже поздно — аккумулятор будет в состоянии глубокого разряда и потеряет часть емкости.

Т еперь становится понятно, что последовательно можно соединять только свинцовые аккумуляторы одинаковой емкости, иначе аккумуляторная батарея будет быстро выходить из строя. Рекомендуется использовать для последовательного соединения свинцовые аккумуляторы одного типа, одного завода и из одной партии. Если в аккумуляторную батарею предполагается объединить более двух свинцовых аккумуляторов последовательно, очень желателен еще и предварительный подбор аккумуляторов по емкости и напряжению с помощью тестеров аккумуляторов

Система управления батареями (BMS) Защита ячеек

BMS непрерывно контролирует напряжение каждой ячейки. Если напряжение одной ячейки превышает другие, схемы BMS будут работать, чтобы снизить уровень заряда этой ячейки. Это гарантирует, что уровень заряда всех ячеек остается равным, даже при высоком разряде (> 100 Ампер) и токе заряда (> 10 Ампер).

Ячейка может быть необратимо повреждена, если перезарядить (перенапряжение) или разрядить (истощить) только один раз. BMS имеет схему для блокировки зарядки, если напряжение превышает 15.5 В (или если напряжение какой-либо ячейки превышает 3.9 В). BMS также отключает аккумулятор от нагрузки, если он разряжен до уровня менее 5% (состояние чрезмерной разрядки). Чрезмерно разряженная батарея обычно имеет напряжение менее 11.5 В (<2.8 В на элемент).

Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно. Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Для чего соединяют источники питания

Соединяя между собой отдельные источники питания, можно получить несколько выгод:

• Поднять напряжение питания.
• Уменьшить или увеличить ток в цепи потребителя.
• Увеличить общую ёмкость сборки батарей.

Потребляемая мощность равна произведению напряжения, приложенного к потребителю и протекающего в цепи тока.

Таким образом, увеличивая напряжение питания, можно снизить нагрузку на провода от протекающего тока. Легко можно заметить, что чем больше параметр тока, тем сильнее греются проводники. Нагрев не производит никакой работы, а значит, суммарный коэффициент полезного действия электрического устройства снижается.

Основные характеристики заряжаемых батарей

Прежде чем приступить к «опытам» и соединить аккумуляторы, надо понять, какими характеристиками они обладают и что даёт каждый из видов соединений.

Первая характеристика номинальное напряжение. Параметр определяет, какое напряжение может быть между положительной и отрицательной клеммами. Характеристика эта не постоянная и номинальное значение выдаётся в цепь только от полностью заряженного источника питания, по мере разряда и под нагрузкой электродвижущая сила (ЭДС) снижается.

На сегодняшний день самыми популярными значениями являются 1,2, 2,4, 6 или 12 Вольт.

Подключая несколько источников последовательно, достигают повышенного напряжения на выходе сборки.

Ёмкость показывает, какое количество электричества устройство способно выдать до достижения минимального допустимого уровня разряда и измеряется в Ампер/часах.

Например, обозначение 50 А/ч говорит о том, что при токе равном 1А, батарея будет обеспечивать питание 50 часов, или при токе 2 А проработает 25 часов до следующей зарядки.

Представленный расчёт примерный и действует только для малых токов разряда. Повышенный ток быстрее разряжает аккумулятор. Уточнить характеристику можно по прилагаемым к изделиям диаграммам разрядных характеристик.

Пример характеристики разряда в зависимости от тока нагрузки

Общая ёмкость при любом из видов подключений будет равна суммарным показателям всех включённых в цепь аккумуляторов.

Как заряжать аккумулятор 18650 с защитой: важные правила

Чтобы защищенные Li-ion аккумуляторы типоразмера 18650 дольше сохраняли свою работоспособность, нужно:

1. Заряжать их подходящими зарядными устройствами (в идеале – оригинальными) – источниками постоянного напряжения 5 В, которые отдают зарядный ток величиной от 0,5 до 1,0 емкости элемента питания, автоматически начинают процесс зарядки от 0,05 В и останавливают его при 4,2 В.
2. Производить зарядку в помещениях при температуре от +15 до +25 °С. После попадания в помещение с мороза аккумулятор нужно вначале выдержать при комнатной температуре и только через несколько часов заряжать.
3. Хранить с уровнем заряда порядка 40–50%, периодически проверяя его.

Для чего соединять несколько аккумуляторов

Основные причины, по которым аккумуляторы объединяют в сборки, можно свести к следующим:

1. Уменьшить омические потери (или потери тепла при передаче электроэнергии) путем увеличения сопротивления системы. Сила тока и сопротивление обратно пропорциональны друг другу, а чем слабее ток, тем меньше потери.
2. Собрать батарею, подходящую для питания приборов с более высокими диапазонами напряжений.
3. Увеличить емкость аккумулятора.
4. Увеличить и мощность, и напряжение.

Одним словом, создают АКБ, которая подходит под конкретные нужды. Проще и удобнее комбинировать имеющиеся под рукой аккумуляторы, чем покупать десятки различных батарей. А в некоторых случаях это банально дешевле.

Что такое сила тока?

Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.

Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.

В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.

Сила тока — электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:

I=q/t, где I — сила тока, t — время, а q — заряд.

Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).

I=U/R.

Сила тока бывает двух видов — положительной и отрицательной.

Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.

Приведем проверенные рекомендации, которые позволят решить поставленные задачи.