Co se zvýší, když jsou baterie zapojeny do série?

Při provozu autonomních zdrojů energie často nastávají situace, kdy je potřeba současně používat několik prvků zapojených určitým způsobem. To vyžaduje určité znalosti týkající se charakteristik toku proudu v obvodech s více zdroji energie. Tento článek pojednává o nuancích různých metod připojení baterií do prefabrikovaných baterií.

Proč jsou připojeny baterie?

Některá zařízení s vlastním napájením vyžadují hodnoty proudu a napětí, které je obtížné zajistit se stávajícími standardními galvanickými napájecími zdroji. Zpravidla se jedná o potřebu výkonnějšího proudového výstupu, zvýšeného napětí nebo kapacity. K vyřešení těchto problémů je nutné vytvořit různé konfigurace připojení proudových zdrojů, z nichž každá má své vlastní charakteristiky.

Možnosti připojení baterie

Sekvenční – sečte se napětí všech baterií;
Paralelní – kontejner je složený;
Kombinovaná sériově paralelní – pro zvýšení kapacity a napětí.

Všechny mají určité funkce, které musíte znát, abyste zajistili bezpečnost a dlouhodobý provoz baterií a zařízení, která napájejí.

Hlavním požadavkem pro všechny způsoby přepínání je vyloučení použití baterií vyrobených různými technologiemi v sestavě (nemůžete například zapojit Li-ion a Ni-Mh současně).

Sériové zapojení baterií

Pro zajištění dostatečného napětí a přijatelné doby provozu elektrospotřebičů se často používají akumulátorové baterie, u kterých jsou anody a katody jednotlivých prvků (sekcí) zapojeny do série pomocí vodičů.

Anoda a katoda extrémních zdrojů energie výsledné prefabrikované baterie jsou jejím společným plusem i mínusem. U baterie sestávající ze sériově zapojených prvků se výsledné napětí rovná součtu napětí použitých proudových zdrojů. Výsledná kapacita výsledné baterie je rovna té nejslabší z připojených baterií. Při provozu takové sestavy protéká každým prvkem stejný proud (jak při nabíjení, tak při vybíjení).

Při sériovém zapojení šesti baterií, z nichž každá má napětí 1,2 V a kapacitu 1200 mAh, vznikne sestava 6×1,2 = 7,2 V s kapacitou 1200 mAh.

Pokud jsou v sestavě použity prvky s různými kapacitami, pak ty s nižší kapacitou budou mít vyšší vnitřní odpor ve srovnání s ostatními. Úbytek napětí na nich bude větší, což povede k rychlému vybití nejslabšího prvku během provozu.

Výkonnější baterie sestavy budou stále funkční a sestava bude nadále používána. To povede k silnému vybití nejslabší baterie, což sníží její zdroje a kapacitu.

Při nabíjení takové sestavy se bude nejslabší baterie nabíjet dříve než ostatní prvky, ale vzhledem k tomu, že ostatní se ještě nenabily, bude jí dále protékat nabíjecí proud, což povede k přebíjení a přehřívání. To je nebezpečné zejména u baterií, které obsahují sloučeniny lithia kvůli jejich zvýšené citlivosti na přebíjení a silné vybíjení.

Důležité! V konečném důsledku neustále opakované zvýšené vybíjení a dobíjení slabého prvku sestavy rychle povede k jeho selhání. Při sériovém zapojení je proto nutné použít prvky stejné kapacity. Toho lze dosáhnout pouze použitím napájecích zdrojů od stejného výrobce, nejlépe ze stejné šarže.

Je lepší nabíjet každý zdroj prefabrikované baterie samostatně, nebo použít vyrovnávací nabíjení s regulací napětí (regulace proudu) na každém prvku.

Přečtěte si více

Co znamenají samčí keře jahodníku?

Paralelní připojení baterií

V tomto případě jeden společný vodič spojuje všechny anody a druhý spojuje všechny katody připojených baterií. Tento obvod se používá, když je vyžadována zvýšená proudová síla sběrné baterie.

Celková kapacita (dodaný proud) výsledné sestavy se rovná součtu kapacit (procházejícího proudu) připojených zdrojů energie. Jeho napětí se bude rovnat napětí prvku s největší elektromotorickou silou a bude stejné u všech zdrojů výsledné baterie.

Paralelním zapojením šesti baterií, z nichž každá má napětí 1,2 voltu a kapacitu 1200 mAh, získáte 1,2v sestavu s kapacitou 6*1200=7200 mAh.

Pozor! Při paralelním zapojení více stejných zdrojů s různým napětím teče proud ze zdroje s vyšším napětím do prvku s napětím nižším.

To má devastující dopad na ty, které mají menší kapacitu. Z důvodu toku proudů je zakázáno paralelně zapojovat jednorázové baterie, u kterých dochází k nabíjení prvků s nižším napětím, jejich přehřívání, úniku elektrolytu, případně i výbuchu.

V případě paralelního připojení zdroje s vysokým napětím o malé kapacitě k prvku o větší kapacitě, ale s nižším napětím, dochází prostřednictvím nižšího vnitřního odporu silného k elektrickému zkratu slabé baterie. Kvůli tomu ve slabém zdroji teče silný proud, což vede k jeho postupné destrukci.

V případě vysokého napětí na baterii o větší kapacitě dochází k nucenému nabíjení slabého prvku, což na něj má také neblahý vliv. Na základě toho se před montáží baterie doporučuje vyrovnat napětí každého prvku na stejnou hodnotu.

Důležité! Aby se předešlo destruktivním účinkům toku proudu při paralelním zapojení baterií, měly by být použity baterie stejného napětí.

Sériově paralelní zapojení baterií

Pokud vezmete v úvahu pravidla pro připojení baterií v sériových a paralelních sestavách, můžete vytvořit složité kombinované možnosti pomocí obou metod současně. To umožňuje zvýšit výslednou kapacitu a napětí, což je nutné zejména u systémů autonomního napájení, elektromobilů a dalších zařízení s vysokým odběrem elektrického proudu.

Kombinovanou baterii lze sestavit dvěma způsoby:

Sestaví se potřebný počet sériově zapojených sestav s požadovaným napětím a následně se pomocí paralelního spínání spojí do jediné baterie.
Baterie jsou vytvořeny s paralelně zapojenými bateriemi požadované kapacity, které se pak zapojují do série, dokud není dosaženo požadovaného napětí.

Důležité! Je třeba si uvědomit, že i když jsou dodržena všechna pravidla připojení, není možné vybrat baterie s naprosto identickými vlastnostmi. To nevyhnutelně povede k nevyváženosti hodnot kapacity a napětí, což časem povede ke zvýšenému opotřebení slabších baterií.

Bezpečnostní opatření pro připojení

U všech způsobů připojení baterií je třeba dodržovat řadu opatření:

dodržujte bezpečnostní opatření pro provoz elektrických instalací, abyste zabránili úrazu elektrickým proudem (hlavní věcí není vytvořit obvod pro průchod proudu lidským tělem):
dodržujte polaritu připojení;
nevytvářejte zkraty;
při montáži baterií od nich odpojte zátěž;
připojte nabíječku k baterii, když je odpojena od sítě;
práce provádějte ve vhodném izolačním oděvu a obuvi, bez kovových předmětů, které by mohly spadnout a zkratovat kontakty;
nedotýkejte se svorek baterií rukama, zejména oběma rukama na různých pólech (to je velmi nebezpečné u výkonných vysokonapěťových baterií);
použijte speciální nástroj s izolovanými částmi;
nevykonávejte práci, pokud jste ve špatném zdravotním stavu;
vzít v úvahu proudy procházející kombinovanou baterií a zátěží a použít vodiče vhodného průřezu;
při spojování prvků do jedné baterie zajistěte spolehlivý kontakt izolovaný od vnějších vlivů;
poskytují spolehlivou ochranu prefabrikovaných baterií před zkratem a vlhkostí;
používejte baterie se stejnými vlastnostmi a stupněm opotřebení;
Pečlivě zkontrolujte sestavenou baterii, zda nevykazuje chyby spínání.

Přečtěte si více

Pěstování pórku ze semen, kdy a jak zasadit sazenice video

Co může vést k chybám při připojování baterie?

Pro odstranění chyb při připojování baterií je vhodné použít speciální konektory, které eliminují chyby spínání, například adaptéry T-Plug. Pokud jsou baterie v jedné sestavě nesprávně připojeny, může dojít k chybám, které mohou vést k velmi vážným následkům:

při paralelním zapojení vzniká zkrat, v důsledku čehož dojde v bateriích k prudké chemické reakci, která velmi rychle povede k úniku elektrolytu, deformaci pouzdra, požáru nebo dokonce výbuchu;
při sériovém zapojení s nesprávnou polaritou je obvod otevřený, ale při připojení zátěže se může přes nesprávně zapojený prvek objevit zpětný proud, který jej poškodí;
v případě déletrvajícího zkratu jedné nebo více baterií dojde nevyhnutelně k vznícení izolace, roztavení vodičů, prudké reakci uvnitř baterie, úniku elektrolytu, deformaci pouzdra, požáru nebo výbuchu;
v případě krátkodobého zkratu kontaktů baterie zůstane funkční, ale může se zhoršit stav elektrod uvnitř baterie a snížit kapacitu;
při použití vodičů, které nejsou určeny pro provozní proudy, dojde k jejich přehřátí, roztavení jejich izolace, což může vést ke zkratu a následným následkům.