[Pełny przewodnik] Okablowanie akumulatora w serii VS. Równoległy

[Vollständige Anleitung] Die Verdrahtung von Batterie in Reihe VS. Parallel

W tym artykule omówiono dziedzinę połączeń akumulatorów i zbadano połączenie szeregowe, połączenie równoległe i połączenie szeregowo-równoległe. Omówimy zalety i wady każdego typu połączenia oraz doradzimy w wyborze odpowiedniej konfiguracji do Twoich potrzeb.

Baterie szeregowe a równoległe

Połączenia akumulatorów można zmieniać w zależności od wymagań konkretnego obwodu lub urządzenia. Mogą być ułożone szeregowo, równolegle lub w kombinacji obu, co jest znane jako konfiguracja szeregowo-równoległa. Wybrane połączenie wpływa na napięcie i prąd w obwodzie.

Konfiguracja serii

W połączeniu szeregowym akumulatory są połączone końcami, przy czym dodatni biegun jednego akumulatora jest podłączony do ujemnego bieguna następnego. Napięcie akumulatorów sumuje się. Na przykład, jeśli połączysz szeregowo dwa akumulatory 12 V, całkowite napięcie wyniesie 24 V. Jednakże prąd pozostaje taki sam, jak w przypadku pojedynczej baterii.

Systemy energii słonecznej często wykorzystują połączenia szeregowe, w których wszystkie akumulatory są ze sobą łączone, aż do połączenia całego systemu. Pozostałe bieguny plus i minus ciągu akumulatorów służą jako zaciski wyjściowe.

Konfiguracja równoległa

W przypadku połączenia równoległego akumulatory są połączone w taki sposób, że wszystkie bieguny dodatnie i wszystkie bieguny ujemne są ze sobą połączone. Całkowite napięcie akumulatorów pozostaje niezmienione, podczas gdy pojemność prądowa się sumuje. Na przykład, jeśli połączysz równolegle dwa akumulatory o pojemności 2 amperów, całkowita pojemność prądowa wyniesie 4 ampery.

W układach słonecznych bieguny dodatnie wszystkich akumulatorów i bieguny ujemne wszystkich akumulatorów są ze sobą połączone, gdy są połączone równolegle. Pozostałe zaciski baterii akumulatorów stają się dodatnimi i ujemnymi zaciskami wyjściowymi.

Baterie szeregowe: zalety i wady

Zalety akumulatorów szeregowych

Zwiększone napięcie wyjściowe

Łączenie akumulatorów szeregowo zwiększa całkowite napięcie obwodu, dzięki czemu nadaje się do zasilania urządzeń wymagających wyższego napięcia.

Poprawiona wydajność

Rozkładając obciążenie na akumulatory, połączenia szeregowe zmniejszają obciążenie poszczególnych akumulatorów, poprawiając wydajność systemu.

Zwiększone magazynowanie energii

Łączenie akumulatorów szeregowo zwiększa zdolność systemu do magazynowania energii, co czyni go korzystnym w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na energię w odległych obszarach o ograniczonych źródłach zasilania.

łatwa instalacja

Połączenia szeregowe są łatwe w montażu i wymagają mniej skomplikowanych procedur okablowania i instalacji, co skutkuje niższymi kosztami okablowania w porównaniu z połączeniami równoległymi.

Wady akumulatorów szeregowych

Niezrównoważone obciążenie

Jeśli jeden akumulator w serii jest słabszy od pozostałych, może zostać przeładowany lub niedoładowany, skracając jego żywotność i potencjalnie wpływając na ogólną wydajność systemu.

Wymagania dotyczące rekompensaty

Równoważenie ładowania i rozładowania pomiędzy akumulatorami często wymaga urządzenia zewnętrznego, takiego jak balanser akumulatorów, co sprawia, że ​​struktura systemu jest bardziej złożona.

Potencjalne skrócenie żywotności

Baterie połączone szeregowo mogą rozładowywać się nierównomiernie, co powoduje, że niektóre baterie rozładowują się szybciej niż inne. Ta nierównowaga może powodować przedwczesną awarię niektórych akumulatorów, skracając ich ogólną żywotność.

Luka w systemie

Jeśli jeden akumulator ulegnie awarii w połączeniu szeregowym, może to doprowadzić do awarii całego systemu. Może to być problematyczne w sytuacjach, gdy niezawodność zasilania ma kluczowe znaczenie.

Zwiększona złożoność

Łączenie akumulatorów szeregowo wymaga dodatkowego okablowania i komponentów, co zwiększa złożoność systemu i utrudnia instalację i konserwację.

Baterie równoległe: zalety i wady

Zalety akumulatorów równoległych

Zwiększona moc wyjściowa

Równoległe łączenie akumulatorów zwiększa ogólną wydajność systemu, dzięki czemu nadaje się do stosowania z urządzeniami o dużym zapotrzebowaniu na moc.

Redundancja systemu

Jeśli jeden akumulator w obwodzie równoległym ulegnie awarii, pozostałe akumulatory mogą nadal działać, zmniejszając ryzyko awarii systemu.

Zrównoważone napięcie

Akumulatory połączone równolegle otrzymują to samo napięcie, co zmniejsza ryzyko przeładowania lub niedoładowania akumulatora.

Wady akumulatorów połączonych równolegle

Ograniczone magazynowanie energii

Łączenie akumulatorów równolegle nie zwiększa znacząco pojemności magazynowania energii systemu w porównaniu do łączenia ich szeregowo.

Możliwe zmniejszenie wydajności

Różnice w napięciu i prądzie wyjściowym poszczególnych akumulatorów w połączeniu równoległym mogą skutkować zmniejszeniem ogólnej wydajności systemu.

Ryzyko ucieczki termicznej

Jeśli przegrzeje się jeden akumulator w obwodzie równoległym, może to spowodować nagrzanie pozostałych akumulatorów, co może prowadzić do niekontrolowanej zmiany temperatury, co może spowodować uszkodzenie akumulatorów i systemu.

Jak połączyć akumulatory szeregowo?

Aby połączyć akumulatory szeregowo, wykonaj następujące czynności:

  1. Upewnij się, że akumulatory, które chcesz podłączyć, mają to samo napięcie i pojemność. Podłączenie akumulatorów o różnych specyfikacjach może spowodować nierównomierne ładowanie i rozładowywanie.
  1. Umieść baterie obok siebie w rzędzie, tak aby biegun dodatni jednego akumulatora był wyrównany z biegunem ujemnym następnego akumulatora.
  1. Aby podłączyć akumulatory, użyj odpowiednich kabli lub złączy. Połącz dodatni biegun pierwszego akumulatora z ujemnym biegunem drugiego akumulatora i kontynuuj ten schemat, aż wszystkie akumulatory zostaną podłączone.
  1. Dokręć mocno złącza, aby zapewnić niezawodne połączenie elektryczne. Luźne połączenia mogą prowadzić do przerw w dostawie prądu lub awarii systemu.
  1. Sprawdź całkowite napięcie obwodu szeregowego. Całkowite napięcie połączenia szeregowego jest sumą napięć poszczególnych akumulatorów. Na przykład, jeśli połączysz szeregowo dwa akumulatory 12 V , całkowite napięcie wyniesie 24 V.
  1. Zaizoluj połączenia, aby zapobiec przypadkowym zwarciom lub zagrożeniom elektrycznym. Użyj odpowiednich materiałów izolacyjnych lub osłon, aby zakryć odsłonięte zaciski i złącza.

Należy pamiętać, że gdy akumulatory są połączone szeregowo, napięcie się sumuje, ale pojemność (mierzona w amperogodzinach lub Ah) pozostaje taka sama jak w przypadku pojedynczego akumulatora. Upewnij się także, że rozumiesz środki ostrożności i najlepsze praktyki dotyczące obchodzenia się z akumulatorami, aby uniknąć ryzyka i niebezpieczeństw.

Jak połączyć akumulatory równolegle?

Aby połączyć akumulatory równolegle, wykonaj następujące kroki:

  1. Upewnij się, że akumulatory, które chcesz podłączyć, mają to samo napięcie i pojemność. Podłączenie akumulatorów o różnych specyfikacjach może spowodować nierównomierne ładowanie i rozładowywanie.
  1. Umieść baterie obok siebie, upewniając się, że bieguny dodatni i ujemny są wyrównane.
  1. Aby połączyć akumulatory równolegle, należy użyć odpowiednich kabli lub złączy. Połączyć biegun dodatni jednego akumulatora z biegunem dodatnim następnego akumulatora i w podobny sposób połączyć ze sobą zaciski ujemne.
  1. Dokręć mocno złącza, aby zapewnić niezawodne połączenie elektryczne. Luźne połączenia mogą prowadzić do przerw w dostawie prądu lub awarii systemu.
  1. Sprawdź całkowite napięcie obwodu równoległego. Napięcie pozostaje takie samo jak w przypadku pojedynczego akumulatora. Na przykład, jeśli połączysz równolegle dwa akumulatory 12 V, całkowite napięcie będzie nadal wynosić 12 V.
  1. Oblicz całkowitą pojemność połączenia równoległego. Całkowita pojemność połączenia równoległego wynika z sumy pojemności poszczególnych akumulatorów. Przykładowo, jeśli połączymy równolegle dwa akumulatory 100Ah, całkowita pojemność wyniesie 200Ah.
  1. Zaizoluj połączenia, aby zapobiec przypadkowym zwarciom lub zagrożeniom elektrycznym. Użyj odpowiednich materiałów izolacyjnych lub osłon, aby zakryć odsłonięte zaciski i złącza.

Pamiętaj, że po podłączeniu akumulatorów równolegle napięcie pozostaje takie samo, ale pojemność (mierzona w amperogodzinach lub Ah) wzrasta. Aby zapewnić prawidłowe działanie i bezpieczeństwo systemu, ważne jest zrozumienie środków ostrożności i najlepszych praktyk dotyczących bezpieczeństwa baterii.

Ile akumulatorów mogę połączyć szeregowo?

Liczba akumulatorów, które można połączyć szeregowo, zależy od kilku czynników, w tym wymagań dotyczących napięcia w danej aplikacji i konkretnych używanych akumulatorów. Teoretycznie możesz połączyć szeregowo dowolną liczbę akumulatorów, pod warunkiem, że zwrócisz uwagę na kompatybilność i weźmiesz pod uwagę ograniczenia i ograniczenia akumulatorów i systemu. W przypadku połączenia akumulatorów szeregowo napięcie całkowite wynika z sumy napięć poszczególnych akumulatorów. Na przykład, jeśli masz cztery akumulatory 12 V połączone szeregowo, całkowite napięcie wyniesie 48 V (12 + 12 + 12 + 12 = 48).

Należy jednak wziąć pod uwagę kilka czynników:

Kompatybilność napięcia: Upewnij się, że całkowite napięcie obwodu szeregowego nie przekracza maksymalnego napięcia znamionowego urządzeń lub komponentów. Przekroczenie maksymalnego napięcia znamionowego może spowodować uszkodzenie lub awarię.

Kompatybilność baterii: Upewnij się, że wszystkie baterie połączone szeregowo mają to samo napięcie znamionowe. Mieszanie akumulatorów o różnych napięciach znamionowych może skutkować nierównomiernym ładowaniem i rozładowywaniem lub uszkodzeniem akumulatorów.

Ograniczenia praktyczne: Mogą istnieć praktyczne ograniczenia dotyczące dostępnej przestrzeni, wagi i wymagań dotyczących okablowania. Czynniki te mogą mieć wpływ na liczbę akumulatorów, które można skutecznie połączyć szeregowo.

Ile akumulatorów można połączyć równolegle?

Teoretycznie nie ma ograniczeń co do liczby akumulatorów, które można podłączyć równolegle. W praktyce liczba akumulatorów, które można połączyć równolegle, zależy od takich czynników, jak wymagania dotyczące pojemności aplikacji, dostępna przestrzeń i używane akumulatory.

Gdy akumulatory są połączone równolegle, napięcie pozostaje takie samo, ale pojemność (mierzona w amperogodzinach lub Ah) wzrasta. Połączenia równoległe są często stosowane w celu zwiększenia ogólnej wydajności, zapewnienia redundancji i zapewnienia zrównoważonego napięcia pomiędzy akumulatorami. Podczas równoległego podłączania dużej liczby akumulatorów należy mieć świadomość potencjalnych problemów. Mogą wystąpić problemy, takie jak nierównomierne tempo ładowania i rozładowywania, zwiększone ryzyko przeciążenia i zmniejszona ogólna żywotność baterii. Aby uniknąć tych problemów, zaleca się zasięgnięcie porady wykwalifikowanego inżyniera lub elektryka, który może pomóc w zaprojektowaniu optymalnego systemu akumulatorów dla konkretnego zastosowania.

Należy pamiętać, że chociaż większy zestaw akumulatorów zapewnia dłuższe zasilanie rezerwowe i lepszą długoterminową wydajność, zazwyczaj wymaga większej konserwacji i wiąże się z wyższymi kosztami początkowymi. Dlatego dokładnie przeanalizuj całkowitą pojemność banku akumulatorów i upewnij się, że odpowiednio odpowiada ona Twoim potrzebom i wymaganiom. Uwzględniając te czynniki, można podejmować świadome decyzje dotyczące rozmiaru i konfiguracji systemu akumulatorowego.

Podłącz akumulatory zarówno szeregowo, jak i równolegle

Połączenie szeregowo-równoległe to metoda okablowania akumulatora, która łączy konfiguracje szeregowe i równoległe w celu utworzenia większego banku akumulatorów o zwiększonej pojemności i napięciu. Ten typ połączenia został zaprojektowany tak, aby spełniać określone wymagania dotyczące napięcia i wydajności dla różnych zastosowań.

Aby utworzyć obwód szeregowo-równoległy, akumulatory łączy się najpierw parami i równolegle. Zwiększa to całkowitą pojemność banku akumulatorów. Zaciski dodatnie każdego akumulatora są ze sobą połączone, podobnie jak zaciski ujemne. Liczba akumulatorów połączonych równolegle zależy od wymaganej pojemności dla danego zastosowania. Każda para akumulatorów połączonych równolegle tworzy grupę.

Grupy te są następnie łączone szeregowo w celu uzyskania pożądanego napięcia. Osiąga się to poprzez połączenie zacisku dodatniego pierwszej grupy z zaciskiem ujemnym drugiej grupy i tak dalej, aż do osiągnięcia napięcia docelowego. Końcowe zaciski dodatni i ujemny służą do podłączenia zestawu akumulatorów do obciążenia.

Załóżmy, że istnieją cztery akumulatory 12 V o pojemności 100 Ah każdy. Aby utworzyć zespół akumulatorów 48 V o zwiększonej pojemności, cztery akumulatory można połączyć równolegle, tworząc zespół o łącznej pojemności 400 Ah. Następnie dwie z tych równoległych żył można połączyć szeregowo, aby uzyskać napięcie końcowe 48 V.

Ważne jest, aby upewnić się, że wszystkie akumulatory używane w konfiguracji szeregowo-równoległej są tego samego typu, mają tę samą pojemność i napięcie oraz są odpowiednio wyważone, aby zapobiec przeładowaniu lub rozładowaniu poszczególnych akumulatorów.

Uwaga: Kolejność połączeń szeregowych i równoległych można odwrócić, ale ze względów bezpieczeństwa ogólnie zaleca się wykonanie najpierw połączeń szeregowych.

Czy baterie wytrzymują dłużej w połączeniu szeregowym czy równoległym?

Baterie mają zazwyczaj dłuższą żywotność po podłączeniu szeregowym w porównaniu do połączenia równoległego. Dzieje się tak, ponieważ połączenia szeregowe sprzyjają bardziej zrównoważonemu ładowaniu i rozładowywaniu akumulatorów.

Po połączeniu szeregowym napięcie każdego akumulatora sumuje się, a pojemność pozostaje taka sama. Oznacza to, że akumulatory dzielą obciążenie i równomiernie rozdzielają moc między sobą. W rezultacie każdy akumulator ma tendencję do rozładowywania i ładowania w tym samym tempie, co minimalizuje brak równowagi w stanie naładowania.

Po połączeniu szeregowym napięcie każdego akumulatora sumuje się, a pojemność pozostaje taka sama. Oznacza to, że akumulatory dzielą obciążenie i równomiernie rozdzielają moc między sobą. W rezultacie każdy akumulator ma tendencję do rozładowywania i ładowania w tym samym tempie, co minimalizuje brak równowagi w stanie naładowania.

Należy zauważyć, że chociaż połączenia szeregowe sprzyjają zrównoważonemu ładowaniu i rozładowywaniu, stwarzają one również wyzwania. Na przykład, jeśli jeden akumulator ulegnie awarii w połączeniu szeregowym, całe połączenie szeregowe może ulec awarii. Dodatkowo awaria lub degradacja pojedynczego akumulatora może mieć wpływ na wydajność całego obwodu szeregowego.

Aby zmaksymalizować żywotność baterii zarówno w konfiguracji szeregowej, jak i równoległej, ważne jest, aby używać baterii tego samego typu, wieku i pojemności. Regularna konserwacja, taka jak monitorowanie poziomu naładowania i zapewnienie właściwych praktyk ładowania i rozładowywania, może również pomóc w wydłużeniu żywotności baterii.

Baterię litową Timeusb 12V LiFePO4 można podłączyć w konfiguracji do 16 jednostek, w tym 4 równolegle i 4 szeregowo.

Co by się stało, gdyby akumulatory nie zostały prawidłowo podłączone?

Jeśli akumulatory nie zostaną prawidłowo podłączone, może to powodować różne problemy i może być potencjalnie niebezpieczne.

Nieprawidłowe napięcie wyjściowe: Podłączenie akumulatorów w nieprawidłowej konfiguracji może skutkować nieprawidłowym napięciem wyjściowym. Przykładowo, jeśli akumulatory przeznaczone do połączenia szeregowego zostaną połączone równolegle, napięcie wyjściowe będzie niższe niż oczekiwano. I odwrotnie, połączenie szeregowe akumulatorów przeznaczonych do połączenia równoległego skutkuje wyższym napięciem wyjściowym. Może to spowodować uszkodzenie urządzeń lub systemów podłączonych do akumulatorów.

Nierówne ładowanie i rozładowywanie: Niewłaściwe połączenia mogą powodować brak równowagi w ładowaniu i rozładowywaniu akumulatorów. Na przykład w przypadku połączenia równoległego, jeśli akumulatory mają różny stan naładowania lub pojemność, niektóre akumulatory mogą pobierać więcej prądu, a inne mniej. Może to spowodować przeładowanie lub nadmierne zużycie niektórych akumulatorów, zmniejszając ich żywotność i ogólną wydajność.

Przeciążenie i przegrzanie: Gdy akumulatory nie są odpowiednio dobrane pod względem pojemności i mocy znamionowej, mogą zostać poddane nadmiernym obciążeniom lub zapotrzebowaniu na prąd. Może to prowadzić do przeładowania, przegrzania, a nawet niestabilności termicznej, podczas której akumulatory wytwarzają nadmierne ciepło i uwalniają niebezpieczne gazy. Przegrzane akumulatory mogą spowodować uszkodzenie samych akumulatorów i sąsiednich elementów, potencjalnie stwarzając ryzyko pożaru lub eksplozji.

Zmniejszona wydajność: Nieprawidłowe połączenia mogą skutkować zmniejszeniem ogólnej wydajności systemu akumulatorowego. Może to wynikać z niedopasowanych napięć, niespójnych szybkości ładowania i rozładowania lub zwiększonej rezystancji wewnętrznej. Zmniejszona wydajność prowadzi do marnowania energii, niższej wydajności i krótszej żywotności baterii.

Zagrożenia bezpieczeństwa: Niewłaściwe połączenia zwiększają ryzyko zagrożeń elektrycznych. Źle podłączone akumulatory mogą spowodować zwarcie, wyładowanie łukowe lub porażenie prądem. Zagrożenia te stanowią zagrożenie dla osób pracujących przy systemie akumulatorowym lub w jego pobliżu.

Czy można łączyć różne akumulatory równolegle lub szeregowo?

Ze względu na różne właściwości i potencjalne ryzyko, nie zaleca się równoległego łączenia różnych typów akumulatorów, takich jak akumulatory litowo-jonowe i ołowiowo-kwasowe.

Baterie litowo-jonowe i kwasowo-ołowiowe mają różną charakterystykę rozładowania. Akumulatory litowo-jonowe mogą rozładować do 100% swojej pojemności, podczas gdy akumulatory kwasowo-ołowiowe mają zazwyczaj mniejszą pojemność, wynoszącą około 50%. W przypadku połączenia równoległego różnice te mogą skutkować nierównomiernym ładowaniem i rozładowywaniem, co może spowodować znaczne uszkodzenie akumulatorów.

W skrajnych przypadkach, takich jak głębokie rozładowanie lub przeładowanie, równoległe łączenie różnych typów akumulatorów może spowodować poważne zagrożenie bezpieczeństwa, w tym pożar lub eksplozję. Dlatego podczas tworzenia banku akumulatorów zaleca się unikanie mieszania różnych typów akumulatorów.

Aby zapewnić optymalną wydajność i bezpieczeństwo, najlepiej używać akumulatorów o tym samym składzie chemicznym, typie i pojemności w konfiguracjach równoległych. Jeśli masz różne typy akumulatorów, skonsultuj się z ekspertami lub producentami akumulatorów, aby określić najbardziej odpowiednie i najbezpieczniejsze podejście do konkretnego zastosowania.

Rzeczy, które należy wziąć pod uwagę przy łączeniu równoległym i szeregowym

Aby zapewnić optymalną wydajność i bezpieczeństwo podczas łączenia akumulatorów LiFePO4 równolegle lub szeregowo, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

Połączenie równoległe

Jednolitość: używaj ogniw lub akumulatorów o tych samych specyfikacjach, w tym pojemności i wieku, aby uniknąć niezrównoważenia ładowania i rozładowywania.

Równowaga: Monitoruj poziom naładowania każdego ogniwa lub akumulatora, aby utrzymać równowagę i zapobiec nadmiernemu lub niedostatecznemu naładowaniu.

Okablowanie: Zapewnij prawidłowe okablowanie, aby uniknąć zwarć i zapewnić bezpieczną pracę.

Połączenie szeregowe

Jednolitość: Używaj ogniw lub baterii o tych samych specyfikacjach, aby uniknąć braku równowagi napięcia pomiędzy ogniwami lub bateriami.

Ładowanie: Użyj systemu zarządzania akumulatorem (BMS), aby monitorować napięcie i zapobiegać przeładowaniu, jeśli jedno ogniwo lub akumulator osiągnie pełne naładowanie wcześniej niż inne.

Bezpieczeństwo: Należy utrzymywać odpowiednią izolację i uziemienie, aby zmniejszyć zwiększone ryzyko porażenia prądem.

Nie zaleca się mieszania starych i nowych baterii, ponieważ ich rezystancja wewnętrzna może się różnić, co może mieć wpływ na ogólną wydajność. Stały wiek i wydajność baterii mają kluczowe znaczenie. Unikaj mieszania akumulatorów litowo-jonowych różnych marek, pojemności i typów. Zawsze zwracaj uwagę na polaryzację akumulatora, aby uniknąć zagrożeń i spadków napięcia.

W przypadku rozbudowy banku akumulatorów zaleca się zakup nowych akumulatorów w ciągu trzech miesięcy , aby zapewnić podobny wiek i stan. Zakup akumulatorów bardzo podobnych do istniejących akumulatorów pomoże w utrzymaniu porównywalnej żywotności cyklu ładowania i bezproblemowej integracji z obecnym systemem. Wykonanie tych kroków pomoże skutecznie i bezpiecznie rozbudować bank baterii.