Можно ли использовать аккумуляторы разных типов

Äëÿ ýêñòðåìàëîâ çàìå÷ó, ÷òî ïàðàëëåëüíîå ñîåäèíåíèå àêêóìóëÿòîðîâ è áàòàðååê, â îñîáåííîñòè äåø¸âûõ ñîëåâûõ, ìîæåò ïðèâîäèòü ê âûòåêàíèþ ýëåêòðîëèòà èç ïîñëåäíèõ.
Çíàåòå, ðàçðÿæåííûå ñîëåâûå áàòàðåéêè ïðîòåêàþò è ñàìè ïî ñåáå. Îñîáåííî äåøåâûå, ãäå íà âíåøíåì êîðïóñå âîêðóã öèíêîâîãî ñòàêàíà ñýêîíîìèëè. À àêêóìóëÿòîðû ïîäðàçóìåâàþò îòíîñèòåëüíóþ ãåðìåòè÷íîñòü êîíñòðóêöèè è íåäåñòðóêòèâíûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ â ïðîöåññå öèêëèðîâàíèÿ, òàê ÷òî èì ïàðàëëåëüíîå âêëþ÷åíèå íå ïðîáëåìà, åñëè õèìèÿ îäèíàêîâàÿ. Äðóãîå äåëî ÷òî ïðè çàðÿäå íàäî åùå ñìîòðåòü íà êðèòåðèè îêîí÷àíèÿ çàðÿäà, ìîãó ïðåäïîëîæèòü ÷òî NiMH ïîéìàåò delta-V íåñèíõðîííî, îíî îêàæåòñÿ ñìàçàíî, òàê ÷òî ó çàðÿäíèêà áóäåò åùå ìåíüøå øàíñîâ åãî äåòåêòèðîâàòü ÷åì îáû÷íî. À äëÿ ëèòèÿ òîê îêîí÷àíèÿ çàðÿäà ïî èäåå ðàâåí ñóììå òîêîâ îêîí÷àíèÿ çàðÿäà îòäåëüíûõ áàíîê.

alexey_public
Íî âîò ÊÏÄ çàðÿäêè?
À ÷òî ÊÏÄ? Äà, çàðÿä íå 100% êïä, íî — äîñòàòî÷íî õîðîøèé (ó ëèòèÿ êàê ïðàâèëî ÊÏÄ ïðîöåññà çà 90% çàøêàëèâàåò, ñóäÿ ïî ñîîòíîøåíèÿì âêà÷àíîãî è ïîëó÷åííîãî îáðàòíî). Ïðè ñáîðêå ïàðàëëåëüíîé ñåêöèè ìíîãî òå÷ü âîîáùå íå äîëæíî — ÷òîáû íå íàðâàòüñÿ íà ïðåâûøåíèå äîïóñòèìûõ òîêîâ çàðÿäà èëè ðàçðÿäà. Íåáîëüøàÿ ïîòåðÿ íåáîëüøîé âåëè÷èíû — íå ñòðàøíî. Êðîìå òîãî åñëè ÊÏÄ çàðÿäà ïëîõîé, â ïðîöåññå çàðÿäà àêêóìóëÿòîð ïðåâðàòèòñÿ â ïå÷êó, ò.ê. ýíåðãèÿ îò çàðÿäíèêà èäåò íà âñåãî 2 âåùè: â òðàíñôîðìàöèþ ïðîäóêòîâ ðåàêöèè è òåïëî. Òàê ÷òî èëè ÊÏÄ õîðîøèé, èëè ïðè çàðÿäå àêêóì ëþòî ãðååòñÿ.

Òåïåðü ãðóçèì îáå áàòàðåè, áàòàðåÿ ñ áîëüøèì âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì íà÷íåò áûñòðî òåðÿòü íàïðÿæåíèå, çíà÷èò âñÿ íàãðóçêà ëÿæåò íà äðóãóþ, îáùåå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå óïàäåò ïîä íàãðóçêîé (åñëè îíà çàìåòíàÿ), íî ðàçðÿæàòüñÿ áóäåò òà, êîòîðàÿ ñìîæåò îòäàòü áîëüøèé òîê.
Ðàçðÿæàòüñÿ áóäóò â ðåçóëüòàòå ÎÁÅ. Ïðîöåññ áóäåò ñàìîáàëàíñèðîâàòüñÿ: åñëè íåêàÿ áàíêà âûñàäèëàñü ñèëüíåå, ó íåå óïàäåò íàïðÿæåíèå ïî õèìè÷åñêèì ïðè÷èíàì — îòäàâàåìûé áàíêîé òîê ñîêðàòèòñÿ, ïðåäîñòàâèâ ðàçðÿæàòüñÿ ñèëüíåå äðóãèì ýëåìåíòàì, ñêîñòèâ ÷àñòü íàãðóçêè ñ ýòîãî ýëåìåíòà. Ò.ê. êîíòàêòû çàìêíóòû ïðîâîäîì — íèêóäà îíè íå äåíóòñÿ îò ýòîãî ôàêòà. Åäèíñòâåííûé ñëó÷àé êîãäà òàêèå ýôôåêòû ìîãóò ñòàòü ïðîáëåìîé — åñëè âû õîòèòå ñíèìàòü ñ ïàðàëëåëüíîé ñåêöèè òîê ïîðÿäêà ñóììû ìàêñèìàëüíûõ òîêîâ áàíîê. Âîò òóò óæå íàäî ñäåëèòü ÷òîáû äëÿ îòäåëüíîé áàíêè òîê íå ïåðåâàëèë çà äîïóñòèìûé â êàêîé-òî èç ìîìåíòîâ.

À âîò ñàìîå èíòåðåñíîå áóäåò ïîñëå ñíÿòèÿ íàãðóçêè, íàïðÿæåíèå áîëåå ðàçðÿæåííîé áóäåò ñ áîëüøîé âåðîÿòíîñòüþ çàìåòíî îòëè÷àòüñÿ îò íàïðÿæåíèÿ ìåíåå ðàçðÿæåííîé.
À êàê ïîëó÷àåòñÿ ðàçíîå íàïðÿæåíèå, åñëè áàíêè áûëè ñîåäèíåíû êóñêîì ïðîâîäà? Èëè âû èìååòå â âèäó ñëó÷àé êîãäà ó áàíêè íàñòîëüêî çäîðîâåííîå âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå, ÷òî íà íåì îñåäàåò ñóùåñòâåííûé ïðîöåíò íàïðÿæåíèÿ öåïè?  ýòîì ñëó÷àå áàíêà âîîáùå â ìóñîð ïðîñèòñÿ ïî ñîîáðàæåíèÿì ÊÏÄ ïðîöåññà åå çàðÿäà/ðàçðÿäà è íàãðåâà â ýòèõ ïðîöåññàõ. Åñëè áàíêà òåðÿåò ñóùåñòâåííûé ïðîöåíò íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè, îíà òåðÿåò ñóùåñòâåííóþ ÷àñòü çàðÿäà â òåïëî è ñìûñë åå èñïîëüçîâàíèÿ íå ïîíÿòåí.

È âîò òîãäà ìû ïîëó÷èì öèêë ïîâòîðíî — ÷àñòü çàðÿäà ñíîâà íà÷íåò ïåðåòåêàòü èç îäíîé áàòàðåè â äðóãóþ ñ çàìåòíûìè ïîòåðÿìè.
Ïðè ñêîëü-íèáóäü ðàçóìíîì ñîîòíîøåíèè ðàçðÿäíîãî òîêà ê âíóòðåííåìó ñîïðîòèâëåíèþ áàíîê ýòîò ïðîöåññ äîëæåí áûòü íåçíà÷èòåëüíûì. À åñëè ó áàíêè îãðîìíîå âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå, íà êîòîðîì ýòîò ôàêòîð ñóùåñòâåííåí — åé â ìóñîð ïîðà, ò.ê. âûñîêîå âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå ïðèâåäåò ê ïîòåðå çàìåòíîãî ïðîöåíòà ýíåðãèè ïðè ðàçðÿäå íà ñàìîíàãðåâ áàíêè, äëÿ íà÷àëà. Íåçàâèñèìî îò òîãî çàïàðàëëåëåíà ëè îíà ñ ÷åì-òî åùå. Èñïîëüçóÿ âûñîêîîìíóþ áàíêó íà âûñîêèõ òîêàõ âû â ëþáîì ñëó÷àå íàëåòàåòå íà ïëîõîé ÊÏÄ.

òîðàÿ áóäåò åé ñëåãêà ïîìîãàòü è ïûòàòüñÿ åå ïîäçàðÿäèòü, íî íå î÷åíü óñïåøíî.
 ðåàëüíîé ñèòóàöèè ñêîðåå íå «ïîäçàðÿäèòü» à «ñíèçèòü ñêîðîñòü ðàçðÿäà». Íåìíîãî çàðÿäà ìîæåò âêà÷àòüñÿ ïîñëå ñíÿòèÿ íàãðóçêè, èç-çà ðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè. Íî â íîðìàëüíîé ñèòóàöèè ýòî äîëæíî áûòü íåçíà÷èòåëüíûì ïðîöåññîì, åñëè äîïóñòèòü ÷òî îñíîâíàÿ ÷àñòü íàïðÿæåíèÿ â öåïè òðàòèòñÿ â íàãðóçêå, à íå íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè áàòàðåé (åñëè ýòî íå òàê — âàì íå ïîíðàâèòñÿ ÊÏÄ è íàãðåâ òàêîé áàíêè â ëþáîì ñëó÷àå).

Íî âîò êàêàÿ ýòî îáëàñòü……
Îáëàñòü ðàçóìíûõ ïðèìåíåíèé, ïðè êîòîðîé íà âíåøíåé íàãðóçêå òðàòèòñÿ îñíîâíàÿ ÷àñòü íàïðÿæåíèÿ, à íà âíóòðåííèõ ñîïðîòèâëåíèÿõ — íåçíà÷èòåëüíàÿ. Èíà÷å ìû âñÿêî çàëåòàåì íà ïëîõîé ÊÏÄ è íàãðåâ áàíîê. Äàæå åñëè õðåíîâàÿ áàíêà íè ñ ÷åì íå çàïàðàëëåëåíà — îíà õðåíîâàÿ . È êñòàòè çàïàðàëëåëèâàíèå ñíèæàåò ïðè ïðî÷èçõ ðàâíûõ òîê â ïåðåñ÷åòå íà áàíêó, òàê ÷òî ïðè äàííîì ñîïðîòèâëåíèè áàíêè è òîêå ðàçðÿäà âû ïîëó÷èòå çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ òîêà áîëüøå ýíåðãèè (ìåíüøå ðàññååòñÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè è áîëüøå îòïðàâèòñÿ â íàãðóçêó). Ýòîò ýôôåêò îòëè÷íî âèäíî íà õàðàêòåðèñòèêàõ ðàçðÿäà óìíûì çàðÿäíèêîì ñ ðàçíûìè òîêàìè ðàçðÿäà…

ïðè òîì ÷òî íîðìàëüíî ðàçðÿæàë è çàðÿæàë,
Ñì. âûøå ïðî ðàçðóøåíèå ñåïàðàòîðà. Îí îò ñàìîãî ôàêòà öèêëèðîâàíèÿ ïîðòèòñÿ íàñêîëüêî ÿ çíàþ. Ó eneloop îí âèäèìî íàèáîëåå êà÷åñòâåííî ñäåëàí.

В этой статье мы расскажем, как правильно соединять аккумуляторы, объясним, чем отличаются разные типы соединений, и зачем вообще все это нужно.

Для чего соединять несколько аккумуляторов

Основные причины, по которым аккумуляторы объединяют в сборки, можно свести к следующим:

1. Уменьшить омические потери (или потери тепла при передаче электроэнергии) путем увеличения сопротивления системы. Сила тока и сопротивление обратно пропорциональны друг другу, а чем слабее ток, тем меньше потери.
2. Собрать батарею, подходящую для питания приборов с более высокими диапазонами напряжений.
3. Увеличить емкость аккумулятора.
4. Увеличить и мощность, и напряжение.

Одним словом, создают АКБ, которая подходит под конкретные нужды. Проще и удобнее комбинировать имеющиеся под рукой аккумуляторы, чем покупать десятки различных батарей. А в некоторых случаях это банально дешевле.

СПРАВКА. Электроэнергия, которая накапливается в АКБ, складывается из энергий составляющих элементов. Поэтому и при последовательном, и при параллельном, и при комбинированном соединении она будет одинаковой, если используются одни и те же элементы в одном и том же количестве.

Какие виды соединения существуют

Чаще всего используется последовательное и параллельное соединение аккумуляторов. Есть еще третий вид, комбинированный, или последовательно-параллельный.

Можно ли соединять АКБ разной емкости

Последовательно – нет. Дело в том, что от емкости зависит внутреннее сопротивление. Чем больше емкость, тем ниже сопротивление. В сборке образуется большая разница напряжения, и где-то оно может оказаться сильно выше предела, а где-то – намного ниже. При подключении зарядного устройства аккумулятор с меньшей емкостью зарядится быстрее и на нем будет избыток напряжения, что приведет к порче и потере емкости, в то время как аккумуляторы с большей емкостью так и не зарядятся до конца.

При подключении нагрузки произойдет обратная ситуация: маленький аккумулятор разрядится ниже допустимой границы (так называемый глубокий разряд), в результате потеряв часть своей емкости.

ВАЖНО! Нельзя соединять последовательно аккумуляторы разной емкости, разного типа, разной степени зарядки. Они должны быть максимально похожи, лучше – из одной партии.

На вопрос о том, можно ли параллельно соединять аккумуляторы разной емкости, ответ – да. Но осторожно. Убедитесь, что напряжение на их клеммах равно. Если оно будет сильно отличаться, это может вызвать короткое замыкание либо порчу меньшего аккумулятора. Еще стоит учитывать, что клеммы конкретного аккумулятора могут не выдержать слишком сильный ток в течение длительного времени. Смотрите технические характеристики перед сборкой.

Особенности последовательного соединения АКБ

Последовательное соединение АКБ – задача не такая уж сложная. К плюсу электрической схемы подсоединяем плюс первой батареи, к минусу первой батареи подключаем плюс второй, и так далее. Минус последней подключается к минусу электросхемы. Перед тем как последовательно соединить аккумуляторы, убедитесь в том, что они одинаковы по параметрам.

Формулы (U – напряжение, I – ток, C – емкость, E – электрическая энергия):

Uобщ = U1 + U2 + U3 + Ui

Iобщ = I1 = I2 = I3 = Ii

C = const

Eобщ = ∑ Ei

Схема

Схема последовательного соединения аккумуляторов

Емкость системы

Емкость АКБ при последовательном соединении будет равна емкости одного элемента, а напряжение элементов будет суммироваться. Например, на схеме показано, как подключить аккумуляторы последовательно. В таком случае напряжение батареи вырастет в 4 раза (12*4 = 48 В), а емкость останется равной 200 Ач.

Для чего используется

Разные устройства имеют различные диапазоны напряжений. В то же время, рабочее напряжение электроаккумуляторов варьируется от 0,5 до 48 В. Если нужен автономный источник энергии для приборов, электроприводной техники, стартеров автомобилей, для него создается повышенное рабочее напряжение. Делается это как раз с помощью последовательного соединения аккумуляторных батарей.

Самый простой пример такого соединения – карманный фанарик. Чем ниже напряжение в фонарике, тем более тускло горит лампочка. А наиболее часто такая система используется в автомобильных свинцово-кислотных АКБ. Отдельные элементы в них называются банками и объединены в общем корпусе свинцовыми шинами. В беспроводных инструментах и электровелосипедах используются литий-ионные аккумуляторы.

Особенности параллельного соединения АКБ

Как соединить два аккумулятора параллельно: плюс каждого элемента подсоединяют к плюсу последующего, а минус – к минусу.

Формулы (U – напряжение, I – ток, C – емкость, E – электрическая энергия):

Uобщ = U1 = U2 = U3 = Ui

Iобщ = I1 + I2 + I3 + Ii

C = const

Eобщ = ∑ Ei

Схема

Схема параллельного соединения аккумуляторов

Емкость системы

Параллельное подключение аккумуляторов позволяет увеличить емкость системы, не увеличивая напряжение. Например, при параллельном соединении трех идентичных аккумуляторов со схемы выше, напряжение батареи будет равно 12 В, а емкость увеличится до 600 Ач (200 Ач * 3).

Для чего используется

Чаще всего параллельное подключение АКБ используется в источниках аварийного или бесперебойного питания. Параллельное соединение аккумуляторов позволяет увеличить мощность, поэтому применяется также в тяжелой спецтехнике и в двигателях большегрузных автомобилей. Такой тип соединения распространен и на флоте: он обеспечивает работу аварийных систем связи и жизнеобеспечения, освещения и вспомогательных дизелей.

Особенности последовательно-параллельного соединения АКБ

При таком подходе последовательное подключение аккумуляторов проводят одновременно с параллельным. Существует два возможных варианта:

1. Сперва подготавливается требуемое напряжение путем последовательного подключения АКБ. Затем из нескольких таких сборок составляется система с необходимой электрической емкостью.
2. Сперва соединяют аккумуляторы параллельно для увеличения емкости, затем увеличивают напряжение, соединяя сборки последовательно.

Схема

Схема последовательного и паралельного соединения аккумуляторов

Емкость системы

В данном случае увеличивается и емкость, и напряжение. В примере на схеме подключили сперва по два аккумулятора последовательно, получив две сборки с емкостью 200 Ач и напряжением 24 В, а затем объединили готовые сборки параллельно. Таким образом, напряжение осталось 24 В, а емкость увеличилась до 400 Ач.

Для чего используется

Чаще всего используется для питания машин с электрическим приводом. Если говорить о литиевом аккумуляторе, то из них составляют акб для портативных компьютеров. 4 последовательных элемента по 3,6 В обеспечивают напряжение 14,4 В, а два параллельных – емкость 4800 мАч.

ВАЖНО! Правильно подбирайте провода для соединения аккумуляторов. Помните, что при увеличении емкости увеличивается и ток. Лучше использовать самозатухающие или негорючие провода.

Техника безопасности

• используйте диэлектрические перчатки;
• не прикасайтесь к клеммам голыми руками;
• аккумуляторы должны быть отключены от нагрузок;
• пользуйтесь инструментами с изолированными рукоятками;
• проверьте клеммы и соединительные контакты перед подключением;
• не используйте аккумуляторы с разными параметрами и степенью износа;
• будьте внимательны с полярностью;
• используйте подходящие провода для соединения;
• изолируйте сборку от влаги

ВНИМАНИЕ! Главное – обезопасить себя от удара током.

Ошибки коммутации и их последствия

Ошибки коммутации можно разделить на ошибки самого соединения (перепутали плюс и минус) и на неправильный выбор аккумуляторов и соединяющих проводов.

Если вы перепутаете клеммы, возможно следующее:

• замыкание;
• воспламенение;
• оплавка проводов;
• порча АКБ (падение мощности).

Помните, что при увеличении мощности потребуются соединяющие провода с подходящим сечением. Перед коммутацией понадобится тщательный расчет всех параметров. Про аккумуляторы мы уже писали выше; если вы соедините неподходящие акб, вы их испортите.

Проверка работоспособности системы

В первую очередь убедитесь, что аккумуляторы целые, без трещин, без ржавчины и следов окислов. Провода на клеммах должны быть хорошо закреплены. Если внешне все в порядке, можно проверить напряжение и силу тока.

1. Проверка падения напряжения при подключении нагрузки.
   К системе подключается нагрузка определенной величины и измеряется падение напряжения мультиметром или вольтметром. Можно провести проверку несколько раз, делая паузы между измерениями, чтобы дать заряду восстановиться. Полученные данные нужно сравнить с параметрами используемого типа батареи с учетом величины нагрузки.
2. Измерение напряжения без нагрузки.
   У разных типов акб свои значения напряжения разомкнутой цепи. Например у свинцово-кислотного это 12,6 В.
3. Использование нагрузочной вилки.
   Если в течение 5-10 секунд напряжение незначительно возрастает или стабильно, то система исправна.
4. Проверка с помощью специальных анализаторов и тестеров.
   Можно быстро замерять напряжение и определять емкость с помощью приборов-тестеров, например, Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
5. Полная разрядка / зарядка.
   Это, пожалуй, самый достоверный способ. С помощью специальных устройств (УКРЗ) выполняется глубокая разрядка, а затем полная зарядка с непрерывным контролем емкости. Однако этот метод очень долгий, он может занимать от 15 часов до суток и более.

СПРАВКА. Если вы работаете со свинцово-кислотными аккумуляторами, обращайте внимание на электролит: его уровень должен быть выше свинцовых пластин на несколько мм, а плотность – находиться в пределах 1,23 – 1,31 г/см3 (ее можно измерить ареометром). Изменение оттенка на бурый может происходить из-за порчи пластин.

Напоследок несколько советов о том, как соединить аккумуляторы 18650:

• лучше брать батареи фирм Panasonic, LG, Samsung или Sanyo;
• никелевые полосы лучше, чем никелированные металлические;
• аккумуляторы ни в коем случае нельзя перегревать, поэтому используйте точечную сварку, либо быструю пайку;
• перед единением выравняйте напряжение на батареях с помощью зарядного устройства;
• поставьте на сборку плату BMS.

Надеемся, мы помогли вам немного разобраться в теме, и вы сможете без проблем собрать свою систему акб, если потребуется.