Аккумулятор, как видно из названия – устройство для накапливания электрической энергии. В нужный момент эта энергия зажигает светодиоды или лампочки накаливания в фонарях, приводит в движение электромоторы, питает электронные устройства, обеспечивает работу блоков бесперебойного питания.
Параллельное и последовательное, а также комбинированные соединения аккумуляторов используют для сборки батарей с различными характеристиками.
Виды изделий разного назначения
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.
Важно! Увеличивая напряжение питания, и снижая протекающий ток, получают экономию энергии за счёт снижения тепловых потерь в цепи.
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.
Обратите внимание! Минимальное напряжение накопителей 1,2 Вольта, а не 1,5 В как у «одноразовых» батареек.
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.
Последовательное подключение
Схема последовательного подключения предполагает соединение проводником положительного полюса первого источника и отрицательного второго. Далее положительный выход второго источника питания соединяют с отрицательным третьего и так далее. Выводами сборки служат отрицательная клемма первой батареи и положительная последнего в схеме.
Последовательное соединение
Общее напряжение такой сборки будет равняться сумме ЭДС всех источников, включённых в сеть. Если в батарею включены накопители одинаковой ёмкости, то и общее значение останется равным характеристике одного источника.
Например, при последовательном включении 3 изделий по 1,2 В суммарное напряжение между выводными клеммами первого и третьего подключённого источника будет равняться 3,6 В.
При подключении в цепь приёмника электротока через последовательную цепь будет протекать ток, не превышающий возможности 1 источника электричества. Например, если сборка изготовлена из одинаковых батарей 2000 мА/ч, то суммарное значение для любого количества «ячеек» в схеме останется на том же значении.
Смысл последовательного подключения – повысить напряжение в сети, и при малом токе обеспечить на выходе повышенную мощность.
Особенности последовательного включения
При последовательном включении строго соблюдают правила, невыполнение которых приводит к быстрому выходу из строя батареи, а в некоторых случаях опасно для здоровья пользователя.
Каждый источник питания обладает внутренним сопротивлением. У изделий, выполненных по одной технологии, с использованием одних и тех же комплектующих и имеющих одинаковые характеристики внутренне сопротивление примерно одинаково и зависит в основном от степени заряженности.
У одинаковых по изготовлению, но разных по ёмкости батарей внутреннее сопротивление резко отличается. Это же относится к разным по технологии изготовления батареям.
Чем опасно соединение источников питания с разными характеристиками при заряде и разряде последовательно соединённых изделий.
Зарядка
При включении последовательно соединённых аккумуляторных батарей разной ёмкости, каждая из них будет заряжаться одним током, который выдаёт зарядное устройство. При различии ёмкости в два раза, меньший из накопителей зарядится примерно в три раза быстрее больших.
Таким образом, через какое-то время одни из АКБ наберут полную зарядку, в то время как большие будут нуждаться в дальнейшей подаче зарядного тока.
Возможны два итога:
- Недозагрузка «больших» источников, если зарядное устройство будет выключено. Следовательно, в дальнейшем подключённые потребители не проработают долго.
- Перезаряд меньшего аккумулятора, если заряд не будет отключён. Как следствие перегрев. Выкипание электролита, выход из строя изделия. Возможен взрыв.
Внимание! Заряжать последовательно включённые накопители разрешается только в том случае, когда они имеют одинаковую ёмкость и напряжение.
Разряд
Не менее опасен для разных источников процесс разряда. Ток в каждой точке последовательной цепи одинаков. Аккумулятор меньшей ёмкости разрядится быстрее подключенных с ним последовательно более мощных устройств. Если в цепи есть устройство защиты от глубокого разряда, то питание потребителя прекратиться, когда мощные АКБ ещё способны отдавать ток. Эффективность применения общей сборки будет снижена в несколько раз.
Если же устройство не оборудовано защитой, то отдача тока будет продолжена. В результате глубокого разряда неминуемо выйдет из строя самый «маленький» прибор.
Параллельное включение
При параллельном соединении все плюсы источников питания должны быть подключены в одну точку. То же самое делают с отрицательными полюсами.
Параллельное включение
При соединении этого типа действуют другие правила определения характеристик сборки.
Допускается применять параллельное соединение для аккумуляторов разной ёмкости, при условии, что номинальное напряжение изделий одинаково.
Пример изменения характеристик при параллельном подключении
Общая ёмкость параллельной сборки будет равна сумме ёмкостей всех включённых изделий. Соединив два одинаковых АКБ параллельно, получают сборку в два раза большей ёмкости. Каждый из источников разряжается и заряжается допустимым для него током. Небольшие расхождения на начальных этапах циклов не оказывают существенного влияния на время исправной работы.
При первом подключении важно, чтобы степень заряда и соответственно напряжение на клеммах соединяемых изделий было равно.
Вызвано это тем, что если меньший по ёмкости АКБ будет заряжен сильнее (выше напряжение на выходе) то больший аккумулятор станет потребителем электричество (малый начнёт «заряжать» больший). Это чревато перегрузкой по току и разрушением. Тот же эффект будет наблюдаться если напряжение больше на АКБ большей ёмкости. В этом случае меньший по уровню напряжения источник станет нагрузкой, по нему потечёт ток близкий по значению к короткому замыканию.
Внимание! Запрещено соединять параллельно аккумуляторы с разным номинальным напряжением.
Кроме выхода из строя больших накопителей, что в момент подключения между клеммами и соединительными проводами потечёт большой ток. Это в свою очередь может привести к их повреждению или даже разрушению. Искрение между двумя источниками с разным напряжением – источник ультрафиолетового излучения, что опасно для зрения человека.
Соединяйте аккумуляторы в параллельную цепь, только после предварительного выравнивания ЭДС.
Параллельно последовательное соединение
Параллельно последовательный способ соединения аккумуляторов часто применяют при создании блоков питания для различных переносных электроинструментов. Метод позволяет получить «высокое» напряжение при большой ёмкости.
Параллельно-последовательное соединение
Несколько изделий соединяют последовательно, получая нужное напряжение. Затем этим цепочки подключают параллельно, выигрывая в ёмкости общей сборки.
Правила соединения применяют те же, что и для ранее описанных способов включения. В таких устройствах принято подключать одинаковые по характеристикам аккумуляторы. Применив «батарейки» из одной партии получают примерно одинаковое внутреннее сопротивление составных частей.
Разные схемы включения нужны для обеспечения работы различных устройств, требующих автономного питания. Применив полученные в статье знания, можно сделать самостоятельные подключения, необходимые для корректной работы аппаратуры.
Опубликовано 27.07.2018 Обновлено 18.04.2021 Пользователем digrand
Похожие статьи
Похожие статьи