Последовательное соединение
На практике часто бывает необходимо получить большее напряжение или ток, чем может дать один элемент питания (аккумулятор). Для этого прибегают к соединению элементов в батареи. Существуют три способа соединения элементов: последовательное, параллельное или смешанное.
Последовательное соединение элементов в батарею применяется в том случае, когда необходимо увеличить напряжение в цепи.
При последовательном соединении плюс первого элемента соединяется с минусом второго элемента, а плюс второго — с минусом третьего и т.д. Внешняя цепь подключается к свободным концам батареи.
Не следует путать напряжение с электродвижущей силой. Только при разомкнутой электрической цепи напряжение источника тока численно равно его э.д.с.
При последовательном соединении э.д.с. батареи равна сумме э.д.с. всех элементов:
Eб = E1 + E2 + E3,
где Еб — э.д.с. батареи; Е1, Е2, Е3 — э.д.с. элементов.
Общее внутреннее сопротивление батареи при последовательном соединении элементов равняется сумме внутренних сопротивлений всех элементов:
Rоб = Rо1 + Rо2 + Rо3,
где Rоб — внутреннее сопротивление батареи; Rо1, Rо2, Rо3 — внутренние сопротивления каждого элемента в отдельности.
Ёмкость батареи при последовательном соединении элементов равна ёмкости одного элемента, а максимально допустимый ток, которым можно разряжать батарею в этом случае, равен максимально допустимому току, который можно получить от одного элемента.
Батарея, состоящая из нескольких однотипных элементов и замкнутая на внешнюю цепь с сопротивлением R, создаёт в цепи ток, величина которого подсчитывается по следующей формуле:
I = En / (ron + R),
где I — величина тока в цепи; E — э.д.с. одного элемента; ro — внутреннее сопротивление одного элемента.
Рассмотрим пример. Аккумуляторная батарея (на первой фотографии) состоит из трёх последовательно соединённых аккумуляторов ёмкостью 4, 3 ампер х часов с э.д.с. 12 вольт и внутренним сопротивлением 0, 25 ом. Определить э.д.с. батареи Еб, внутреннее сопротивление Rоб и максимально допустимый разрядный ток батареи.
Э.д.с. батареи Еб = 3 x 12 = 36 вольт.
Внутреннее сопротивление батареи Rоб = Rо1 + Rо2 + Rо3 = 0, 25 x 3 = 0, 75 ом.
Разрядный ток I = 4, 3 x 0, 1 = 0, 43 ампера (имеется ввиду нормальный разрядный ток — 1/10 от ёмкости).
Особенности эксплуатации аккумуляторов при параллельном и последовательном соединении
Если необходимо получить напряжение блока аккумуляторов 24 Вольта, применяется последовательное соединение. Для последовательного соединения обязательно нужно использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости, одинаковой модели и желательно одной даты выпуска (с одинаковым датакодом).
При последовательном соединении необходимо раз в полгода проверять напряжение на каждой АКБ. Если напряжения равны или отличаются менее чем на 0,1 Вольта, например 12,80 и 12,86 Вольта, то это значит, что аккумуляторы сбалансированы и можно продолжать их дальнейшую эксплуатацию. Однако, даже в этом случае необходимо не реже одного раза в полгода проводить выравнивающий заряд для выравнивания напряжений на двухвольтовых банках аккумуляторов.
Со временем может произойти разбалансировка состояний заряда, т.е. появится значительная разница между напряжениями на каждой АКБ в последовательной цепи. При разбалансировке более 0,1 Вольта рекомендуется проводить балансировку, т.е. выравнивание уровня заряда. При разбалансировке более 0,2 Вольта — балансировка обязательна.
Проведение процедуры балансировки предотвратит перезаряд одного из аккумуляторов и недозаряд второго, что в итоге положительно скажется на их сроке службы.
Самый простой способ балансировки — проведение цикла выравнивающего заряда при повышенном напряжении заряда в течение 24 часов. Напряжение выравнивающего заряда для всех серий АКБ Delta составляет 2,4 Вольта на двухвольтовую банку или 14,4 Вольта для АКБ на 12 Вольт или 28,8 Вольт для АКБ на 24 Вольта. Напряжение выравнивающего заряда для других марок АКБ уточняйте у производителя.
Если выравнивающий заряд не помогает, то отбалансировать АКБ можно, например, при помощи зарядного устройства от сети 220 Вольт, проведя выравнивающий заряд обеих АКБ по отдельности. Если при повторной проверке разбалансировка снова будет более 0,1 Вольта, то нужно повторить подзаряд только АКБ с меньшим напряжением. Для автоматической балансировки существуют специальные устройства — балансиры.
Если необходимо увеличить емкость аккумуляторов 12 Вольт, применяется параллельное соединение. Для параллельного соединения рекомендуется использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости и одинаковой модели. Однако, возможно использование и разных моделей и даже разных емкостей, но при этом зарядные токи будут распределяться неравномерно, что может привести к сокращению срока службы АКБ.
При параллельном соединении важно подключать нагрузку «по диагонали», как это видно на рисунке выше. Такое подключение совместно с применением перемычек одинаковой длины позволит сбалансировать зарядные и разрядные токи каждого аккумулятора, что приведет к продлению срока службы АКБ.
Если нужно собрать батарею большой ёмкости на напряжение 24 Вольта, то применяется последовательно-параллельное соединение аккумуляторов. При этом нужно принять во внимание и рекомендации по последовательному соединению и по параллельному соединению АКБ.
- Как продлить жизнь гелевого аккумулятора?
- Всё про напряжение гелевой аккумуляторной батареи
- Другие информационные материалы по теме.
Способы соединения элементов питания в батареи
Батареи и аккумуляторы
При питании радиоаппаратуры от батареек и аккумуляторов полезно знать распространённые схемы соединения батарей и аккумуляторов. Дело в том, что каждый вид батареек имеет допустимый разрядный ток.
Разрядный ток – наиболее оптимальное значение тока, который потребляется от батареи. Если потреблять от батарейки ток, превышающий разрядный, то надолго этой батарейки не хватит, она не сможет полностью отдать свою расчётную мощность.
Наверное, замечали, что для электромеханических часов используются “ пальчиковые ” (формата АА) или “ мизинцевые ” (формата ААА) батарейки, а для переносного лампового фонаря батарейки побольше (формат R14 или R20), которые способны отдать значительный ток и имеют большую ёмкость. Размер батарейки имеет значение!
Иногда требуется обеспечить батарейное электропитание прибора, который потребляет значительный ток, но стандартные батареи (например R20, R14) не могут дать необходимый ток, он для них выше разрядного. Что делать в этом случае?
Необходимо взять несколько однотипных батареек и соединить их в батарею.
Параллельное соединение элементов питания.
Так, например, если необходимо обеспечить значительный ток для аппарата применяют параллельное соединение батареек. В таком случае общее напряжение составной батареи будет равно напряжению одного элемента питания, а разрядный ток будет во столько раз больше, сколько батареек применяется.
На рисунке составная батарея из трёх 1,5 вольтовых батареек G1, G2, G3. Если учесть, что среднее значение разрядного тока для 1 батарейки формата АА 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), то разрядный ток составной батареи составит 3 * 7,5 = 22,5 mA. Вот так, приходится брать количеством.
Последовательное соединение элементов питания.
Бывает, что необходимо обеспечит напряжение 4,5 – 6 вольт, применяя батарейки на 1,5 вольта. В таком случае нужно соединить батарейки последовательно, как на рисунке.
Разрядный ток такой составной батареи составит значение для одного элемента, а общее напряжение будет равно сумме напряжений трёх батареек. Для трёх элементов формата АА (“пальчиковых”) разрядный ток составит 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), а суммарное напряжение – 4,5 Вольт.
Итак, подведём итоги.
-
Если необходимо обеспечить значительный ток, то применяется параллельное соединение элементов питания. Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для параллельно составленной батареи питания: I=IG1* N — общий разрядный ток параллельно составленной батареи. где N – количество однотипных элементов питания. IG1 – разрядный ток одного элемента питания. U=UG1 — общее напряжение параллельно составленной батареи. где UG1 – напряжение одного элемента питания. Понятно, что никакого выигрыша по напряжению при параллельном соединении мы не получим.
Если требуется обеспечить напряжение в разы большее напряжения отдельного элемента питания, то применяется последовательная схема соединения. Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для последовательно составленной батареи питания: U=UG1* N — общее напряжение последовательно составленной батареи. I=IG1 — общий ток последовательно составленной батареи. В таком случае мы получаем выигрыш по напряжению.
Рассчитывается всё довольно просто. Сначала, вычисляем напряжение на 3 последовательно соединённых элементах одного из плеч. Ток последовательно соединённых элементов будет равен току одного элемента.
Далее складываем токи каждого плеча из трёх элементов. В данном случае у нас два плеча. Напряжение параллельно соединённых элементов равно напряжению одного элемента. Здесь 3 последовательно соединённых батарейки представляют как бы один элемент питания на 4,5 Вольт.
В радиолюбительской практике не всегда необходимо вычислять разрядный ток, так как потребляемый приборами ток, как правило, нестабилен, всё зависит от режима работы конкретного аппарата.
Понятно, что магнитола потребляет больший ток в режиме воспроизведения, нежели в режиме прослушивания радио. В режиме воспроизведения ток потребления возрастает из-за работы двигателя протяжки ленты, тогда как в режиме радио необходимо лишь усилить принятый сигнал.
Необходимо просто правильно оценивать токовую нагрузку на составную батарею, ведь некоторые приборы могут потреблять значительный ток и в таких случаях можно добавить пару дополнительных элементов питания. В таком случае автономное время работы Вашего прибора возрастёт.
Последовательное и параллельное соединение аккумуляторных батарей
Инве́ртор — это устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения.
Существует два варианта соединения аккумуляторных батарей в общий банк – параллельное и последовательное, в одном общем банке аккумуляторных батарей может присутствовать оба варианта соединения, для увеличения емкости и напряжения на аккумуляторных батареях.
Существует два варианта соединения аккумуляторных батарей в общий банк – параллельное и последовательное, в одном общем банке аккумуляторных батарей может присутствовать оба варианта соединения, для увеличения емкости и напряжения на аккумуляторных батареях.
Последовательное соединение аккумуляторных батарей
При последовательном соединении аккумуляторных батарей, емкость общей батареи остается такой же как и у каждого аккумулятора из цепи, а напряжение суммируется. То есть при последовательном соединении 4шт. АКБ 200 А*ч, 12 В – мы получим общую батарею емкостью 200 А*ч, и напряжением 48 В.
Параллельное соединение аккумуляторных батарей
При параллельном соединении АКБ – напряжение общей батареи остается такой же как и у каждой батареи из цепи, а емкость суммируется. То есть при параллельном соединении 4 шт. АКБ 200 А*ч, 12 В – мы получаем общую батарею емкостью 800 А*ч, напряжением 12 В.
Параллельно-последовательное соединение
Комбинированный вариант используется при построении систем, где нужно достичь более высокой емкости и напряжения.