Последовательное и параллельное подключение аккумуляторов

Существует три схемы соединений АКБ в сборки с нужными параметрами:

• последовательное — складывается напряжение всех АКБ
• параллельное – складывается емкость
• комбинированное (последовательно-параллельное) – используется для повышения емкости и напряжения.

Все эти схемы соединения имеют определенные особенности, которые необходимо знать для обеспечения безопасности и долговременной эксплуатации аккумуляторов и питаемых ими устройств.

Основным требованием при всех способах коммутации является исключение использования в сборке аккумуляторов, изготовленных по разным технологиям (например, нельзя соединять одновременно Li-ion и Ni-Mh аккумуляторы).

Последовательное соединение аккумуляторов

При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее. Плюс и минус крайних источников питания получившейся сборной батареи являются ее общими плюсом и минусом.

У АКБ при последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений этих аккумуляторов.

Ёмкость при последовательном соединении равна той, которую имеет самый слабый из присоединенных АКБ. При эксплуатации такой сборки через каждый элемент течет одинаковый ток (как при заряде, так и при разряде).
Если в при последовательном соединении АКБ будут использоваться аккумуляторы с разной емкостью, то у тех из них, которые имеют меньшую емкость, будет более высокое внутренне сопротивление по сравнению с другими. Падение напряжения на них будет больше, что приведет к быстрому разряду самого слабого элемента в процессе работы.
Более мощные аккумуляторы в соединении при этом еще будут работоспособны и соединенные АКБ будут эксплуатироваться дальше. Это приведет к сильному разряду самого слабого аккумулятора, что уменьшит его ресурс и емкость.
При заряде так соединённых аккумуляторов самый слабый аккумулятор зарядиться раньше других элементов, но из-за того, что остальные еще не зарядились, через него будет продолжать течь зарядной ток, который приведет к перезаряду и перегреву. Это особенно опасно для АКБ, которые содержат соединения лития из-за их повышенной чувствительности к перезаряду и сильному разряду.

Например. Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач.

Параллельное соединение аккумуляторов

В этом случае одним общим проводом соединяют все плюсы, а другим общим проводом – все минусы соединяемых аккумуляторов. Эта схема применяется тогда, когда необходима повышенная сила тока сборной батареи.

В случае параллельного соединения АКБ напряжение остается неизменным, при этом емкость является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Ее напряжение будет равно вольтажу АКБ с самым большим напряжением, и оно будет одинаково на всех источниках полученной батареи.
При параллельном соединении нескольких одинаковых источников, имеющих разное напряжение, происходит перетекание тока из источника с большим напряжением в элемент с меньшим вольтажом. Это разрушительно сказывается на тех из них, которые имеют меньшую емкость.
Из-за перетекания токов запрещается параллельно соединять одноразовые батарейки, в которых оно приводит к заряду элементов с меньшим напряжением, их перегреву, вытеканию электролита или даже взрыву.

В случае параллельного соединения источника с большим напряжением малой емкости к АКБ большей емкости, но с меньшим напряжением происходит электрическое замыкание слабого АКБ через меньшее внутреннее сопротивление сильного. Из-за этого в слабом АКБ протекает сильный ток, который приводит к его постепенному разрушению.
В случае высокого вольтажа на аккумуляторе большей емкости происходит форсированный заряд слабого элемента, что также сказывается на нем губительно. Исходя из этого, перед сборкой батареи рекомендуется выравнивать напряжения каждого ее элемента до одинакового значения.


Например. Имеем  4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач.

Комбинированное (последовательно-параллельное) соединение аккумуляторов

Возможно создавать сложные комбинированные варианты соединения аккумуляторов с одновременным использованием последовательного и параллельного соединений. Это позволяет увеличивать результирующую емкость и напряжение, что особенно необходимо в системах автономного энергообеспечения, электромобилях и других устройствах с большим потреблением электрического тока.

Например. Имеем 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В. Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач. 

Сборка комбинированной батареи может осуществляться двумя способами:

1. Составляется нужное количество последовательно соединенных сборок с необходимым напряжением, а затем они объединяются в единую батарею с помощью параллельной коммутации.
2. Создаются батареи с параллельно соединенными аккумуляторами необходимой емкости, которые затем последовательно коммутируются до набора нужного вольтажа.

Важно понимать, что даже при соблюдении всех правил соединения, невозможно подобрать элементы питания с абсолютно идентичными характеристиками. Это неизбежно приведет к разбалансировке значений емкостей и напряжений, что со временем будет приводить к повышенному износу более слабых аккумуляторов.

Меры предосторожности при подключении аккумуляторов

При всех способах соединения аккумуляторов необходимо соблюдать ряд мер предосторожностей:

• соблюдать меры безопасности по эксплуатации электроустановок для исключения поражения электрическим током (главное — не создавать цепи прохождения тока через тело человека)
• соблюдать полярность подключения
• не создавать коротких замыканий
• при сборке батарей отключать от них нагрузку
• подсоединение зарядного устройства к АКБ осуществлять тогда, когда оно отключено от сети
• работы проводить в соответствующей изолирующей одежде и обуви, без металлических предметов, которые могут упасть и замкнуть контакты
• не касаться руками клемм АКБ, в особенности двумя руками на разных полюсах (это очень опасно на мощных батареях с высоким напряжением)
• использовать специальный инструмент с изолированными частями
• не проводить работы при плохом состоянии здоровья
• учитывать токи, проходящие через сборную батарею и нагрузку и использовать подходящие по сечению проводники
• при соединении элементов в одну батарею обеспечивать надежный и изолированный от внешних воздействий контакт
• обеспечивать надежную защиту сборных батарей от коротких замыканий и попадания влаги
• использовать аккумуляторы с одинаковыми характеристиками и степенью износа
• внимательно проверять собранную батарею на наличие ошибок коммутации