Paralelní a sériové zapojení akumulátorů – Motorová kola. Baterie. Sady elektrokol.

Baterie – opakovaně použitelný zdroj chemického proudu.

Termín „baterie“ se používá k označení individuální prvek: baterie, baterie, bateriový článek. Často hovorově je to také označení pro baterii.

Přijímat baterie, jsou připojeny baterie (jednotlivé články). paralelní (pro zvýšení proudu a kapacity, p=paralelní) a důsledně (pro zvýšení napětí, s=řada).

Lithiová baterie s jmenovitým napětím 24V má 7 článků zapojených do série (7s = 24V = 3,6V*7), 36V má 10 článků, 48V má 13 článků, 52V má 14 článků atd. Pokud použijeme články s kapacitou 3000mAh, pak kapacita 1p bude rovna 3Ah, 2p = 6Ah, 3p = 9Ah, 4p = 12Ah atd. Pak bude označení valná sestava 10s4p, a říká nám, že baterie je dimenzována na 36V a má kapacitu 12Ah.

Paralelní připojení baterií

Při paralelním zapojení se napětí celé sestavy bude rovnat napětí každého prvku. A kapacita se zvýší a bude se rovnat součtu kapacit všech prvků. Zvýší se také maximální proud, který může taková „paralelní“ baterie dodat.

Pokud do takové sestavy přidáte méně nabitý prvek, zbývající prvky jej začnou nabíjet, dokud nebude napětí všech prvků stejné (při velkém rozdílu napětí to může být nebezpečné pro vysílací i přijímací stranu). Do takového zapojení lze tedy sestavit pouze baterie jednoho typu, protože jmenovité napětí lithiového článku je 3,6–3,75V, olověného článku 2V a pro lifepo4 je to 3,0–3,3V. V ideálním případě by všechny připojené prvky měly mít stejnou kapacitu a napětí a pokud možno pocházet ze stejné šarže.

Jeden vadný prvek, který v takové sestavě přejde do hlubokého samovybíjení, stáhne s sebou ke dnu všechny jeho paralelní spolubojovníky. Čím větší je kapacita sestavy, tím je vhodnější v nich používat prostornější prvky – snižuje se pravděpodobnost „černé ovce“ a také se snižuje pravděpodobnost špatného spojení prvků v důsledku snížení počet takových spojení. Proto nyní získává na popularitě 18650 formátových prvků, zvětšených oproti 21700, které mají optimální poměr kapacity k objemu a kombinují zvýšenou snadnost montáže při zachování širokých možností rozložení. Z velkokapacitních prizmatických prvků je vhodné vyrobit ještě prostornější sestavy.

Přestože je žádoucí mít v paralelní sestavě baterie o stejné kapacitě, život se přizpůsobuje sám a toto pravidlo můžete porušit. Právě díky této opci je možné vyrobit sestavy z prvků heterogenní kapacity, například z použitých prvků notebooku. Hlavní věc je, že celkové kapacity paralelních prvků v každé sekci jsou co nejblíže k sobě (jinými slovy, „krátké“ řady by měly mít stejnou celkovou kapacitu).

Sériové zapojení baterií

Když jsou baterie zapojeny do série, jejich napětí se sčítá.

Kapacita takové sekvenční sestavy bude určena kapacitou nejméně kapacitního prvku.

To se vysvětluje skutečností, že když „slabý“ vydá veškerou svou energii, jeho napětí klesne pod kritickou hodnotu (2,5–2,7 V) a bude nadále klesat, což ho zabije. Aby k tomu nedocházelo, jsou sériové sestavy vybaveny deskami BMS (Battery Management System), které celou baterii vypnou, když jeden z prvků dosáhne napětí cca 2,8V. Ve zbývajících prvcích bude stále rezerva energie, ale nebude poptávaná.

Pokud si představíme místo každého prvku v sekvenční sestavě skupinu prvků zapojených paralelně, pochopíme podstatu výše uvedeného pravidla pro uspořádání prvků – celkové kapacity paralelních prvků v každé sekci by měly být co nejblíže k sobě.

Pro správné uspořádání použitých prvků do sestavy je vhodné použít Excel nebo použít některý z kalkulátorů sestav baterie.

Pro získání baterie s danými hodnotami kapacity a napětí jsou baterie zapojeny podle určitého schématu – sériově, paralelně nebo sériově paralelně. Pro zvýšení napětí sestavy jsou výkonové prvky zapojeny do série a pro získání požadované kapacity a sečtení proudové síly článků – paralelně.

Počet sériových spojení v sestavě je označen číslem u písmene S (z anglického slova series), počet paralelních spojení pak číslem u písmene P (od slova paralelní). Pokud je například baterie sestavena podle obvodu 12S14P, pak se skládá z 12 sériových a 14 paralelních připojení.

Vlastnosti sériového připojení lithiových baterií

Pro sekvenční montáž musíte vzít prvky stejného typu a stejných velikostí, s identickými hodnotami kapacity a napětí, nejlépe se stejnými daty vydání a čísly modelu. Pokud je v sestavě „slabý článek“, povede to k nerovnováze v baterii. Problémová baterie se ale nemusí projevit hned.

Proto je nutné jednou za šest měsíců změřit napětí na každém prvku systému a v případě zjištění nerovnováhy provést vyvážení:

1. pokud rozptyl napětí nepřesahuje 0,1 V, je to výborné, ale pro preventivní účely se doporučuje jednou za šest měsíců provést vyrovnávací nabíjení;
2. pokud rozptyl přesáhne 0,1 V, doporučuje se provést vyvážení;
3. pokud rozptyl překročí 0,2 V, je nutné vyvážení.

Balancování baterie

Tento postup zabraňuje přebíjení některých článků a podbíjení jiných. Taková nevyváženost vede k předčasnému opotřebení baterií a vyvážení tomu brání. K automatickému vyrovnání náboje na článcích se používají speciální zařízení – balancery.

Nejjednodušší metodou vyvažování je provádění vyrovnávacího nabíjecího cyklu při zvýšeném nabíjecím napětí po celý den. Vyrovnávací nabíjecí napětí je asi 2,4 V na článek s napětím 2 V, 14,4 V pro 12 V baterii, 28,8 V pro 24 V baterii atd. Přesné vyrovnávací nabíjecí napětí pro konkrétní baterii je třeba ověřit u výrobce.

Alternativní možností vyvážení (pokud metoda 1 nepomůže) je vyrovnání nabíjení baterie samostatně pomocí nabíječky a sítě 220 V. Pokud je poté nesymetrie větší než 0,1 V, je nutné baterii dobít nižším napětím .

Vlastnosti paralelního připojení Li-Ion baterií

Pro paralelní připojení je vhodné vzít baterie stejné kapacity a stejného modelu. A ačkoli jsou požadavky v tomto případě méně přísné, rozdíly ve vlastnostech baterie způsobují nerovnoměrné rozložení nabíjecích proudů a snížení životnosti baterie.

Při paralelním zapojení Li-Ion baterií nebo baterií je nutné správně připojit zátěž „diagonálně“ a použít stejně dlouhé propojky. To je nezbytné pro vyvážení nabíjecích a vybíjecích proudů každého prvku a zvýšení životnosti baterie.

Kombinované připojení

Při sériově-paralelním spojování prvků se berou v úvahu doporučení pro oba způsoby připojení. Lithium-iontové baterie jsou skvělé pro vytváření baterií s libovolnými vlastnostmi, ale musíte přísně kontrolovat napětí a proud každého článku. K tomuto účelu slouží speciální desky ochrany a sledování prvků – BMS.

• Článek aktualizován: 24. března 2021

• 24 2021 března
• 5233 zobrazení
• 0 komentáře