Jak správně připojit dvě baterie – schémata a doporučení

Pro autonomní provoz různých zařízení, strojů a přístrojů jsou zapotřebí zařízení pro ukládání energie s určitými hodnotami napětí a kapacity. Například pro instalaci na elektrokolo s motorem kola 48 V je potřeba Li-ion baterie o jmenovitém napětí 48 V a kapacitě 10 až 20 Ah nebo vyšší v závislosti na požadovaném dojezdu na 1 nabití. Pro získání autonomního zdroje energie s těmito nebo jinými parametry jsou baterie zapojeny podle vhodného schématu: pro sečtení napětí – v sérii, pro zvýšení kapacity a přípustné proudové zatížení – paralelně. Jmenovité napětí většiny Li-ion „plechovek“ je 3,6 nebo 3,7 V a modelů podtypu LiFePO4 3,2 V. Kapacita baterií závisí na jejich velikosti, materiálu katody a dalších faktorech. Maximální proudové zatížení závisí také na typu chemie a pro články různých subtypů se pohybuje od 1 C do 10 C, kde C je hodnota kapacity. Například baterie SONY VTC6 18650 Li-ion má jmenovité napětí 3,7 V, kapacitu 3000 mAh a proudový výstup až 10C, tzn. až 30 A. Chcete-li z takových prvků sestavit baterii 48 V a 15 Ah, zapojte 13 takových „plechovek“ do série (obvod 13S) a připojte 5 takových paralel (5P). Jinými slovy, používají kombinovaný obvod 13S5P a v souladu s ním sestavují baterii 65 prvků.

Požadavky na baterie připojené k baterii

Pro připojení v baterii jsou použity identické články s naprosto shodnými vlastnostmi. I malý rozdíl v obnovitelné kapacitě nebo hodnotách vnitřního odporu vede k nevyváženosti sériově zapojených článků a nerovnoměrnému využití energie, kterou ukládají. A pokud takový systém neobsahuje účinný balancer, baterie se brzy stane nefunkční. Při výběru prvků pro spojení do společného elektrického systému je důležité věnovat pozornost nejen identitě jejich vlastností, ale také souladu provozních parametrů s podmínkami budoucího provozu baterie. Například pro napájení motorů přenosného elektrického nářadí nebo osobních elektrických vozidel jsou zapotřebí výkonné baterie, které se při intenzivním zatížení nepřehřívají. Jsou sestaveny z vysokoproudých lithium-iontových baterií s nízkým odporem. A pokud bude baterie používána v chladu, k sestavení se používají mrazuvzdorné LiFePO4 nebo jiné podtypové baterie.

Vlastnosti sériového připojení

Při tomto způsobu přepínání je „plus“ každého předchozího prvku spojeno s „mínusem“ dalšího prvku. V důsledku toho se napětí na svorkách výsledné sestavy rovná celkovému napětí všech takto připojených „plechovek“. V tomto případě bude kapacita a přípustné vybíjecí/nabíjecí proudy pro výslednou baterii stejné jako u jediného prvku v jejím složení. Při sériovém zapojení je zvláště důležité použít identické články a při výpadku jednoho z nich budete muset projít celou baterii. K odstranění nevyvážeností v takových sestavách je třeba použít vyvažovačky. Pro připojení „plechovek“ potřebujete dostatečně silné dráty, které vydrží trojnásobné zatížení vzhledem k vypočítané hodnotě. Pro tyto účely je ještě lepší použít proužky niklové pásky.

Vlastnosti paralelního spínání

Při tomto způsobu montáže baterie se kombinují jednopólové kontakty všech prvků. V důsledku toho zůstává napětí nezměněno, ale zvyšuje se kapacita a zvyšují se přípustné nabíjecí/vybíjecí proudy. Při paralelním spínání je přípustné zařadit do řetězce prvky různých kapacit, je však nutné je opatřit ochranou před hlubokým vybitím a přebitím. Při montáži je třeba dávat pozor, abyste neuzavřeli obvod, abyste nepoškodili baterie.

Použití smíšených schémat

Nejčastěji jsou lithium-iontové baterie sestaveny pomocí smíšených nebo kombinovaných schémat. V tomto případě je efekt „dva v jednom“: zvyšuje se jak napětí, tak kapacita a spolu s tím se zvyšuje maximální možné proudové zatížení. Smíšené přepínání lze provést dvěma způsoby:

• Zapojte „banky“ do série, abyste nastavili požadované napětí, a poté z takové série sestavte paralelní obvod, abyste získali dostatečnou kapacitu.
• Nejprve sestavte paralelní vedení pro zvýšení kapacitní rezervy a poté z nich vytvořte obvod v sérii pro zvýšení napětí.

Při použití kombinovaného schématu připojení baterie je důležité přísně dodržovat požadavky na identitu kombinovaných prvků a používat vodiče se zvýšeným průřezem s nehořlavou nebo samozhášecí izolací nebo niklovou páskou. Pečlivě se ujistěte, že je dodržena polarita, neskládejte baterii pod zátěží, používejte dielektrické rukavice a nástroje. Abyste zabránili přehřátí baterií, připojte je bodovým svařováním, mechanickými metodami nebo (jako poslední možnost) pomocí rychlého pájení.

Pár slov o uložené energii

Množství akumulované energie (napájení z baterie) nezávisí na způsobu spojování článků. Tento parametr se měří ve watthodinách a je roven součinu napětí a kapacity. Bez ohledu na to, jak zapojíme „banky“, napájení baterie se nezmění a bude záviset pouze na počtu článků v baterii. Ale napětí celého systému, jeho kapacita a pro něj přípustné proudové zatížení závisí na způsobu spínání baterií.

Přečtěte si předchozí článek blogu VoltBikes.ru o nejlepších sněžných skútrech pro děti.

• Město ledna 20 2024
• Zobrazení 5276

Hledáte způsob, jak prodloužit životnost baterie vaší UPS? Náš článek vám řekne o sériových, paralelních a kombinovaných schématech připojení baterií, jejich výhodách a nevýhodách a také o tom, jak vybrat nejlepší možnost pro vaše potřeby.

• Základní pojmy a pojmy
• Sériové schéma připojení baterie k UPS
• Paralelní schéma připojení baterie k UPS
• Kombinované schéma pro připojení baterie k UPS
• Praktická doporučení a rady
• Závěr

Pro zajištění nepřetržitého provozu elektrických zařízení se používají zdroje nepřerušitelného napájení (UPS, UPS). Fungují díky přítomnosti vestavěných dobíjecích bezúdržbových baterií se standardním napětím 12 voltů. Nejčastěji se však takové UPS používají k zajištění nepřetržitého provozu zátěže od 5 do 15 minut.

Pro zajištění dlouhodobé autonomie zátěže se používá UPS s možností připojení externích baterií. To umožňuje vytvořit systém s velkými externími bateriemi, který dokáže napájet zátěž po dlouhou dobu v nepřítomnosti elektrické sítě. Doba trvání autonomního režimu závisí na volbě kapacity externích baterií.

Všechny UPS STARK COUNTRY jsou vyráběny pouze pro práci s externími bateriemi, což umožňuje přizpůsobit systém nepřerušitelného napájení různým úkolům. Při připojování externích baterií k UPS je třeba znát základní principy a možné možnosti jejich připojení, pravidla pro provoz UPS s externími bateriemi a také dodržovat bezpečnostní pravidla.

Existují 3 možnosti připojení více baterií:

• Konzistentní. Při použití této metody se sčítá napětí baterie.
• Paralelní. V tomto případě se kapacita baterie sečte.
• Kombinované (smíšené) – paralelní zapojení bateriových linek dříve zapojených do série.

Základní pojmy a pojmy

Základním prvkem, který zajišťuje fungování nepřerušitelného zdroje energie, je baterie. Záložní zdroje využívají různé baterie, které se liší podle dvou hlavních kritérií.

1. Podle typu:

• Lithium-iontová. Vyznačují se kompaktní velikostí a nízkou hmotností, přičemž se vyznačují velkou specifickou kapacitou. Další výhody: vysoká spolehlivost, žádná ztráta kapacity, nízká úroveň samovybíjení, vysoká hustota energie, relativně levná údržba.
• Kyselina olova. Jsou široce žádané díky své vysoké spolehlivosti a dalším výhodám: napěťová stabilita, dlouhé provozní cykly, rozšířený rozsah provozních teplot, nízké samovybíjení. Počet dobíjecích cyklů je až 1000. Vhodné pro velkou většinu UPS, levné.
• Nikl-metal hydrid. Výhody: velká měrná kapacita, stabilní provoz, vysoká hustota energie. Nedochází ke snížení úrovně kapacity.
• Nikl-kadmium. Spolehlivý, odolný vůči změnám teplot, snadné použití. Vyznačují se nízkým procentem samovybíjení a vysokou hustotou energie. Schopný vydržet až 1500 cyklů vybití/nabití.

1. Podle složení elektrolytu:

• S tekutým elektrolytem. Často se jim říká automobilové. Vzhledem k toxicitě emitovaných par, velké hmotnosti a rozměrům vyžadují použití v nebytových prostorách, proto je jejich použití v UPS omezené.
• Pomocí technologie GEL. Výhody: spolehlivost, bezpečnost, dlouhá životnost, vysoká kapacita, široký rozsah provozních teplot. Nevýhody: nevydrží hluboké vybití, cena je vyšší.
• Založeno na technologii AGM. Nejmodernější a nejběžnější skupina pro použití v UPS. Hlavní výhody: spolehlivost, zajištění vysokého proudu v obvodu bez ohledu na hloubku vybití, dlouhá životnost, velká epikritická kapacita, přijatelná cena. Nevýhoda: citlivost na hluboké výboje.

Dalším základním konceptem je schéma zapojení pro externí baterie, tedy způsob připojení UPS a doplňkového (nebo hlavního při absenci vestavěného) zdroje elektrické energie. Optimální způsob se volí v závislosti na typu a vlastnostech záložního napájecího zařízení. Počet baterií specifikovaný výrobcem UPS musí být sloučen do jednotky a způsobem určeným výrobcem.

Sériové schéma připojení baterie k UPS

Jedná se o nejběžnější typ systému nepřerušitelného napájení. Všechny prvky jsou spojeny do jednoho sériového řetězce, to znamená, že plus první baterie je spojen s mínusem další. Takto je sestavena baterie s jedním volným záporným pólem a druhým kladným. Volné svorky bateriového bloku se používají pro připojení k UPS.

Při sériovém zapojení baterií se sečte napětí každé baterie a jejich vnitřní odpor. Kapacita baterie v Ah se rovná kapacitě jedné baterie v Ah. Když jsou baterie zapojeny do série v řetězci, jejich celkový výstupní výkon se zvyšuje vlivem napětí.

Sériové připojení vyžaduje použití baterií stejného typu, stejné kapacity a nabíjecího napětí, se stejným procentem opotřebení. Doporučuje se tímto způsobem připojit baterie od stejného výrobce, se stejnými vlastnostmi, nejlépe ze stejné šarže. Délka a odpor propojovacích vodičů musí být rovněž shodné.

Hlavní výhoda tohoto schématu zapojení: zvýšením celkového počtu baterií můžete zvýšit napětí baterie na libovolnou požadovanou hodnotu, přičemž vybíjecí proud zůstává nezměněn. Další výhodou je snadná instalace.

Hlavní nevýhodou je závislost celkového systému na stavu každého jednotlivého prvku. Pokud je jedna z nich „mimo linii“ s obecnými parametry, existuje možnost, že se na svorkách baterie vyskytnou různé hodnoty napětí, některé baterie se mohou nadměrně nabíjet, zatímco jiné se mohou vybíjet rychleji; V důsledku toho může selhat celý řádek. Pokud jedna baterie selže, zkrátí se životnost baterie zařízení.

UPS s 24V DC sběrnicí vyžaduje připojení 2 100Ah baterií. DC sběrnice = 24V znamená, že UPS je určena pro zapojení 2 12V baterií do série.

Zapojením baterií do série získáme řetěz o kapacitě 100Ah a napětí 24V. Výkon, který baterie poskytne, se zvyšuje díky napětí.

Paralelní schéma připojení baterie k UPS

Principem paralelní montáže je spojit všechny kladné póly baterie se společným kladným bodem obvodu a všechny záporné póly se společným záporným bodem. Všechny kladné svorky prvků jsou tedy připojeny k jednomu společnému vodiči a všechny záporné svorky jsou připojeny k jinému společnému vodiči. Konce společných vodičů výsledné baterie jsou připojeny k UPS.

Při této metodě se sečtou kapacity jednotlivých baterií a napětí se rovná napětí jedné baterie. Toto schéma výrazně zvyšuje stabilitu a autonomii záložního zdroje zvýšením kapacity výsledné baterie. V důsledku toho je provozní doba z baterie delší.

Výhody tohoto schématu:

• Napětí v obvodu s konstantním proudem zůstává nezměněno a dodaný proud se sčítá, to znamená, že výkon obvodu se zvyšuje.
• Možnost použití heterogenních prvků.
• Když jedna baterie selže, ostatní to mohou kompenzovat.

Metoda má také své nevýhody. Systémové napětí zůstává nezměněno na úrovni jedné baterie, to není vhodné, pokud je požadováno vyšší napětí. Vyžaduje se přesné vyrovnání napětí. Rozdíly v kapacitě a vnitřním odporu baterií mohou způsobit nerovnováhu, proto je nutné udržovat rovnoměrné rychlosti vybíjení a nabíjení.

Je nutné zvýšit životnost baterie UPS se stejnosměrnou sběrnicí = 12V.

Abychom prodloužili životnost baterie, můžeme použít pouze identické baterie a zapojit je paralelně. Spojením baterií tímto způsobem získáme řetěz o kapacitě 200Ah a napětí =12V.

Kombinované schéma pro připojení baterie k UPS

Smíšené připojení má vlastnosti sériové i paralelní montáže. Baterie jsou vzájemně propojeny sériově a následně jsou výsledné skupiny zapojeny paralelně. Tato metoda nám umožňuje regulovat napětí a kapacitu, což nám umožňuje vytvořit bateriový blok pro téměř jakýkoli UPS. Paralelní připojení ke stávající sériově montované lince zvyšuje kapacitu baterie a tím prodlužuje její životnost.

Celková kapacita výsledné sady by neměla překročit maximální kapacitu doporučenou pro tento model UPS.

Výhody kombinovaného schématu připojení:

• Možnost individuální úpravy napětí a výkonu dle konkrétních požadavků.
• Flexibilní konfigurace.
• Optimální rovnováha mezi kapacitou a spolehlivostí.
• Optimalizace možností ukládání a přenosu energie.
• Zajistěte redundanci a flexibilitu při výběru napětí.

Mezi nevýhody patří složitost návrhu, instalace a správy a nutnost údržby. Vyvážení je nutné, aby se zabránilo přebití nebo hlubokému vybití jednotlivých prvků baterie.

Je třeba mít na paměti, že při sériovém zapojení se součet napětí všech baterií rovná celkovému napětí a celková kapacita řady připojených baterií se rovná kapacitě jedné baterie. V paralelním zapojení se napětí jedné linky a součtu rovnají a součet kapacit všech linek se rovná součtu.

Je nutné zvýšit životnost baterie UPS se stejnosměrnou sběrnicí = 24V, pokud je známo, že jsou k ní již připojeny 2 baterie 100Ah.

Abychom prodloužili životnost baterie, můžeme použít pouze identické baterie a zapojit je paralelně. Paralelním a sériovým zapojením baterií získáme řetěz o kapacitě 200Ah a napětí 24V.

Praktická doporučení a rady

Volba schématu připojení baterie k UPS závisí na DC sběrnici UPS, počtu dostupných baterií a výkonu nabíječky zabudované v UPS. Sériové zapojení je nejvhodnější pro UPS, které vyžadují vysoké napětí DC sběrnice. Paralelní připojení baterií vám umožní využít plný výkon nabíječky UPS pro dosažení maximální dlouhodobé autonomie. Kombinovaný obvod je nutný pro optimalizaci napětí a kapacity a používá se především v systémech obnovitelné energie a průmyslových záložních energetických systémů.

Někteří výrobci UPS uvádějí, které baterie jsou pro jejich produkty nejvhodnější. Pokud taková doporučení nejsou k dispozici, je vhodné se poradit s prodejcem. Při nákupu je třeba porovnat vlastnosti baterie a zdroje nepřerušitelného napájení a ujistit se, že typ baterie, její napětí, kapacita a nabíjecí proud odpovídají požadavkům UPS. I v případě částečného nedodržení mohou být důsledky vážné. Připojení baterie s nesprávným napětím tak může poškodit celý systém.

Baterie byste měli nakupovat pouze ve specializovaných prodejnách, které nejen zaručují kvalitu a pravost výrobku, ale také splňují podmínky jeho skladování – při jejich porušení může dojít zejména ke snížení kapacity baterie.

Údržba a diagnostika systémů UPS během záruční doby se provádí v souladu s pokyny přiloženými k nákupu.

Během pozáruční doby, pokud máte znalosti a dovednosti, to může uživatel provést samostatně, pozvat odborníka třetí strany nebo kontaktovat servisní středisko. Údržba zahrnuje vizuální kontrolu, odstranění prachu, kontrolu provozu baterie, sledování teplotních a vlhkostních podmínek, sledování provozních režimů a další manipulace, z nichž některé mohou provádět pouze specialisté. Veškeré práce musí být prováděny se zařízením bez napětí, s výjimkou údržby v režimu údržby bypass.

Závěr

Pochopení vlastností, rozdílů a výhod schémat připojení baterií k UPS je nezbytné pro vytvoření efektivních, spolehlivých a bezpečných systémů nepřerušitelného napájení. Správně zvolený způsob připojení baterie a nepřerušitelného napájení v souladu s konkrétními požadavky zajistí využití plného potenciálu baterií a optimální výkon systému.