Последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение аккумуляторов
У любого аккумулятора выделяют следующие основные характеристики:
- Номинальное напряжение (В ― Вольт)
- Емкость (Ач – Ампер*час)
- Максимальное количество запасенной энергии = Номинальное напряжение умноженное на Емкость (кВт*ч – киловатт*час)
Существует три возможных варианта соединения аккумуляторов между собой – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. В зависимости от схемы соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов может меняться Номинальное напряжение или Емкость системы, при этом максимальное количество запасенной энергии всех аккумуляторов останется неизменным.
Рассмотрим каждый из возможных вариантов соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов:
1) Последовательное соединение аккумуляторов
При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее.
В случае такого соединения Емкость системы остается неизменной, но напряжение системы является суммой всех соединенных последовательно аккумуляторов.
Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач. При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 200Ач*48В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.
Такая схема включения используется для поднятия напряжения системы.
2) Параллельное соединение аккумуляторов
При таком соединении плюсовые клеммы аккумуляторов поочередно соединяются между собой. Минусовые клеммы также соединяются поочередно между собой.
В случае такого соединения напряжение системы остается неизменным, при этом емкость Банка Аккумуляторов является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.
Имеем те же 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач. При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 800Ач*12В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.
Такая схема включения используется для увеличения емкости (тока заряда) системы.
3) Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов
Такое соединение является самым востребованным при сборке Банков Аккумуляторов для различных целей.
При таком соединении цепочки последовательно соединенных аккумуляторов соединяются параллельно.
Например:
Снова обратимся к нашим 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В. Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач. При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 400Ач*24В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.
Примечание: обратите внимание, что максимальное количество запасенной энергии ― не зависит от схемы соединения аккумуляторов!
Различные схемы подключения аккумуляторов нужны для оптимизации работы комплекса оборудования используемого вместе с аккумуляторами. Выбирая различные схемы соединения, мы устанавливаем необходимые токи и напряжения для всей системы.
Учёные нашли способ увеличить ёмкость аккумуляторов с помощью сурьмы: как это работает и есть ли альтернативы Статьи редакции
Группа исследователей из Цюриха и США попробовала улучшить литий-ионные аккумуляторы, пока другие ищут способы отказаться от нынешних технологий в пользу водорода и других способов хранения энергии.
Литий-ионный аккумулятор — один из ключевых элементов современной электроники, который обладает множеством недостатков: вещества в составе ядовиты и воспламеняемы, а батареи раздуваются, разряжаются на морозе и со временем теряют ёмкость.
При этом принципиально изменить работу литиевых аккумуляторов нельзя из-за химических и физических особенностей — поэтому учёные, стартапы и крупные компании ищут способы переизобрести их или перейти на полностью новые конструкциии.
Эксперименты исследователей из высшей технической школы Цюриха и Ок-Риджской национальной лаборатории в США в июне 2020 года показали, что сурьма может сделать батареи гораздо более ёмкими без ущерба для срока службы.
Но кроме попыток улучшить литий-ионные батареи у инженеров есть и другие варианты — например, постепенно переходить на графен или развивать технологии водородных топливных ячеек.
Большинство современных электронных устройств работают на литий-ионных аккумуляторах в том числе, благодаря их эффективности и универсальности: производителю достаточно изменить размер и количество ячеек батереи в зависимости от предназначения.
Аккумуляторы — одно из основных направлений для развития устойчивой энергетики, отмечали учёные технического университета Цюриха.
По их мнению, быстрый рост солнечной и других возобновляемых источников энергии потребует эффективных технологий хранения энергии, а производство литий-ионных аккумуляторов увеличится — инвестбанк Berenverg оценивал рост производства с 68 ГВт•ч в 2016 году до 1165 ГВт•ч к 2026 году.
Во многом спрос на литиевые аккумуляторы вырос благодаря переходу автопроизводителей к гибридным или электрическим автомобилям. При этом машины требуют гораздо более мощных батарей (и их количество), чем другая электроника.
Производство аккумуляторов растёт и удешевляется: стоимость хранения 1 кВт•ч c 2010 по 2018 год упала с $1160 до $176. Но из-за постоянно растущих требований к мощностям и скорости заряда и разряда возникает проблема со сроком службы батареи и её габаритами — по физическим и химическим причинам.
Литий-ионные аккумуляторы вырабатывают электричество, перемещая ионы лития между двумя электродами: — катодом и анодом.
Чем больше поток ионов, тем выше и ёмкость батареи, но просто так увеличивать его нельзя . В процессе заряда-разряда анод разбухает и сжимается: чем больше поток ионов, тем меньше циклов заряда-разряда выдерживает батарея, также её может замкнуть, пишет New Atlas.
Чтобы увеличить мощность, можно увеличить габариты аккумулятора — но от этого пострадают размеры устройств.
При этом кардинально изменить принцип работы литиевых аккумуляторов нельзя: литий — металл с лучшими характеристиками, отмечает Toshiba. Поэтому производители и учёные вынуждены экспериментировать с отдельными материалами для точечного улучшения батарей.
Один из потенциально удачных экспериментов — поиск материалов, способных защитить анод от разрушения.
Чтобы решить проблему c разрушением анода при увеличении ёмкости батареи, исследователи MIT и Университета Цинхуа разрабатывали электрод из наночастиц с полой оболочкой из диоксида титана и наполнителем, который меняет размер, не затрагивая оболочку.
В среднем проект втрое увеличивал ёмкость аккумуляторов одного размера, которые заряжались за 6 минут и меньше деградировали. Но изготовление электрода из искусственных элементов было сложным и дорогостоящим, отмечает New Atlas.
Теперь же исследовательская группа учёных из США и Швейцарии обнаружила, что покрытые оксидом микрочастицы сурьмы самопроизвольно образуют полые структуры в течение цикла заряда-разряда батареи и не меняют размер.
Сурьма — ядовитый полуметалл, который применяется на производстве диодов и инфракрасных детекторов и в свинцовых сплавах.
При поступлении ионов оксидный слой позволяет оболочке анода при необходимости расширяться, а при удалении ионов создаёт пустоты, а не сжимается — это позволяет увеличить поток ионов без повреждения анодов.
Полые наноматериалы проектируются и разрабатываются уже давно, и это многообещающий способ улучшить срок службы и стабильность аккумулятора с высокой плотностью энергии.
Проблема в том, что прямой синтез полых наноструктур для коммерческого использования слишком сложный и дорогостоящий. Наше открытие предлагает процесс проще, но основанный на той же идее.
Подобное свойство проявляется в нанокристаллах, диаметр которых менее 30 нм. Открытие было неожиданным, так как эксперименты на более крупных частицах были неудачными: они сжимались и разжимались, а не создавали полую структуру.
Ученые наблюдали за зарядом и разрядом батареи в масштабе наночастиц с помощью мощного электронного микроскопа. Так они провели более точные эксперименты и поняли, как ведут себя различные материалы.
Также кристаллы сурьмы можно использовать и в натрий-ионных и калий-ионных аккумуляторах, но для этого нужно провести гораздо больше тестов, отмечают исследователи.
Авторы провели испытания сурьмы на батареях с небольшим объёмом. Теперь команда планирует подобрать максимально дешёвый подходящий материал и провести исследование на батареях покрупнее, чтобы начать работу над коммерческими моделями.
К похожим результатам по увеличению ёмкости батарей пришла группа российских, израильских и австралийских ученых — они использовали оксид графена и сульфид сурьмы для получения анода калий-ионного аккумулятора.
Так как батареи на основе лития улучшаются медленно и тяжело, учёные и стартапы начали эксперименты по модификации или замене литий-ионных аккумуляторов с помощью новых технологий.
Графен считается одним из наиболее перспективных материалов в электронике за счет высокой теплопроводности, подвижности электронов и экологичности. В 2010 году российские ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике за изучение свойств графена.
Графеновые аккумуляторы за счет повышенной активности заряженных частиц могут быть большей ёмкости, чем литиевые. Например, удельная ёмкость литий-ионного аккумулятора около 200 Вт•ч на 1 кг веса, у графенового аккумулятора такого же веса —1000 Вт•ч, пишет «Наука и техника».
С помощью графена можно улучшить ёмкость и скорость заряда литий-ионных батарей. Например, российские учёные из НТИ и МГУ заменили графит, который используется в качестве анода, на графен (сочетание кремния и графена), что увеличивает объём аккумулятора для городского транспорта на 20%.
С 2017 года над графеновым аккумулятором для смартфонов работает Samsung: инженеры смогли с помощью графеновых элементов в катоде и аноде увеличить ёмкость литий-ионных батарей на 45%, а скорость зарядки в пять раз.
В январе 2020 года стартап Real Graphene на CES 2020 представил графеновый аккумулятор на основе литий-ионного. Инженеры добавили в обычный аккумулятор графеновый слой и смешали литий с графеном.
В результате время зарядки аккумулятора на 3000 мАч (например, в iPhone 11 3110 мАч) сократилось до 20 минут на зарядке мощностью 60 Вт, а срок жизни вырос с 300–500 до 1500 циклов.
Версия устройства на 10 тысяч мАч стоит $85, блок питания на 100 Вт — $15.
Одна из основных проблем графена — его искусственное синтезирование приводит к высокой стоимости производства : $67-200 тысяч за тонну чистого материала. Поэтому исследователи стремятся найти новые способы его добычи: например, с помощью экстракта коры эвкалипта или нагревом проводящих материалов из мусора.
Впрочем, цена на графен быстро падает по мере развития технологии и производства: в 2010 году стоимость графена размером с почтовую марку составляла десятки тысяч долларов.
В декабре 2019 года исследовательское подразделение IBM рассказало о разработке батареи нового типа, материалы для которой получают из морской воды.
Технология не предполагает наличие кобальта и никеля — тяжёлых металлов, которые используются в литий-ионных аккумуляторах, но их сложно и дорого добывать.
Компания заявляет, что новая технология на базе трёх запатентованных материалов (конкретно их IBM не называет) может превзойти существующие аккумуляторы по стоимости, мощности, энергоэффективности и времени заряда. Она менее огнеопасна, а батареи можно будет использовать в «умных» энергосистемах, самолётах и электромобилях.
Для разработки и производства аккумулятора IBM заключила партнёрство с Mercedes-Benz и производителями батарей Central Glass и Sidus. Первые коммерческие продукты появятся к 2022 году, заявляют сотрудники подразделения IBM Research.
Промышленные и производственные компании инвестируют в водородное топливо, чтобы сократить парниковые газы от грузового транспорта, пишет Bloomberg.
Водородные грузовики используют топливо для работы двигателя или зарядки аккумулятора: в результате процесса преобразования водорода в энергию производит воду, а не выбрасывает парниковые газы, как двигатели внутреннего сгорания.
По отчёту аналитической компании E4tech, поставки водородных топливных элементов в 2019 году выросли более, чем на 40% по сравнению с 2018 годом — 1100 мВт вместо 806 мВт годом ранее.
Основные поставщики водородных элементов — Toyota и Hyundai.
Один из успешных стартапов по производству грузовиков с электродвигателем на водороде — американская Nikola Motors. В июне 2020 года компания провела IPO при капитализации в $12 млрд.
К 2024 году она планирует выпустить 12 тысяч грузовиков на водороде и создать сеть заправочных станций. В феврале 2020 года Nikola запустила производство собственного пикапа Badger с запасом хода в 1000 км. Первые автомобили поступят в продажу до 2022 года.
Пока водородный транспорт уступает электротранспорту на литий-ионных батареях. В 2019 году было выпущено около 15 300 водородных топливных элементов для транспорта, тогда как «обычных» электромашин было продано 1,5 млн, пишет Bloomberg.
Тем не менее, топливные элементы могут в будущем заменить литиевые батареи — в коммерческих транспортных средствах, например, автобусах и грузовиках/
Одним из новых игроков на рынке топливных элементов в 2019 году стала немецкая Bosch. Компания объединилась с производителем батарей для водородных элементов PowerCell для разработки топливных элементов для грузовых и легковых автомобилей и запустит производство к 2022 году.
Bosch считает, что это направление в ближайшие несколько лет будет стоить «миллиарды долларов», а к 2030 году около 20% электроавтомобилей будут работать на водороде.
Австралийский стартап Climate Change Technologies разработал термобатарею TED для серийного производства — она хранит в 6 раз больше энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, способна работать не менее 20 лет и при этом дешевле на 20–40%.
Устройство представляет собой модульный накопитель, который принимает электричество из любых источников: ТЭС, солнечных и ветровых установок, топлива или энергосетей, и хранит в форме скрытого тепла. При необходимости тепловой двигатель установки генерирует энергию.
Стандартный модуль рассчитан на 1,2 МВт•ч — он может одновременно запитать около 120 российских квартир при средней выделенной мощности 10 кВт на каждую. При необходимости TED масштабируется до сотен мегаватт. Если произойдёт блэкаут, модуль будет активным около двух дней.
Характеристики и ёмкость термобатареи не меняются после 3000 циклов заряда-разряда. Кроме того, устройство можно отправить на переработку, когда оно сломается.
Основатели заявляют, что TED обеспечит электричеством жителей труднодоступных районов в случае стихийных бедствий или в зоне землетрясений. В будущем компания планирует планирует запустить паромы на электротяге и уменьшить размеры батареи, чтобы они помещались в корпус электромашины.
Прокачка машинки на пульте
Давно ничего не писал, — зачесались руки)) Уверен, кому-то это пригодится=)
Решил выложить пост, о небольшой прокачки детской машинки на пульте управления.
Суть поста вкратце: заряжаемые аккумуляторы вместо батареек.
Дальше много букв и фоток))
Часто, мой мелкий просит, чтобы я поиграл с ним (машинками). Так довелось, что с самого раннего возраста, а именно с 6-7 месяцев он полюбил машинки. Сейчас уже ему перевалило за 3 годика, но интерес к машинам стал еще больше. В 2 годика начал учить его говорить марку автомобиля по эмблеме. Выучил довольно не плохо, теперь ходит по улице мимо машин и называет марку)) Когда ему исполнился годик, я купил ему 2 машинки на пульте управления (сначала лексус is250, затем гелик. обе одной серии). Машинки до безобразия простые, 4 кнопки управления — вперед-назад, повороты влево-вправо.
Трех батареек АА нам обычно хватает на 2-3 дня. Спустя 1-2 часа прилично падает мощность и весь драйв машинки пропадает. Поэтому решил переделать питание от аккумуляторов. Плюсов от этого не мало. Постоянная мощность, может долго ездить на одной зарядке, не нужно платить больше))
Опишу в деталях, что было сделано.
Сначала я разобрал гелик, чтобы посмотреть что у него внутри. В машинке оказалось достаточно просторно. Внутри легко можно было разместить 3-4 аккума 18650, но я решил что двух 18650 емкостью 3200 мАч будет достаточно. Суммарно от двух аккумов выходит 6400 мАч (не во всех ноутах есть такая емкость).
Наша машинка работает от трех АА пальчиковых батареек, соединенных последовательно, что дает в сумме 4,5В. Следовательно, понадобится аккум на 3,7В, это достаточно, чтобы машинка бодро ездила.
Немного погуглив, нашел цены и нужную емкость. Остановился на Panasonic NCR18650BE.
Заказал на алиэкспрессе, т.к. цена одной батарейки у нас почти в два раза дороже.
Чуть позже выяснилось, что они без защиты от разряда. Это нам не подходит, т.к. "голова" машинки не знает что такое зарядка. Поискав немного, нашел точно такой же аккум с защитой, стоили чуть дороже, но было уже поздно, батарейки были уже в пути.
Начал искать на алиэкспрессе контроллер защиты от разряда. Нашел, заказал. Позже выяснилось, что нужно еще защита от перезаряда)) Снова лезу на али, ищу двойную защиту и нахожу!))
Суть в том, что литий-ионные аккумы нельзя разряжать меньше 2,5-2,7В и заряжать больше чем 4,2В. Их структура быстро разрушается и они быстро выходят из строя. Мобильные аккумы работают по такому же принципу. Обычно защита встроена в аккум.
Чтобы в будущем не иметь проблем с отсоединением проводов, я припаял к контроллеру питания двухпиновые JST коннекторы.
Это нужно, чтобы легко можно было отсоединить аккумы от корпуса. Проверил работу контроллера, заряжает!)) Сделал отверстие для миниUSB и посадил контроллер питания на термоклей. Оба аккума спаял последовательно проводами, предварительно обработав места пайки активной кислотой(флюс). В итоге получаем двойную емкость на 6400 мАч.
Изначально планировал поездки по улицам, поэтому, внутри проклеил (секнудным клеем) все отверстия фольгой, чтобы мусор не попадал в машинку.
Аккумы приклеил термоклеем к кузову, но они быстро отвалились. Пришлось секундным клеем с содой проклеть еще и края. Проверенно, держится железно! Падал со стула и дивана))
Минус такого решения в том, что наезд на любое мелкое препятствие любым колесом — машинку опрокидывает на бок. Аккумы на крыше все же делают свое дело. Думаю позже контроллер машинки переместить на место батареек в самый низ, а аккумы на место контроллера, тогда машинка будет устойчивее.
Немного фоток рабочего процесса:
P.S.
Есть еще один вариант подключения аккумов. Я тогда в них еще не разбирался, поэтому заказал 18650, на фото они выглядели такими же, как и пальчиковые АА.
Понадобятся 3 аккума NCR 18500, но нужно брать без защиты. С защитой они будут чуть длинее и не залезут в штатное место без напильника. Затем остается перепаять лоток батареек для параллельного соединения. Иначе на выходе получите 11.1В и сгоревший контроллер машинки))
Кому нужно больше мощности на заднем приводе, можно купить специальный бустер DC DC, который из 3,7 вольт на выходе отдаст 5В. Машинка станет более резвой. Но есть в этом и минусы. Думаю, будет быстро греться, могут часто выходить из строя моторчики, возможно и контроллер быстрее "приедет", аккум будет немного быстрее разряжаться. Можно конечно настроить и под 4,2-4,5В, но понадобится специальный DC DC, который можно настроить на вольтаж от 3,7В до 12В (спец. крутилка, а мультиметром замер напряжения на выходе).
UPD. 20.05.2016
Спустя 9 месяцев машинка перестала ехать вперед. Задний ход работал. Думал моторчик "приехал", но нет. Замена моторчика не помогла. Благо у меня был лексус из той же серии. Выпаял все провода, и подсоединил к гелику. Машинка заработала. Теперь у гелика третья жизнь!)))
Заодно переместил контролер в отсек батареек, отрезал родные места крепления и припаял их к днищу, на них уже прикрутил сам контролер.
Сделал это из-за того что аккумы были приклеены к крыше, изза этого центр тяжести был нарушен. Машинка переворачивалась набок при повороте наехав на небольшой камушек.
Последовательное и параллельное подключение аккумуляторных батарей
Аккумуляторные элементы не так часто используют по отдельности. Чаще всего их так или иначе соединяют между собой, чтобы получить новые характеристики источника питания.
Что дает соединение аккумуляторов
Вследствие законов химии и физики, одна аккумуляторная ячейка не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питанию потребителей. Обойти эту проблему можно путем параллельного или последовательного соединения АКБ.
Увеличение напряжения
Единичная аккумуляторная банка выдает напряжение, определяемое электрохимическими реакциями, проходящими внутри нее при заряде или разряде. Для наиболее распространенных типов выходной уровень при полной зарядке составляет:
- 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 запитываемой сети. Так, для нормальной работы мотоциклов требуется не менее 6 вольт, а для автомобилей – 12 вольт, а бывает 24 вольта. Единичный элемент выдать такое напряжение не может, поэтому для увеличения выходного уровня ячейки соединяют последовательно .
Увеличение емкости
Если не учитывать воздействие внешних факторов (температуру и т.п.), то емкость одной ячейки определяется:
- удельной емкостью (зависит от технологии изготовления);
- размерами АКБ.
Зачастую удобнее необходимую емкость получать не от одной банки больших габаритов, а от нескольких меньших по весу и размерам элементов. Например, целесообразно применять банки стандартных типоразмеров. Для этой цели их надо соединить параллельно. При этом их емкость складывается.
Схемы подключения
При разных типах подключения клеммы банок соединяют друг с другом разными способами.
Последовательное
При последовательном подключении аккумуляторы соединяются в цепочку разноименными выводами. Плюсовая клемма одной банки соединяется с минусом другой, минусовая клемма – с плюсом третьей. Так можно соединить любое количество элементов, чтобы получить необходимое напряжение, которое снимается со свободных клемм крайних звеньев. Емкость цепочки будет равна емкости одной банки.
Параллельное
При параллельном подключении между собой соединяются положительные выводы всех элементов и все отрицательные. Питание снимается с плюсовой и с минусовой шины в удобном месте. Напряжение сборки будет равно напряжению одной банки (поэтому надо применять однотипные ячейки с равным выходным напряжением), а емкость – сумме всех емкостей.
Комбинированное
В тех случаях, когда надо увеличить одновременно емкость, и напряжение, применяют смешанное (комбинированное) включение элементов. Сначала делают параллельную сборку для достижения необходимой емкости. Потом эти сборки подключают последовательно для получения необходимого напряжения аккумуляторной батареи.
Пример соединение АКБ 18650
Примером параллельного и последовательного соединения аккумуляторов типоразмера 18650 может служить подключение элементов в батарее ноутбука. Выходное напряжение одного литий-ионного аккумулятора составляет 3,7 вольта, что недостаточно для питания многих потребителей компьютера. Наибольшая емкость одного Li-Ion элемента в формате 18650, достижимая в рамках современных технологий, составляет 4500 мА*Ч (к маркировке в 15000 мА*ч или даже 30000 мА*Ч, наносимой на элементы, выпущенные неизвестными производителями из Юго-Восточной Азии, серьезно относиться нельзя).
Для увеличения времени автономной работы лэптопа путем повышения емкости АКБ, одновременно применяют параллельное включение банок. В результате в пределах разумных массогабаритных показателей достигается оптимальное значение напряжения и емкости.
Как коммутировать обычные батарейки
Разница между перезаряжаемыми аккумуляторами и обычными гальваническими элементами в том, что электрохимические процессы в батарейках идут только в одном направлении. После исчерпания энергии снова зарядить такой источник электроэнергии не получится. Поэтому соединять гальванические элементы параллельно не имеет особого смысла – после подключения начнутся переходные процессы, связанные с неодинаковым уровнем заряженности батареек. Большая часть запасенной энергии может уйти на уравнивание заряда. Если запас энергии аккумулятора впоследствии можно восстановить, то гальванический элемент прослужит лишь до окончания остатка заряда.
Сведения о том, что при параллельном подключении гальванических элементов может случиться перегрев с возгоранием, являются не более чем интернет-страшилками. У одноразовых источников не хватит для этого мощности.
Каким кабелем соединять АКБ
Сечение и материал соединяющих проводников выбирается исходя из тока нагрузки будущей сборки. Чем выше ток, тем больше должно быть сечение. Особенно это касается аккумуляторов, от которых требуется большая токоотдача (в электроинструменте и т.п.) – проводники небольшого сечения будут не только перегреваться, но и ограничивать максимальный ток.
Для большинства случаев соединения аккумуляторов 18650 можно применить стандартные никелевые шинки – при достаточном сечении они не увеличивают заметно габариты сборки. Крепить их можно пайкой или точечной сваркой. Также шинками, только большей толщины, иногда соединяют ячейки стартерных кислотно-свинцовых аккумуляторов.
Если требования к токоотдаче невелики и разрядный ток также мал, вполне можно обойтись держателями аккумуляторов с пружинными контактами. В этом случае намного облегчается монтаж или демонтаж элементов.
Обязательно ли применять контроллер
Контроллер обязателен к применению с аккумуляторами , которые особенно боятся перезаряда, глубокого разряда и перегрева. К этой категории относятся литий-ионные и литий-полимерные батареи. Для последовательно соединенных ячеек или сборок обязательно также применение балансиров (BMS). Аккумуляторы имеют разброс по емкости, поэтому некоторые банки зарядятся (или разрядятся) раньше других, для них продолжение процесса будет опасным. Балансир отключит эти элементы, дав зарядиться остальным.
От глубокого разряда, вызванного саморазрядом при длительном хранении, контроллер (и балансир) не спасут. Но склонность Li-Ion и Li-Po батарей к саморазряду низка, поэтому у таких батарей во время бездействия достаточно периодически проверять напряжение. При необходимости их надо подзаряжать.
Частые вопросы
Принципиального запрета на составление батареи из банок с разной емкостью нет, работать такая АКБ будет. Но надо иметь в виду, что при любом соединении такое звено исчерпает свой запас энергии первым. При параллельном соединении он через некоторое время вместо источника тока станет нагрузкой и будет разряжать остальные банки.
При последовательном соединении отстающий аккумулятор снизит емкость АКБ до своего уровня, поэтому время работы всей батареи уменьшится. Также при этом снизится токоотдача. Кроме того, при заряде такая банка зарядится раньше других, пока остальные еще будут добирать энергию. А зарядный ток через нее будет продолжать идти, поэтому легко выйти на режим перезаряда. Особенно такой ситуации боятся батарейки на основе лития, поэтому их в любом случае заряжают под управлением контроллера. Схема управления отключит ячейку, зарядившуюся раньше всех.
Для наглядности видео о соединение аккумуляторов с разной емкостью.
Надо понимать, что банок с абсолютно одинаковой емкостью не существует. Даже у аккумуляторов с равным номиналом всегда присутствует разброс, связанный с различием технологического процесса у разных производителей а также с износом банок. Чем этот разброс больше, тем более выражены описанные явления. Поэтому для изготовления сборок оптимально применять однотипные ячейки одного изготовителя, а если получится – то из одной серии. Также очень желательно, чтобы аккумуляторы, составляющие батарею, имели примерно одно и то же техническое состояние. Считается нормальным, если сборку составляют звенья, емкость которых отличается друг от друга в пределах 5%
Желательно составлять сборки из полностью заряженных элементов (как более сложный вариант – из заряженных до равного уровня). При параллельном подключении разнозаряженных аккумуляторов в батарее начнется процесс выравнивания – более заряженные банки будут отдавать энергию менее заряженным, подобно соединенным сосудам с разным уровнем жидкости. Это перераспределение продолжается до нескольких часов. Если зарядить батарею до истечения выравнивания, то ее емкость будет использоваться не полностью – до первого пополнения энергии с полностью выровненными зарядами.
Надо понимать, что полностью идентично зарядить банки не получится из-за разницы в характеристиках. Поэтому правильно будет после составления батареи выдержать ее несколько часов, и только после этого дозарядить.
Если из разнозаряженных банок составить последовательную батарею, там будут происходить похожие процессы, только медленнее и только во время работы, ведь без нагрузки ток в цепи не пойдет. Возможно, потребуется несколько циклов зарядки, чтобы уравнять уровни энергии в каждой ячейке. Поэтому в этом случае желательно внимательнее отнестись к подбору элементов с близкими параметрами, а перед соединением зарядить их до полного.