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:
- 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.
- Создать источник питания с заданным набором характеристик – напряжением, емкостью, мощностью.
- 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:
- Для начала последовательно объединяются элементы с целью увеличения напряжения. Затем из них собирается параллельная цепочка – чтобы увеличить емкость.
- 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:
- Соблюдать правила и технику безопасности электромонтажных работ.
- Выполнять соединения в соответствии с полярностью.
- Не собирать батареи под нагрузкой.
- Для работы использовать средства индивидуальной защиты – диэлектрические перчатки и инструмент.
- Не прикасаться руками без защиты неизолированных токопроводящих частей.
- Проводить работы только в отсутствии сырости и нормальной влажности воздуха.
- Использовать исправные и правильно подобранные по нагрузке АКБ, провода и расходные материалы.
- 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.
Напишите в комментариях, как думаете – можно ли для последовательного соединения использовать АКБ разной емкости?
