Виды аккумуляторов соединение аккумуляторов в батарею

Содержание

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Виды аккумуляторов соединение аккумуляторов в батарею

> Теория > Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Каждая ячейка батареи имеет определенную структуру, что влияет на ее напряжение и емкость, которые постоянны. Для того чтобы изменить параметры батареи, применяются схемы последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Большинство химических источников питания поддаются таким видам подключений.

Последовательное соединение

Если требуется увеличить напряжение батареи, надо подключить аккумуляторы последовательно, то есть объединить «плюс» каждого элемента с «минусом» другого. При последовательном соединении не оказывается влияния на емкость, а только на напряжение подключённой батареи. Например, два аккумулятора с напряжением 6 В и емкостью 7,2 Ач создадут одну батарею 12 В с той же емкостной величиной.

Важно! Последовательное подключение батарей позволяет генерировать более высокие общие напряжения. Недостатком такой конструкции является то, что самый слабый элемент батареи влияет на производительность серии. Неисправный аккумулятор приведет к сбою всей линии.

Вероятность отказа возрастает с количеством подключаемых элементов. Если одна из ячеек выходит из строя, это приводит к низкому напряжению.

Объединять в последовательную цепь можно аккумуляторы, имеющие идентичную емкость, так как они должны разряжаться синхронно во избежание глубокого разряда более слабых элементов.

Аккумуляторы, соединенные последовательно

Необходимо соблюдать определенные условия при заряде последовательно подключенных батарей:

  • идентичная емкость;
  • один уровень разряда;
  • общая конструкция.

Если аккумуляторы сильно различаются по названным параметрам, это может привести к  превышению предельного тока и напряжения заряда на отдельных элементах, что вызовет их повреждение.

Параллельное соединение

Последовательное соединение конденсаторов

Если автомобилю требуется больше пусковой мощности, чем может обеспечить батарея, соединяются несколько аккумуляторов параллельно.

Схема параллельного соединения аккумуляторов

По практическим соображениям (в основном, вес и размер корпуса) АКБ имеют ограниченную емкость. 12-вольтовые аккумуляторы производятся емкостью до нескольких сотен Ач. Хорошая батарея на 200 Ач весит 60-70 кг. Из-за этого главным образом используются аккумуляторы до 250 Ач. Однако очень часто потребности превышают данную емкость. В таких случаях можно применить параллельное соединение аккумуляторов. Благодаря этому решению, блоки с батарейками не имеют ограничения по пропускной способности, и в то же время их сборка, разборка, перемещение возможны без грузоподъемного оборудования.

Например, чтобы получить емкость 400 Ач и 12 В, надо соединить следующие аккумуляторы:

  • две батареи 200 Ач (2 х 200 Ач = 400 Ач);
  • пять батарей 80 Ач (5 х 80 Ач = 400 Ач);
  • две батареи 100 Ач и одна 200 Ач (2 х 100 Ач + 200 Ач = 400 Ач).

Аналогично любые другие комбинации.

Емкость созданного таким образом набора равна сумме емкостей отдельных аккумуляторов. При этом надо соединить одноименные полюса батарей.

Подключение аккумулятора

Как подключить аккумулятор к нагрузке, зависит от числа элементов и нагрузочного тока:

  1. При небольшом количестве аккумуляторов и нагрузке или зарядке с малым током различия в отдаче энергии отдельных элементов будут незначительны. Можно подключать нагрузку и зарядку к первой батарее;
  2. Способ подсоединения, когда «минус» к нагрузке и зарядке подсоединяется от первой батареи, а «плюс» – от последней, рекомендуется для балансировки аккумуляторов под нагрузкой во время зарядки с высоким током или, когда в параллель подключается много элементов. Это позволяет оптимизировать распределение напряжения.

Предпочтительное подключение параллельно соединенных элементов

Важно! Второй способ подключения аккумулятора подходит для всех случаев.

Принципы параллельного подключения

Наилучшие результаты можно получить, объединив аккумуляторы с одинаковыми параметрами:

  • емкость;
  • степень износа;
  • внутреннее сопротивление.

Хотя требования к аналогичности параметров в данном случае намного ниже, чем, когда используется последовательное соединение аккумуляторов. Основным условием является идентичное номинальное напряжение. Но можно комбинировать:

  • батареи различной емкости;
  • аккумуляторы разных производителей;
  • даже значительно отличающиеся по степени износа.

Важно! В случае параллельного подключения нельзя использовать поврежденные батареи с низким внутренним сопротивлением. Применение поврежденных или сильно изношенных аккумуляторов экономически необоснованно – они потребляют энергию оставшихся элементов, что снижает доступную мощность всего комплекта.

Проверка подключения

Перед сборкой нескольких аккумуляторов следует проверить каждую батарею отдельно. Это позволит избежать потерь и даже выхода из строя элементов.

  1. Использование батареи с очень низкой емкостью не опасно, но не имеет смысла, так как не способно увеличивать мощность, однако возрастет риск будущих проблем;
  2. Если оставить комбинацию параллельных батарей подключенной, при одной из них с низким током короткого замыкания и потребляющей много энергии, то сохранение этого состояния в течение длительного времени приведет к разрядке других батарей и ограничению эффективности;
  3. Аккумулятор с небольшим током короткого замыкания, но имеющий значительную емкость может быть полезен, только если энергия потребляется в течение короткого времени после окончания зарядки. Такой комплект требует постоянного контроля, поскольку сопротивление нагрузки может упасть до опасного уровня;
  4. Проверенные батареи следует заряжать так, чтобы их напряжение было одинаковым. Параллельное соединение заряженных и разряженных аккумуляторов приводит к внезапному сильному току. Заряженный элемент будет быстро разряжаться, а разряженный еще быстрее. Масштаб этого явления зависит от разности напряжений и мощностей.
Читайте также  Как посчитать последовательное соединение конденсаторов?

Например, для аккумулятора 200 Ач не будет опасным подключение второго на 7 Ач, независимо от уровня разряда. В то же время с разностью напряжения во время подключения небольшая батарея будет испытывать значительную потерю мощности, что может довести вплоть до повреждения ее корпуса.

Советы по подключению

Подсоединять аккумулятор к машине при использовании различных схем соединения надо с соблюдением следующих правил:

  1. Использовать батареи того же производителя, по типу, сроку эксплуатации;
  2. Так как при параллельном соединении можно увеличить потребляемый ток, надо убедиться, что поперечное сечение кабелей достаточно, чтобы его выдержать;
  3. Перед установкой необходимо зачистить все контакты и использовать только надежные зажимы;
  4. Регулярно проверять соединения.

Советы по установке аккумулятора

  1. Проверить правильное закрепление аккумулятора в машине, чтобы предотвратить его смещения и удары;
  2. Аксессуары с высокой потребляемой мощностью надо подсоединять только к верхним клеммам, не используя для этого боковые зажимы;
  3. Заменить кабели и соединения, подвергшиеся коррозии или механическим повреждениям;
  4. Не поднимать и не перемещать батареи, пользуясь их выходными зажимами.

Параллельное соединение резисторов

Комбинация последовательного и параллельного соединения

Комбинация последовательного и параллельного соединения аккумуляторов обеспечивает большую гибкость в форме батареи. Требуемое напряжение и мощность становятся возможными с использованием стандартных ячеек. Высоковольтные батареи требуют тщательного сочленения, особенно при тяжелых нагрузках или при работе в условиях низких температур.

Параллельное соединение резисторов

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/posledovatelnoe-parallelnoe-soedinenie-akkumulyatorov.html

Аккумуляторные батареи. Виды и устройство. Применение

Виды аккумуляторов соединение аккумуляторов в батарею

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Устройство

1 — Отрицательный электрод 2 — Разделительный слой 3 — Положительные электроды 4 — Отрицательный контакт 5 — Предохранительный клапан 6 — Положительные электроды

7 — Положительный контакт

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

  • LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
  • VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
  • AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
  • GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
  • OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
  • OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.
Читайте также  Параллельное соединение мощных составных транзисторов

 Литий-ионные аккумуляторы

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные аккумуляторные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерные аккумуляторные батареи. Они появились сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/akkumuliatornye-batarei/

Виды аккумуляторов соединение аккумуляторов в батарею

Виды аккумуляторов соединение аккумуляторов в батарею

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Виды аккумуляторов

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Этот аккумулятор выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчив к низким температурам и у него большой допустимый ток разряда. Одними из основных его достоинств является низкая цена и большой срок службы. Недостатки указанного вида в том, что он быстро саморазряжается и имеет низкую плотность энергии.

Основным недостатком такого оборудования является «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи. Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство. Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку. Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными. Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)

Такой аккумулятор чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах он уже используюется редко, так как вытесняется более прогрессивным типом батарей. Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства, основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими. Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры. Так как такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя. Если нарушается герметичность также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Принцип работы

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения. Для ее измерения обычно используются Ач.

Области применения

Аккумулятор используется в различных отраслях и имеет широкое применение. Аккумуляторные батареи применяют для освещения вагонов, питания различной апертуры на автомобилях, в мобильных телефонах, в бытовой технике и электронике.

Для того чтобы обезопасить компьютер и имеющуюся информацию при внезапном исчезновении питания, используются ИБП. Основным его элементом является АКБ. Первоначальный запуск любого автомобиля не возможет без заряженной аккумуляторной батареи.

Как выбрать аккумулятор

Рассмотрим особенности выбора АКБ для мобильного телефона. Сначала надо разобраться, какая батарея установлена в вашем телефоне, так как она может быть съемной или несъемной.

Если ее можно снять, то открывают заднюю крышку телефона и внимательно изучают характеристики батареи:

  • Емкость.
  • Модель.
  • Напряжение.

При наличии и несъемной АКБ, ее данные можно узнать из паспорта телефона или на сайте производителя. Современный рынок предлагает оригинальные аккумуляторы, аналогичные и «ноунейм». На последний вариант лучше вообще не обращать внимания, так как такая батарея может не только вывести из строя телефон, а даже взорваться.

Читайте также  Соединение кабеля в опоре освещения

Между собой оригинальные и аналоговые изделия практически ничем не отличаются по своим характеристикам, но оригинальные батареи будут намного дороже. Учтите, что некоторые производители не делают оригинальные запчасти, поэтому в таком случае придется приобретать аналогичный источник питания.

Аккумулятор для автомобиля

В этом случае надо обращать внимание на такие характеристики как емкость, пусковой ток и габариты изделия. Важно, чтобы емкость и величина пускового тока не очень отличались от той аккумуляторной батареи, что была установлена на заводе-производителе, так как генератор и другое оборудование рассчитаны на определенные их значения.

Кроме описанных характеристик, обращают внимание на наличие дополнительных элементов: ручка для удобной транспортировки, защита клемм, наличие встроенного индикатора заряда.

Достоинства и недостатки

Рассмотрим, какие есть преимущества и недостатки у разных типов батарей.

Преимущества NiCd устройств:

  • Быстрая зарядка, можно использовать ток, который равен и даже превышает емкость батареи, злоупотреблять часто большим зарядным током нельзя и если требуется быстрый заряд, то используют устройства, определяющие полный заряд батареи, после чего они должны отключаться.
  • Могут давать в нагрузку ток большого значения.
  • Если соблюдаются правила эксплуатации, то срок службы будет большим.
  • Возможность восстановления при понижении емкости.
  • Доступная стоимость.

Недостатки будут такие:

  • Наличие «эффекта памяти».
  • Высокий уровень саморазряда.
  • Большой вес и размеры.
  • Требуется специальная утилизация из-за наличия кадмия.

Особенности NiMh батарей:

  • Больше плотность электроэнергии, поэтому они имеют меньший вес и размеры.
  • Срок службы зависит от глубины разряда, чтобы батарея дольше служила, лучше ее эксплуатировать не с полным, а с поверхностным разрядом.
  • Зарядка не может проводиться так быстро, как в предыдущем варианте.
  • «Эффект памяти» выражен намного меньше.
  • У них небольшое количество рабочих циклов.
  • Высокий саморазряд, который достигает 30% в месяц.

LiIon батареи имеют следующие достоинства:

  • Небольшой вес и размеры, достигается это за счет высокой плотности электроэнергии.
  • Незначительный саморазряд.
  • На протяжении всего срока службы не требуют никакого обслуживания.

Недостатки таких АКБ следующие:

  • Высокая цена.
  • Хранить такие батареи надо только заряженными.
  • Даже если они не используются, происходит процесс старения, уже через два года, если ими не пользоваться, они обычно выходят из строя.

LiPol устройства являются самыми современными, но пока массово они не применяются, поэтому объективно оценить их преимущества и недостатки пока нельзя.

Если сравнивать их с другими типами, то в таких устройствах меньше рабочих циклов, и они рассчитаны на небольшой ток нагрузки. Технология их изготовления позволяет создавать тонкие и пластичные геометрические формы, что нехарактерно для других типов батарей. Как и у всего нового, стоимость таких батарей пока высокая.

Сейчас в электронных устройствах в основном используются NiMh и LiIon аккумуляторы. У первых будет больше срок службы при умеренных нагрузках и ниже стоимость, у вторых простое обслуживание и большой срок службы при интенсивных нагрузках. Никель-кадмиевые устройства уже практически не используются, а литий-полимерные только завоевывают рынок.

Аккумуляторы для радиоуправляемых моделей

Аккумулятор — необходимая часть любой радиоуправляемой модели, даже если она оборудована двигателем внутреннего сгорания. От аккумулятора питается вся бортовая электроника автомодели, а в электрических моделях они также являются основным источником энергии для движения и от их характеристик зависит очень многое.

Характеристики аккумуляторов

Ёмкость — количество запасаемой аккумулятором энергии, изменяется в миллиампер-часах (mAh). Может варьироваться в пределах от 150mAh (для микро-моделей) до 10000mAh (для силовых аккумуляторов больших моделей).

Напряжение элемента зависит от типа аккумулятора. Обычно используются аккумуляторные батареи, состоящие из 2-6 соединенных элементов.

Напряжение батареи зависит от количества и способа соединения её элементов.

Токоотдача — способность аккумулятора отдавать ток определённой величины. Измеряется в значениях ёмкости. Например, аккумулятор с ёмкостью 1000mAh и токоотдачей 5C может отдать максимальный ток 1000×5 = 5000 mA (5 ампер).

Внутреннее сопротивление определяет максимальную токоотдачу батареи. Чем меньше внутреннее сопротивление, тем выше токоотдача.

Типы аккумуляторов

В радиоуправляемых моделях могут использоваться несколько разных типов аккумуляторов, характеристики которых существенно отличаются. Практически каждый из типов обладает своими достоинствами и недостатками, а также особыми правилами обращения.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Один из самых старых, сейчас уже почти не применяемых типов аккумуляторов. Элементы NiCd представляют собой цилиндры различных размеров, именуемые «банками», в том числе AA, AAA. Самыми ходовыми для создания батарей является размер Sub-C (толще и короче размера AA).

Считаются одними из самых неприхотливых, обладают большим сроком службы (порядка 1000 циклов заряд-разряд), единственный вид аккумуляторов, которые могут храниться разряженными. Обладают одним из самых низких соотношений емкости к массе (порядка 45-65 Вт·ч/кг). Могут работать при низких температурах.

Обладают выраженным «эффектом памяти»: если аккумулятор начать заряжать до того, как он полностью разрядился, то в следующий раз он сможет разрядится только до этого же уровня, фактически потеряв часть своей ёмкости. Номинальное напряжение 1.2 В, рабочее напряжение от 1 до 1.35 В (1% и 100% ёмкости) на элемент.

Источник: https://1000eletric.com/vidy-akkumulyatorov-soedinenie-akkumulyatorov-v-batareyu/