Последовательное соединение аккумуляторов – особенности, альтернативные варианты, возможные ошибки

На пике строительно-ремонтных работ у моего шуруповерта сломался аккумулятор. Чтобы сэкономить и не покупать новый, решил собрать блок нужного номинала путем соединения отдельных элементов. В этом обзоре решил поделиться, как сделать последовательное соединение аккумуляторов, а также какие еще варианты тут можно применить, что при этом нужно учесть и какие ошибки могут возникнуть.

Варианты и особенности коммутации АКБ

Выделю следующие предпосылки того, зачем нужно объединять отдельные элементы питания и что это вообще может дать:

1. Сэкономить. Как в моем случае, порой легче объединить несколько отдельных АКБ в единый модуль, нежели покупать дорогостоящее устройство. Это тем более актуально, что в большинстве случаев запасных частей для шуруповерта практически не достать, и придется приобретать новый прибор. 
   
2. Создать источник питания с заданным набором характеристик – напряжением, емкостью, мощностью. 
   
3. Снизить, так называемые, омические потери электроцепи. Это тепловые потери проводника. Уменьшить его величину можно, повысив напряжение без увеличения мощности. Таким образом снизится сила тока и повысится КПД системы.
   

Отмечу 3 основных способа, чтобы соединить между собой 2 и большее число аккумуляторов на 12, 24 вольта или иного номинала, а также батарейки, для увеличения напряжения, емкости и мощности – это:

• Последовательно – суммирование номинала всех элементов питания. 
  
• Параллельно – складывание емкости блоков. 
  
• Комбинированно – метод позволяет сразу повысить и емкость, и напряжение в заданном соотношении.
  

Примечательно, что при любом варианте объединения, все элементы питания должны иметь одинаковое устройство. Например, нельзя совмещать батареи, изготовленные по технологиям Ni-Mh и Li-ion. Допустимы связки – только Li-ion- Li-ion или Ni-Mh- Ni-Mh.

Кстати, у тех, кто только начинает собирать подобные схемы и еще не сталкивался с последствиями неграмотной сборки, иногда возникает вопрос о том, можно ли параллельно соединить два и более аккумулятора с разной емкостью. Ответ однозначен – да.

Напротив, коммутировать элементы такого набора по последовательной схеме категорически нельзя. Так как участники цепи будут по-разному вырабатываться. С меньшей емкостью выйдет из строя быстрее – в результате возникнет сильный разряд. При зарядке, наоборот, он получит больший потенциал. Впоследствии это приведет к уменьшению его базовой емкости и порче.

Последовательное

Коммутация по последовательному варианту предполагает стыковку «+» предыдущего участника цепи к «-» последующего. В итоге на концевых проводниках напряжение будет равно сумме собранных элементов. Например, если я возьму в схему 5 батарей по 12 вольт, емкостью 300 Ач, то на выходе получу = 5 * 12 = 60 В. Однако значение емкости останется таким же, как и у каждого отдельно взятого элемента – 300 Ач.

Суммарный энергетический запас для цепи можно рассчитать так:

300 Ач * 12 В * 5 = 18000 Вт ч или 18 кВт ч.

В схеме последовательного соединения аккумуляторных батарей или даже обычных батареек для планируемого повышения напряжения выделяются следующие важные особенности:

• Использоваться должны элементы питания одного типа, устройства и технологии изготовления. 
  
• Емкость всех участников цепи должна быть равной или хотя бы приблизительно одинаковой. Однако чем больше разница, тем быстрее экземпляры с меньшим показателем параметра будут выходить из строя. 
  
• Максимально продлить период эксплуатации сборки может применение балансировки во время зарядки. 
  
• При порче одного участника цепи перебирать придется всю сборку.
  

• Для зарядки лучше использовать устройство с возможностью контролировать степень подзарядки. 
  
• Для коммутации потребуются проводники, способные выдержать тройную нагрузку.
  

На заметку! Собирать в схему при последовательном соединении можно АКБ разного номинала (зачастую применяются элементы от 0,5 до 48 В), но при этом важно, чтобы емкость у них была у всех одинаковой.

Параллельное

Способ позволяет увеличить емкость источника питания при неизменном значении напряжения. Применяется это, когда нужно продлить время работы какого-либо электро-потребителя. Суть его заключается в том, что однополюсные контакты всех элементов объединяются на один общий проводник.

То есть получится плюсовая жила, к которой подключены батареи соответствующими выходами «+», и одна минусовая – с подсоединенными выводами «-». Для примера – если я возьму те же самые 5 батарей по 12 В и 300 Ач, то после параллельной коммутации в результате получу:

Емкость в итоге = 300 * 5 = 1500 Ач.

Напряжение = 12 вольт.

При этом предельный запас энергии будет таким же = 18 кВт ч.

Отмечу следующие особенности такой схемы:

• В цепочку параллельного соединения можно включать аккумуляторы и батарейки разной емкости. 
  
• Подключенные АКБ не должны разряжаться ниже определенной глубины разряда. 
  
• Эксплуатация источников питания должна соответствовать параметрам саморазряда.
  

В качестве примера применения АКБ с большой емкостью могу привести источники бесперебойного питания, рассчитанные на длительную работу при отключении электросетей.

Обратите внимание! То, что запрещено для последовательной схемы, разрешено для параллельной, и наоборот. Имею в виду – показатели емкости и напряжения. Так, запараллелить аккумуляторы различной емкости можно. Однако номинал у всех участников цепочки должен быть все же одинаков. В противном случае от источников с большим напряжением потечет ток к источникам с меньшим, что приведет к порче последних.

Комбинированное

Параллельно-последовательный способ сборки АКБ позволяет одновременно увеличивать и емкость, и напряжение. Для этого применяется 2 варианта:

1. Для начала последовательно объединяются элементы с целью увеличения напряжения. Затем из них собирается параллельная цепочка – чтобы увеличить емкость. 
   
2. Здесь, наоборот, сперва собираются отдельные параллельные блоки для повышения емкости. Потом на их основе уже складываются последовательная связка – для повышения напряжения.
   

Для примера приведу такую версию сборки:

Сначала я объединяю в два модуля по 2 АКБ по 12 В и 300 Ач параллельно и получаю – источники 12 вольт на 600 Ач. Затем я соединяю их последовательно. В результате у меня будет модуль на 24 В и 600 Ач.

Совет! Применяя одновременно последовательную и параллельную схему соединения двух и большего количества батареек и аккумуляторов, не забывайте правильно подбирать провода. Ввиду возрастающих параметров тока, сечение должно быть увеличено. Также советую выбирать проводники с негорючей или самозатухающей изоляцией.

Ошибки

Выше я привел правила сборки элементов питания. Однако не могу не сказать об ошибках, которые здесь можно допустить, и их последствиях:

• Возникновение коротко замкнутого контура в параллельной связке. Это приводит к бурным процессам внутри банок. В результате произойдет разрушение внутренней среды, разбухание корпуса, вытекание электролита, возгорание или взрыв. 
  
• Размыкание контура в последовательной цепочке. Из-за несоответствия полярности в момент включения прибора возникнет обратно направленный ток. Это приведет к быстрой порче АКБ. 
  
• Непродолжительное замыкание. Ведет к уменьшению емкости и частичной утрате работоспособности электродов, хотя сама батарея останется еще целой. 
  
• Длительное корочение. Последствия более серьезные – воспламенение изоляции и расплавление проводников, активная реакция внутри банок, разрыв корпуса, утечка электролита.
  

Видео-урок по соединению батарей параллельно и последовательно:

• Нагрев и расплавление провод. Происходит в результате недостаточного их сечения.
  

Чтобы избежать многих неприятностей при параллельном или последовательном подключении аккумуляторов и батареек, советую соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Соблюдать правила и технику безопасности электромонтажных работ. 
   
2. Выполнять соединения в соответствии с полярностью. 
   
3. Не собирать батареи под нагрузкой. 
   
4. Для работы использовать средства индивидуальной защиты – диэлектрические перчатки и инструмент. 
   
5. Не прикасаться руками без защиты неизолированных токопроводящих частей. 
   
6. Проводить работы только в отсутствии сырости и нормальной влажности воздуха. 
   
7. Использовать исправные и правильно подобранные по нагрузке АКБ, провода и расходные материалы. 
   
8. Перед подключением проверить правильность сборки по схеме.
   

Важно! Если вы не хотите испортить аккумуляторные батареи еще до начала использования, не доводите их до перегрева – для соединения их в параллельную или последовательную схему используйте точечную сварку, быструю пайку или механические способы.

Видео-тестирование связки АКБ с разной емкостью:

Коротко о главном

Объединять элементы питания в одну цепочку можно с целью экономии, создания источника нужных характеристик, а также для уменьшения омических потерь. При этом существует 3 варианта соединения:

• Параллельно. 
  
• Последовательно. 
  
• Комбинированно.
  

Для того чтобы выбрать, как подключить аккумуляторы или батарейки – последовательно или параллельно, необходимо учесть особенности каждой схемы, а также возможные ошибки.