Jaký je problém se sériovým zapojením baterií?

Záložní napájení (UPS) ELTENA s indexem LT jsou navrženy tak, aby poskytovaly dlouhou životnost baterie pro kritická zařízení. K tomu jsou k nim připojeny sady externích baterií. Napětí stejnosměrného obvodu (a tedy počet baterií zapojených do série) je určeno charakteristikami UPS a je uvedeno ve specifikaci. Vysoce výkonné UPS mají obvykle vyšší stejnosměrné napětí, aby se zvýšila účinnost UPS a snížily se ztráty, ke kterým dochází tam, kde protékají vysoké proudy. Pro zajištění potřebného napětí standardně bezúdržbové akumulátory (baterie) s napětím 12 Voltů. Pro získání vyššího napětí nebo zvýšení kapacity je nutné zapojit baterie do obvodu.

Při připojování baterií k záložním zdrojům, zejména při použití UPS s externími bateriemi, vyvstávají otázky a problémy s jejich spojováním do linek, zapojováním baterií do série/paralelně, stanovením kapacity a celkového napětí výsledného zapojení.

Existují 3 způsoby připojení baterií:
– sériový, ve kterém se sčítá napětí;
— paralelně, kapacita se sečte;
– kombinovaný, ve kterém jsou paralelně zapojeny řady sériově zapojených baterií.

Je tak možné stavět bateriové sady, jejichž napětí a elektrická kapacita jsou omezeny pouze pracovním prostorem, který zabírají, a počtem paralelně zapojených linek (nedoporučuje se zapojovat paralelně více než 4-5 linek) .

Za zmínku také stojí, že pro kompaktnější umístění baterií nabízí ELTENA bateriové skříně různých velikostí a kapacit.

Způsoby připojení baterií k UPS (UPS)

• Sériové zapojení baterií
• Paralelní připojení baterií
• Kombinované zapojení na příkladu UPS ELTENA Monolith E1000LT

Sériové zapojení baterií

Když jsou baterie zapojeny do série, napětí (U) se sčítá, když je připojena zátěž, z každé baterie teče proud rovný celkovému proudu v obvodu. Kapacita (E) systému zůstává stejná jako kapacita jedné z baterií v tomto obvodu. Například: Zapojili jste 3 baterie 12 V a 100 Ah sériově do obvodu. Výsledkem je, že na svorkách zdroje nepřerušitelného napájení dostanete U=3*12=36 V, E=100 Ah.

Při sériovém zapojení není přípustné používat baterie různých kapacit, různých typů a s různým nabíjecím napětím. Doporučujeme, abyste pomocí tohoto schématu připojovali pouze baterie od stejného výrobce, se stejnými vlastnostmi a nejlépe ze stejné šarže. Také délka a odpor propojovacích vodičů musí být stejný. Pokud tato podmínka není dodržena, může se na svorkách baterie objevit různá napětí. Baterie s nižší úrovní nabití budou přebité a baterie s nejvyšší úrovní nabití budou při provozu v síťovém režimu přebity (nabíjecí napětí bude nadhodnoceno, což povede ke zvýšenému opotřebení nebo selhání baterie).

Paralelní připojení baterií

Paralelní zapojení baterie vám umožní zvýšit kapacitu baterií (a tím i životnost baterií vašeho zařízení) bez změny napětí stejnosměrného obvodu. To bude užitečné, pokud chcete připojit více baterií k UPS, která běží na 12V Například máte UPS s 12V obvodem a máte 3 baterie, každá 100Ah. Při paralelním zapojení na svorkách UPS dostaneme U=12 V, E=3*100=300 Ah.

Kombinované připojení pomocí příkladu UPS ELTENA Monolith E1000LT

Životnost baterií nepřerušitelného zdroje napájení (doba provozu baterie) s konkrétní zátěží závisí pouze na kapacitě baterií připojených k UPS. Zvýšení životnosti baterie, při konstantní zátěži, je možné pouze zvýšením kapacity baterie, tzn. paralelní připojení ke stávající sadě přídavných linek (sestav) s U=24 V (dvě baterie zapojené sériově) a zároveň je velmi důležité, aby celková kapacita výsledné sestavy nepřesáhla maximum doporučené pro toto UPS.

Je nutné si pamatovat:
— při sériovém zapojení se součet napětí všech baterií rovná součtu (v tomto případě dvou baterií 24 V) a celková kapacita řady dvou sériově zapojených baterií se rovná součtu kapacita každé jedné baterie (v tomto případě 45 Ah).
– při paralelním zapojení vedení (sestavy) se napětí jednoho vedení a součtu rovnají (v uvažovaném příkladu – 24 V) a součet kapacit všech vedení se rovná součtu (v případě pod protihodnota – E = 45 * 3 = 135 Ah).

U UPS Monolith E1000LT je doporučená kapacita bateriové sady do 150 Ah. V souladu s tím je možné pro zvýšení doby autonomie dodatečně zapojit paralelně dvě řady dvou 45 Ah baterií zapojených do série k již fungujícím 45 Ah bateriím. Získáme sadu baterií U=24 V, E=135 Ah.

Pro správný výběr nepřerušitelných zdrojů napájení nebo baterií pro konkrétní UPS, výběr jejich typu, kapacity a způsobu zapojení do obvodu doporučujeme konzultaci s našimi techniky. Vybereme pro vás optimální konfiguraci UPS + baterie, spočítáme životnost baterie zařízení a nabídneme nejlepší cenu za nepřerušitelné zdroje napájení!

Již dříve jsme psali, že u UPS se NEDOPORUČUJE používat startovací baterie do auta.

Dotazy zasílejte na email: [email protected]
Nebo telefonicky: +7 (495) 787-68-54 (09:30 – 18:00 moskevského času)

Pro získání autonomního zdroje dostatečně vysokého výkonu jsou baterie kombinovány do baterií. V každém elektrickém obvodu dochází ke ztrátám v důsledku zahřívání vodičů. Proto je výhodnější přenášet výkon při vysokém napětí, aby se snížily proudové a ohmické ztráty. Výkon nebo poměr energie k hmotnosti baterie se vypočítá jako součin její kapacity a napětí.

Výkonné autonomní zdroje energie jsou baterie 48, 60, 72 V nebo jiného napětí, skládající se z článků zapojených do série. To je výhodnější než sestavování paralelního obvodu na 12 V, protože s rostoucím napětím se zvyšuje účinnost zařízení pro ukládání energie. Baterie jsou zapojeny paralelně, když je potřeba vysoký proudový výstup. Při paralelním spínání se kapacita článku sečte a na něm závisí přípustné vybíjecí a nabíjecí proudy.

Proč zapojovat články do série?

Baterie jsou zapojeny do série, aby se sčítal jejich napětí. To vám umožní získat baterie libovolného napětí: 12, 18, 24, 36, 48, 60, 72 V atd. Například jmenovité napětí většiny Li-ion článků je 3,6 nebo 3,7 V. Při sériovém zapojení dvou baterií dostaneme celkové napětí 7,2 nebo 7,4 V a při sestavení baterie o 10 článcích (obvod 10S) – 36 nebo 37 voltů. Baterie subtypu LiFePO4 mají jmenovité napětí 3,2 V. Podle toho, když jsou sestaveny do série podle obvodu 15S, získáme baterii 48 V.

Pro baterie subtypu LTO je jmenovité napětí 2,3 V, pro Li-Pol – 3,7 V, pro Ni-Cd a Ni-MH – 1,2 V. Baterii požadovaného napětí lze sestavit z libovolných prvků, ale každá sestava musí obsahovat články, které jsou ve všech ohledech shodné. Pokud při sčítání hodnot není možné získat specifikované napětí baterie, je vhodné zaokrouhlit vypočítaný počet baterií směrem nahoru, abyste získali dodatečnou rezervu výkonu.

Princip sériového zapojení

Při tomto způsobu přepínání jsou baterie zapojeny do série do jednoho řetězce. Plus první „banky“ je spojen s mínusem druhé baterie, plus druhé s mínusem třetí atd. Výsledkem je řetězec se 2 volnými póly: záporný pól první „banky“ a kladný pól poslední baterie. Tyto volné kontakty slouží k připojení baterie k externímu obvodu.

Při zapojení několika článků do série v baterii získáme:

• napětí rovné součtu napětí všech prvků;
• kapacita rovna kapacitě jedné „plechovky“ (kapacity všech článků musí být stejné, jinak bude mít baterie vlastnosti nejslabšího článku);
• vnitřní odpor – součet všech článků;
• Úroveň proudového výstupu je stejná jako u jednotlivých prvků v baterii.

Způsob zapojení baterií do série umožňuje zvýšit napětí baterie na libovolnou hodnotu, ale kapacita a vybíjecí proud baterie zůstanou nezměněny. Budou se rovnat odpovídajícím charakteristikám jednoho prvku. Pro normální provoz baterie je důležité, aby se kapacity všech „plechovek“ co nejvíce shodovaly.

Co se děje v sériovém obvodu různých článků?

Předpokládejme, že máme sériově zapojenou baterii baterií stejného typu chemie, ale různé kapacity. Například Li-ion články Samsung 25R 18650 s kapacitou 2500 mAh s vnitřním odporem 18 mOhm a Samsung 30Q 18650 s charakteristikami 3000 mAh a 20 mOhm. Když je zátěžový nebo nabíjecí obvod uzavřen, hodnota proudu pro všechny články bude stejná, ale změny napětí se budou lišit.

Kvůli tomu bude při nabíjení napětí na článcích Samsung 25R nad stanovenou maximální hranicí a při vybíjení pod minimální hranicí. Přebíjení článků způsobuje jejich přehřívání a může způsobit požár, zatímco hluboké vybíjení poškozuje vnitřní strukturu, urychluje proces stárnutí a zkracuje životnost baterie.