Как соединить два аккумулятора чтобы увеличить емкость. Последовательное и параллельное подключение аккумуляторов

Когда данное устройство разряжает батарею низкой емкости, она разряжается раньше, чем другие батареи могут обеспечить питание. Происходит глубокая разрядка, которая приводит к сульфированию пластин и быстрому разрушению батареи.

Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарей

Батарейные элементы часто не используются по отдельности. Вместо этого их комбинируют тем или иным способом для получения новых свойств источника энергии.

В силу химических и физических законов отдельный элемент батареи не всегда отвечает требованиям, предъявляемым к питанию потребителей. Эту проблему можно обойти, соединив батареи параллельно или последовательно.

Увеличение напряжения

Отдельный элемент батареи вырабатывает напряжение, которое определяется электрохимическими реакциями, происходящими в нем во время зарядки или разрядки. Для наиболее распространенных типов аккумуляторов выходное напряжение определяется при полной зарядке:

Литий-ионный – 3,7 вольт.
Никель-кадмиевый – 1,38 вольт.
Свинцово-кислотный – 2,1 вольт.
Никель-металлогидридный – 1,25 вольт.

Во многих случаях этого недостаточно для нормальной работы от сети. Например, мотоциклам для нормальной работы требуется напряжение не менее 6 вольт, а автомобилям — 12, а иногда и 24 вольта. Один элемент не может обеспечить такое напряжение. Поэтому для увеличения мощности элементы соединяются последовательно.

Увеличение емкости

Если не учитывать влияние внешних факторов (температура и т.д.), то определяется мощность одного элемента:

удельной емкостью (зависит от технологии изготовления);
размерами АКБ.

Часто бывает удобнее получить требуемую мощность из многих небольших элементов, чем из одной большой емкости. Например, желательно использовать сосуды стандартных размеров. Для этого их следует соединить параллельно. Таким образом, их емкость суммируется.

Схемы подключения

При различных типах подключения клеммы емкостей соединяются по-разному.

Последовательное

В гирляндной цепи батареи соединены между собой разными клеммами. Положительная клемма одной батареи соединяется с отрицательной клеммой другой, отрицательная клемма — с положительной клеммой третьей. Таким образом, можно соединить любое количество элементов для получения необходимого напряжения, которое снимается со свободных клемм концевых разъемов. Емкость цепи соответствует емкости стакана.

Параллельное

При параллельном соединении плюсовые полюса всех элементов и все минусовые полюса соединены друг с другом. Ток снимается с положительного и отрицательного выводов в соответствующей точке. Напряжение сборки равно напряжению стакана (поэтому используйте элементы одного типа с одинаковым выходным напряжением), а емкость равна сумме всех емкостей.

Комбинированное

В случаях, когда необходимо одновременно увеличить и емкость, и напряжение, используется смешанное (комбинированное) расположение элементов. Сначала производится параллельное соединение для достижения требуемой емкости. Затем эти элементы соединяются последовательно для достижения необходимого напряжения батареи.

Пример соединение АКБ 18650

Примером параллельного и последовательного соединения аккумуляторов 18650 является соединение элементов в батарее ноутбука. Выходное напряжение одной литий-ионной батареи составляет 3,7 вольта, что недостаточно для питания многих компьютеров. Наибольшая емкость одного литий-ионного элемента 18650, которая может быть достигнута при сегодняшней технологии, составляет 4500 мА*ч (15000 мА*ч или даже 30000 мА*ч, измеренные в элементах от неизвестных производителей из Юго-Восточной Азии, не следует воспринимать всерьез).

Для продления срока службы батареи ноутбука за счет увеличения емкости также используется параллельная замена батарей. Таким образом достигается оптимальное напряжение и емкость в разумном диапазоне массогабаритных показателей.

Соединение аккумуляторов

Если используется несколько батарей, их можно подключать независимо друг от друга с помощью батарейных переключателей, но можно также подключать их последовательно или параллельно.

При последовательном соединении положительная клемма одной батареи подключается к отрицательной клемме другой, а нагрузка подключается к свободным положительной и отрицательной клеммам. Общая емкость последовательно соединенных батарей не изменяется, а выходное напряжение увеличивается. Например, емкость батареи, состоящей из двух последовательно соединенных 12-вольтовых батарей емкостью 100 Ач каждая, остается равной 100 Ач, а напряжение увеличивается до 24 вольт.

Никогда не подключайте последовательно 12-вольтовые батареи к 12-вольтовой системе питания — высокое напряжение повредит оборудование.

При параллельном подключении положительная клемма одной батареи соединяется с положительной клеммой другой батареи, затем отрицательные клеммы соединяются вместе и подключаются к нагрузке. При параллельном подключении емкость батареи не изменяется, а емкость равна сумме емкостей подключенных батарей.

Последовательно-параллельное соединение используется, когда требуется батарея с большой емкостью, но вес отдельных батарей слишком велик. В 12-вольтовых электрических системах две 6-вольтовые батареи сначала соединяются последовательно, чтобы получить 12 вольт. Затем полученная батарея соединяется параллельно с двумя другими 6-вольтовыми батареями, соединенными таким же образом. Первое соединение увеличивает напряжение, второе — емкость батареи.

Параллельное соединение нескольких батарей большой емкости вместо нескольких маленьких батарей

При параллельном соединении предполагается, что вышедший из строя элемент батареи может разрядить другие батареи, а небольшие токи, циркулирующие между батареями, увеличивают саморазряд. По этой причине иногда рекомендуется соединять 12-вольтовую батарею последовательно с 6-вольтовыми батареями большой емкости. А если они оказываются слишком тяжелыми, последовательно соединяют шесть 2-вольтовых батарей.

При параллельном соединении, однако, выход из строя одного элемента не приводит к выходу из строя всей батареи. С помощью контрольных устройств можно обнаружить и удалить неисправную батарею. Емкость батареи снижается, но батареи продолжают работать.

Однако если один из компонентов последовательно соединенной батареи выходит из строя, напряжение в системе после удаления неисправной батареи снизится на 6 или 2 вольта (в зависимости от того, какие батареи входят в состав батареи).

Способы параллельного соединения

Существует несколько способов параллельного подключения батарей

Способ 1

Устройство подключается к положительной и отрицательной клеммам внешней батареи.

Аккумуляторы обычно соединяются медным проводом сечением 35 мм2 с удельным сопротивлением около 0,0006 Ом на метр. Таким образом, сопротивление кабеля длиной 20 см между батареями составляет 0,00012 Ом. Это очень мало, но если добавить по 0,0002 Ом на каждое соединение (клемма на кабеле, клемма на аккумуляторе и т.д.), то сопротивление увеличится до 0,0015 Ом.

Если нагрузка равномерно распределена между батареями, то при потреблении тока в 100 ампер каждая из четырех батарей будет выдавать 25 ампер. Однако в этой цепи самая нижняя батарея выдает наибольший ток, а ток каждой последующей батареи постепенно уменьшается.

Это происходит потому, что ток от самой нижней батареи не встречает никакого сопротивления, кроме сопротивления кабеля, идущего к нагрузке. Ток от второй батареи вниз также протекает через два соединительных провода, от второй батареи вниз — через четыре, а от верхней батареи — через шесть. Поэтому вклад верхнего аккумулятора в общий ток намного меньше, чем нижнего.

При зарядке происходит то же самое — нижний аккумулятор заряжается большим током, чем верхний. Условия его эксплуатации более жесткие, и он быстрее выходит из строя.

Расчеты показывают, что при внутреннем сопротивлении аккумулятора 0,02 Ом, сопротивлении клемм 0,0015 Ом и нагрузке 100 ампер распределение тока между аккумуляторами выглядит следующим образом:

Нижний аккумулятор — 35,9 ампер.

Вторая снизу батарея — 26,2 ампера.

Третья батарея снизу — 20,4 ампера.

Верхняя батарея — 17,8 ампера.

Таким образом, нижняя батарея потребляет в два раза больше тока, чем верхняя. Однако двойная зарядка нижней батареи не означает, что она работает в два раза дольше. Когда нижняя батарея разряжается, заряд распределяется между тремя другими батареями. Недостатком такого соединения является то, что батарея в целом работает с большим дисбалансом и стареет гораздо быстрее, чем при правильной балансировке.

Способ 2

При втором способе подключение батарей остается прежним, но нагрузка подключается к разным батареям. Распределение тока в модифицированной батарее с нагрузкой 100 ампер выглядит следующим образом:

Нижняя батарея — 26,7 ампера.

Вторая батарея снизу — 23,2 ампера.

Третья батарея снизу — 23,2 ампера.

Верхняя батарея — 26,7 ампера.

Улучшение по сравнению с первым методом значительное, и батареи гораздо ближе к правильному балансу.

Способ 3

Чем точнее тяговые батареи и чем меньше их внутреннее сопротивление, тем важнее точный баланс. Для оптимального баланса количество соединений между каждой батареей и нагрузкой должно быть примерно одинаковым

При первом способе подключения ток течет от нижней батареи к нагрузке без дополнительных соединений. Верхняя батарея имеет 6 соединений. Во втором способе количество соединений для верхней и нижней батарей уменьшено до 3.

Меры предосторожности при подключении

При всех способах подключения аккумуляторов необходимо соблюдать определенные меры предосторожности:

соблюдать меры безопасности по эксплуатации электроустановок для исключения поражения электрическим током (главное — не создавать цепи прохождения тока через тело человека):
соблюдать полярность подключения;
не создавать коротких замыканий;
при сборке батарей отключать от них нагрузку;
подсоединение зарядного устройства к АКБ осуществлять тогда, когда оно отключено от сети;
работы проводить в соответствующей изолирующей одежде и обуви, без металлических предметов, которые могут упасть и замкнуть контакты;
не касаться руками клемм АКБ, в особенности двумя руками на разных полюсах (это очень опасно на мощных батареях с высоким напряжением);
использовать специальный инструмент с изолированными частями;
не проводить работы при плохом состоянии здоровья;
учитывать токи, проходящие через сборную батарею и нагрузку и использовать подходящие по сечению проводники;
при соединении элементов в одну батарею обеспечивать надежный и изолированный от внешних воздействий контакт;
обеспечивать надежную защиту сборных батарей от коротких замыканий и попадания влаги;
использовать аккумуляторы с одинаковыми характеристиками и степенью износа;
внимательно проверять собранную батарею на наличие ошибок коммутации.

Статья по теме: Самые дешевые варианты для забора. Как сделать дешевый забор.

К чему могут привести ошибки при соединении АКБ

Во избежание ошибок при подключении аккумуляторов рекомендуется использовать специальные разъемы, исключающие ошибки коммутации, например, Т-образные адаптеры. При неправильном подключении аккумуляторов к сборке могут быть допущены ошибки, которые могут привести к очень серьезным последствиям:

при параллельном соединении образуется короткозамкнутый контур, в результате чего в аккумуляторах будет происходить бурная химическая реакция, которая очень быстро приведет к вытеканию электролита, деформации корпуса, возгоранию или даже взрыву;
при последовательном соединении с неправильной полярностью контур разомкнут, но при подключении нагрузки может появиться обратный ток через неверно подключенный элемент, что выведет его из строя;
при длительном коротком замыкании одного или нескольких аккумуляторов неизбежно возгорание изоляции, расплавление проводников, бурная реакция внутри АКБ, вытекание электролита, деформация корпуса, возгорание или взрыв;
при краткосрочном коротком замыкании контактов батарея останется работоспособной, но может произойти ухудшение состояния электродов внутри батареи, уменьшение емкости;
при использовании проводников, не рассчитанных на рабочие токи, они будут перегреваться, оплавится их изоляция, что может привести к короткому замыканию и вытекающим отсюда последствиям.

У вас остались вопросы или вы хотите что-то добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это сделает материал более полным и точным.

Схема подключения двух аккумуляторов

Две батареи могут быть соединены последовательно или параллельно. В первом случае, если вы соедините две 12-вольтовые батареи, на выходе вы получите 24 вольта, и это напряжение типично для грузовиков и тяжелой техники, где автомобильная сеть рассчитана на такое напряжение.

Параллельное соединение необходимо для увеличения емкости двух батарей на 12-вольтовом выходе. Оно используется, когда необходимо увеличить емкость для поддержания работоспособности электрооборудования машины.

Теперь перейдем к самому важному моменту. Предположим, что у нас есть достаточно мощный генератор переменного тока, который может заряжать две батареи, соединенные параллельно. Однако все потребители автомобиля подключены к основной батарее, которая разряжается быстрее. А вспомогательная батарея отдает свой ток через основную батарею и тратит часть энергии на ее зарядку.

Поэтому мы настоятельно рекомендуем установить переключатель или буферный диод в цепи двух батарей. В такой системе дополнительное электрооборудование подключается ко второй батарее, а переключатель вручную или автоматически выбирает, какую батарею использовать в том или ином случае и на какую подавать зарядное напряжение генератора.

В результате фактически получаются две автономные системы, заряжаемые от общего генератора. Одна батарея обслуживает вспомогательное оборудование, другая — бортовую сеть. При желании это можно контролировать путем перераспределения мощности.

Особенности эксплуатации

Установка вспомогательной батареи накладывает на владельца автомобиля определенную ответственность за надлежащий уход за этой цепью. Поскольку длина кабелей основной и вспомогательной батарей различна, состояние заряда также будет разным. Необходимо регулярно проверять состояние заряда каждой батареи в отдельности (предварительно разомкнув цепь) и проводить выравнивание напряжения, если разница в напряжении между основной и вспомогательной батареей составляет 0,1 вольт.

Звучит страшно, но на самом деле все очень просто: раз в полгода размыкаем цепь, мультиметром измеряем напряжение на обеих батареях: например — 12,7 вольт на первой батарее и 12,5 вольт на второй. Это означает, что необходимо использовать постоянное зарядное устройство, низкого тока (2-3А), и заряжать каждый аккумулятор отдельно.

Установка второй батареи имеет смысл только в том случае, если у вас действительно мощное, серьезное дополнительное электрооборудование. Однако зачастую достаточно установить более мощную батарею на штатное место или заменить ее на другой тип, например, на батарею с технологией EFB или AGM, и проблема решается сразу и с небольшими затратами.

Какие виды соединения существуют

Батареи часто используются последовательно и параллельно. Существует также третий тип — комбинированный или последовательно-параллельный.