Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Особенности соединения и зарядки литиевых аккумуляторов

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное. При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется бмс, бэттери мониторинг систем, она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда я напомню литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод. Но ещё существует такая штука, как балансировка ячеек. Специальный зарядный контроллер грубо говоря имеет доступ к каждой ячейке и персонально заряжает ее на 100% независимо от остальных. В интернете есть куча схем на стабилитронах и прочей рассыпухе, но мы здесь с вами не для этого, мы паять не любим. Для двух и трех аккумуляторов есть модуль защиты зарядки и балансировки, но я опять же собрал вас здесь сегодня не для этого.

Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково. Иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно, но не очень желательно использовать аккумуляторы с разной емкостью. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели. То есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать. Делать так опять же не очень желательно, но можно.

Перейдем к делу. Допустим мы хотим использовать аккумуляторы последовательно, для увеличения напряжения. По хорошему, чтобы правильно использовать такую сборку, аккумуляторы должны быть одной емкости, желательно из одной партии на производстве, а также перед соединением они должны быть заряжены до одного напряжения. Такую идеальную сборку можно заряжать напряжением, равным сумме максимальных напряжений для лития, то бишь 4.2В. для этого подойдут готовые блоки питания, вставил в розетку и заряжаешь. Либо понижающий модуль, настроенный на нужное напряжение? Или например лабораторный блок пиатния. Но в мире нет ничего идеального, поэтому более правильно будет заряжать через бмс, которая отключит батарею если один из аккумуляторов зарядится на 100%. А еще более правильно будет использовать зарядник с балансировкой ячеек, который тоже стоит денег.

Схемы Подключения Литиевых Аккумуляторов

Правило 6. На этом этапе ЗУ поддерживает на аккумуляторе напряжение 4.


Имеется функция предварительного заряда см. Вариант зарядки от USB можно собрать, например, на такой печатной плате.

Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения, так как они обладают самым малым прямым напряжением при работе.
TP4056 — Модуль заряда Li-ion аккумуляторов c контроллером заряда

Однако, освещение вопроса зарядки литиевых аккумуляторов было бы неполным, если бы не был упомянут еще один этап заряда — т.

Работает очень просто.

Об этом Гайвер снял видео, поэтому не тратьте время, посмотрите его, там об этом максимально досконально.

Прежде, чем использовать какой-либо из аналогов, сверяйтесь по даташитам.

Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов является крайне нежелательным их длительное нахождение под повышенным напряжением, которое обычно обеспечивает ЗУ то есть 4.

Переделка батареи шуруповерта Диолд 18 В на Li-Ion 4S 16,8 В

Заголовок по умолчанию

Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора включая этап предзаряда схематично изображены на этом графике: Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое.

Правило 1. Если Вы авторизуетесь на сайте в качестве пользователя, Вы будете получать уведомления о новых материалах на сайте.

И что делать бедному радиолюбителю?

Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока. Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны: Если говорить об , то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее.

Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки.

Мощность резистора R1 — не менее 1 Ватт.

Ток заряда составляет — мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP зависит от производителя. А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо.
Последовательное подключение аккумуляторов

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное.

Давайте рассмотрим как это нужно делать. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное. Последовательное соединение: При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке.

Балансир включает стабилитрон TLA и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40 Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. MCP Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX

Если разобрать аккумулятор от мобильного телефона, мы обнаружим внутри вот такое нехитрое устройство: Это и есть плата защиты аккумулятора. Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов — сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля.

Вряд ли. Как же течёт ток по такой цепи, когда срабатывает защита от переразряда?


Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. И можно подключать аккумулятор. Вручную трудно выставлять и поддерживать на обычном блоке питания указанные выше режимы, поэтому лучше всё-таки использовать специальные микросхемы, предназначенные для автоматизации процесса заряда схемы смотрите в этом разделе.

Параллельное соединение батарей с формулами Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2. Одновременно с этим создаются все предпосылки для перегрева и разгерметизации. Сразу предупредим, что зарядка этого типа аккумуляторов является довольно опасной, если сделать это неправильно.

Подобная схема приведена в следующем варианте. Вот как эта плата установлена в литий-ионный АКБ. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке. Аккумулятор разрядился ниже 2,5V. Единственное, что он не умеет делать автоматически, это принимать решение о полной зарядке аккумулятора и отключаться.
Плата защиты LI-ION — КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Содержание / Contents

Именно этот способ использует компания Sony во всех своих зарядниках.

Читайте также  Отображение изображения с sd-карты

При параллельном соединении пяти аккумуляторов получаем емкость равную мАч.

Во-первых есть ассортимент специализированных микросхем.

Зарядка при помощи лабораторного блока питания Если в вашем распоряжении имеется блок питания с защитой ограничением по току, то вы спасены! То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.

При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Что бы получить 11,1 В нужно соединить последовательно три батареи. Если в ваш аккумулятор встроена плата защиты, о которых речь шла чуть выше, то все упрощается.

Вот таким образом: Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 R4 добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент. Во избежание недопустимого разряда, подключайте схемы индикаторов после выключателя питания или используйте схемы защиты, предотвращающие глубокий разряд. Здесь ток задается резистором, подключенным к 5-ому выводу микросхемы. Если заряжаете 3s — берёте три телефонных зарядки и подключаете каждую к одному модулю.

Приведенные в статье схемы только лишь сигнализируют о низком напряжении на аккумуляторе. Ну а транзистор TIP41 можно заменить любым другим с подходящим током коллектора.

В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА.
Самый дешёвый способ зарядки аккумуляторов с балансировкой

Соединение литиевых аккумуляторов в батарею

Можно, ли использовать элементы питания одинаковые по напряжению и типу (Li-ion) но разные по емкости, разных производителей?
Если нет, то почему? и можно ли (теоретически) исправить ситуацию специальным контроллером?
Как устроена защита от взрыва Li-Ion?

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Последний раз редактировалось GarryBig Пт май 04, 2012 10:48:01, всего редактировалось 3 раз(а).

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

При замене в современном автомобиле электромеханических реле на интеллектуальные силовые ключи PROFET производства Infineon необходимо учитывать особенности их коммутации по сравнению с «сухими контактами» реле, а также особенности управления с их помощью различными типами нагрузок.

Ну мы и говорим про литиевые. Т.е. идентичность полная: емкость, напряжение, внутреннее сопротивление?

А можно неодинаковость элементов питания компенсировать электроникой?

Вебинар посвящен проектированию и интеграции встроенных и внешних антенн Quectel для сотовых модемов, устройств навигации и передачи данных 2,4 ГГц. На вебинаре вы познакомитесь с продуктовой линейкой и способами решения проблем проектирования. В программе: выбор типа антенны; ключевые проблемы, влияющие на эффективность работы антенны; требования к сертификации ОТА; практическое измерение параметров антенн.

_________________
In theory, theory and practice are the same. In practice, they’re not.

Спасибо за заботу, я понимаю что аккумулятор опасен, смотрел видео на ютьюбе, как взрывается литий в воде, или как взрываются пробитые аккумуляторы, но мы же находимся в «Теории». Потому прошу оставить обсуждение последствий и целесообразность данного мероприятия, их можно будет потом обсудит в «практике», а оставим только саму возможность этих последствий.

На том же Ютюбе я смотрел ролик китайской компании (сейчас уже не вспомню названия) где показывалась огромная сборка цилиндрический литиевых аккумуляторов. Прямо во время работы сборки сотрудник протыкал один из аккумуляторов, он выгорал а остальные продолжали работать, далее он вкручивал саморез в другой аккумулятор, а сборка продолжала работать. только немного понижалось напряжение.

_________________
In theory, theory and practice are the same. In practice, they’re not.

А банки были разных производителей? Вы их емкость замеряли/сверяли? Большой разброс?

Я подумал, может если разброс будет небольшой, то одна банка просто подзарядит другую, и дальше они равномерно буду отдавать заряд?

Даже при большом разбросе из-за различий во внутреннем сопротивлении банки сами распределяют между собой ток разряда. Кто мощнее, то больше и отдаёт, социальная справедливость
Сильно разные по ёмкости ( в 2-3 раза) может и не имеет смысла в параллель ставить, всё равно они особо ничего не добавят, проще подобрать другой, близкий по емкости элемент.

Только ещё раз, нюанс — перед соединением я их всех заряжал до одинакового напряжения, чтобы не было уравнивающих токов. Соединять элементы сильно заряженные и сильно разряженные чревато. Это я к тому, что где-то видел идею-фикс дозаряжать акки в мобиле простым подключением другого элемента. Так вот это — неправильно и ни к чему хорошему не приведет. Даже если они и не перегреются, всё равно из-за превышения максимальных токов заряда-разряда долго служить не будут.

_________________
In theory, theory and practice are the same. In practice, they’re not.

Так, а если теоретически:
Напряжение полностью заряженного аккумулятора 4.2 В. Не зависимо от его емкости. Полностью разряженного — 2.7. Это напряжения при которых контроллер прекращает заряжать/отключает батарею.
Для наглядности возьмем аккумуляторы 2500 и 1250 mAh.
Если больший аккумулятор заряжен на 100% а меньший разряжен полностью. Соответственно больший аккумулятор будет заряжать меньший, причем сила тока будет неконтролируемая (они же запараллелены), а учитывая что внутреннее сопротивление Li-ion аккумулятора примерно 60-120 mOm (не уверен, я путаюсь в этих единицах), для большого аккумулятора это будет короткое замыкание? т.е. перегрев и возможно взрыв?

А если они изначально заряжены на 100-90%, то соответственно один аккумулятор подзарядит другой и они будут дружно работать в паре, заряжаясь и разряжаясь кратно своему объему?

_________________
In theory, theory and practice are the same. In practice, they’re not.

Ну вот, Вы меня обрадовали. Теперь подведем итоги:
Если взять 3 новых, исправных аккумулятора на 2500 + 1250 +1250, зарядить их до одинакового напряжения, «уравновесить» напряжение соединив их параллельно, например, через ресистор (чтобы вдруг не возникло больших токов). Потом капитально соединить параллельно и к контроллеру от аккумулятора на 2500, то получим аккумулятор на 5000 mAh. Который будет заряжаться, учитывая ограничитель в контроллере, в 2 раза дольше, чем на 2500 mAh.

В данном случае остается только один вопрос — как организовать тепловую защиту реализованную в контроллере, ведь она будет работать только для одной банки.

А если запараллелить три таких аккумулятора но каждый со своим «родным» контроллером?

Вообще я, наверно, покривил душой, сказав, что источники напряжения совсем нельзя подключать параллельно. Действительно, если взять несколько достаточно близких по характеристикам (идеально одинаковых не найти никогда), одинаково заряженных источника, соединить параллельно, то должно происходить что-то следующее.

Если при разряде один из источников разрядится сильнее, то за счёт чуть пониженного напряжения и чуть увеличенного внутреннего сопротивления ток его разряда ослабнет, распределившись на другие элементы. Это приведёт к выравниванию уровня разряда. В то же время, если по какой-то причине источник разрядится слабее, то ток его разряда возрастёт, и это тоже приведёт к выравниванию уровня разряда источников.

Что-то аналогичное, возможно, будет происходить и при заряде аккумуляторов. Однако, эти процессы могут приводить к эксплуатации аккумуляторов в чрезвычайно суровых условиях, выходящих за рамки установленные в даташитах, а это приведёт, в свою очередь, к ускоренному их износу или вообще мгновенному выходу из стоя. Так что надо быть очень внимательным.

Не совсем так. Это верно, если нагрузка постоянная. Тогда напряжения на аккумуляторах выровняются (за счёт распределения токов, и установления определённых внутренних сопротивлений и напряжений). Однако если нагрузка резко изменится, то это приведёт к тому, что аккумуляторам потребуется снова перераспределить токи, чтобы выровнять свое напряжения (учитывая внутреннее сопротивление и напряжение). Во время перераспределения через какие-то элементы будут течь существенно большие токи чем ранее. Кроме то, снизится КПД (особенно при полном отключении нагрузки, когда аккумуляторы будут перезаряжать сами себя). Происходить так будет от того, что аккумуляторы всё-таки не идеально одинаковые и кривые разряда у них идут не один-в-один на всех участках.

Отсюда три вывода: во-первых подбирать как можно более одинаковые аккумуляторы (строя для каждого кривые разряда), во-вторых не брать от батареи аккумуляторов ток больший, чем может обеспечить один аккумулятор, в-третьих желательна постоянная нагрузка.

Но ведь если я использую коммуникатор со стандартным аккумулятором на 2500, то использование батареи 2500 +1250+1250 никак не может вывести условия за рамки даташитов производителей. Большой аккумулятор будет отдавать намного меньше энергии, режимы работы ведь не изменились. А маленькие будут ему помогать, тем более их 2 одинаковых и они явно, между собой, распределят нагрузку поровну.
Опять же даже если взять два по 1250, в сумме они как раз 2500, как стандартный аккумулятор. Соответственно «потянут» этот коммуникатор без проблем. А тут еще и большой им в подмогу)))

позвольте внести свою лепту (это только моя теория, просьба не материть и не ругать) — а может, соединить, но только через диоды, а дальше к контроллеру?
вот только придется заряжать элементы по отдельности, ну или попробовать сконструировать «включатель заряда», который будет выполнен на резисторах (в свою очередь предварительно отрегулированных для того, чтобы каждой емкости отдавался свой ток для полного заряда за одинаковое время).
например, есть 2500мА, и 1250мА. минусовые клеймы соединяются. от плюсов подключаются диоды, чтобы ток не смог бегать от одной емкости к другой, дальше к контроллеру. А заряд нужно будет делать через один резистор к одной емкости, т.е кол-во емкостей = кол-во резисторов, номинал подбирается для ограничения тока заряда, чтобы не было ситуации в стиле — один перезарядил, второй недозарядил (к примеру, 1250мА полностью заряжается за 2 часа при 100мА, а 2500мА заряжается за 4 часа при том же токе заряда, т.е нужно чтобы все емкости заряжались 4 часа, а чтобы маленькие не перезарядить, им нужно ограничивать ток до такого, чтобы емкость маленькая заряжалась за то же время, что и большая, т.е, если брать 1250 и 2500мА, ток заряда для 1250 должен быть в два раза меньше, чем 2500мА. )
из минусов — городить 4 диода (2 к контроллеру от плюсовых, и 2 от ЗУ к плюсовым, 2 резистора на заряд емкостей, и все же не хочется обходить базовый контроллер заряда (т.е. если так емкости соединить, заряжать их в устройстве где торчит контроллер заряда нельзя))
или городить n-канальный контроллер заряда-разряда (n=количество емкостей), и контроллер должен знать кому сколько отдавать.

Читайте также  Звуковое реле включения света

З.Ы. Есть подозрение, что если так сделать, ток всеравно будет бегать, но уже по минусовой клейме (тогда нужно будет и по минусу добавлять диоды)

гуру Li-on АКБ прошу не ругать. это всеголишь предположение.

_________________
Быстро, Качественно, Недорого.
Выбрать можно только 2 варианта.

а что будет если схему доработать путем замены диодов на сборки полевиков ?
тип как в китайском мобильном аккуме — полевик на заряд и на разряд

на практике, какие грабли могут ждать на этом пути ??
нужна батарейка с напругой около 17-21В,емкость от 5АЧ(аккумы для ЮПС не предлагать))

кстати если аккумы лежат в одной коробке(банки для ноутов, стандартная коробка на 50 шт) — можно ли считать, что они идентичны ?? т.е можно в ноут засунуть ?

_________________
вместо спасибо лучше накиньте кармы,а что чакры запылились

Особенности последовательного и параллельного подключения литиевых аккумуляторов

Статья обновлена: 2021-06-10

Для получения аккумуляторной батареи с заданными значениями емкости и напряжения аккумуляторы соединяются по определенной схеме – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. Для увеличения вольтажа сборки элементы питания соединяются последовательно, а для набора нужной емкости и суммирования силы тока ячеек – параллельно.

Количество последовательных соединений в сборке указывается числом возле буквы S (от английского слова series), а количество параллельных соединений – числом возле буквы Р (от слова parallel). Например, если АКБ собрана по схеме 12S14P, то она состоит из 12 последовательных и 14 параллельных соединений.

Особенности последовательного подключения литиевых аккумуляторов

Для последовательной сборки нужно брать элементы одного типа и равных размеров, с идентичными величинами емкости и напряжения, желательно – с совпадающими датами выпуска и номерами моделей. Если в сборке окажется «слабое звено», оно приведет к дисбалансу батареи. Но проблемный элемент питания может проявить себя не сразу.

Поэтому нужно раз в полугодие измерять напряжение на каждом элементе системы и при выявлении дисбаланса выполнять балансировку:

  1. если разброс по напряжению не превышает 0,1 В, это отлично, но в целях профилактики рекомендуется 1 раз в полугодие делать выравнивающий заряд;
  2. если разброс превышает 0,1 В, рекомендуется выполнить балансировку;
  3. если разброс превышает 0,2 В, балансировка обязательна.

Балансировка аккумуляторов

Эта процедура не допускает избыточного заряда одних элементов и недостаточной зарядки других. Такой дисбаланс приводит к преждевременному износу аккумуляторов, а балансировка не допускает этого. Для автоматического выравнивания заряда на ячейках используются специальные устройства – балансиры.

Простейший метод балансировки – провести цикл выравнивающего заряда при увеличенном зарядном напряжении на протяжении суток. Напряжение выравнивающего заряда берется около 2,4 В на ячейку вольтажом 2 В, 14,4 В – на аккумулятор 12 В, 28,8 В – на батарею 24 В и т.д. Точные значения напряжения выравнивающего заряда для конкретной батареи следует уточнить у производителя.

Альтернативный вариант балансировки (если 1 метод не помогает) – выравнивающая зарядка АКБ по отдельности с использованием зарядного устройства и сети 220 В. Если после этого разбалансировка составит более 0,1 В, необходимо повторно зарядить батарею с меньшим напряжением.

Особенности параллельного подключения Li-Ion батарей

Для параллельного соединения желательно брать аккумуляторы равной емкости и идентичной модели. И хотя требования в этом случае менее строгие, различия в характеристиках аккумуляторов провоцируют неравномерное распределение зарядных токов и снижение ресурса батареи.

При параллельном подключении Li-Ion аккумуляторов или батарей необходимо правильно подключать нагрузку «по диагонали» и использовать перемычки равной длины. Это необходимо для балансировки токов заряда-разряда каждого элемента и увеличения ресурса батареи.

Комбинированное соединение

При последовательно-параллельном соединении элементов учитываются рекомендации по обоим способам подключения. Литий-ионные аккумуляторы отлично подходят для создания батарей с любыми характеристиками, но нужно строго контролировать напряжение и силу тока каждого элемента. Для этого используются специальные платы защиты и мониторинга элементов – BMS.

Один из наиболее частых вопросов — «Мне нужно больше мощности! У вас есть батарея, которая может дать мне больше вольт или больше ампер? » Ответ положительный. Все наши батареи могут быть подключены для получения большей мощности для работы более мощных двигателей (напряжение — v) или дополнительной емкости (ампер-часы — Ач). Это называется последовательным подключением батареи или параллельной литиевой батареей.

Последовательное подключение батареи — это способ увеличить напряжение батареи. Например, если вы последовательно подключите две из наших батарей на 12 В и 10 Ач, вы получите одну батарею на 24 В и 10 ампер-часов. Поскольку многие электродвигатели в байдарках, велосипедах и скутерах работают от 24 вольт, это обычный способ подключения батарей.

Подключение батареи к литиевым батареям Параллельное подключение — это способ увеличить время работы батареи в ампер-часах (т.е. сколько времени батарея будет работать от одной зарядки). Например, если вы подключите две из наших батарей 12 В, 10 Ач параллельно, вы получите одну батарею на 12 В и 20 ампер-часов. Поскольку многие небольшие электродвигатели, солнечные панели, жилые дома, лодки и большая часть бытовой электроники работают от 12 вольт, это обычный способ создания батареи, которая прослужит очень долго.

Последовательное соединение предполагает соединение 2 или более батарей вместе для увеличения напряжения аккумуляторной системы, но сохраняет тот же номинальный ток в ампер-часах. Помните, что при последовательном подключении каждая батарея должна иметь одинаковое напряжение и емкость, иначе вы можете повредить батарею. Чтобы подключить батареи последовательно, вы подключаете положительный полюс одной батареи к отрицательной клемме другой, пока не будет достигнуто желаемое напряжение. При последовательной зарядке аккумуляторов необходимо использовать зарядное устройство, соответствующее напряжению системы. Мы рекомендуем заряжать каждую батарею индивидуально с помощью зарядного устройства с несколькими банками, чтобы избежать дисбаланса между батареями.

Если вы думаете об электричестве как о воде, протекающей по системе труб, напряжение лучше всего рассматривать как давление воды, а также как метрику, с помощью которой мы можем измерить силу протекания электрического тока. Ампер — это размер трубы, по которой течет вода, и, следовательно, показатель, с помощью которого мы измеряем, сколько мощности мы можем выдать в данный момент. Ампер-часы в данном случае аналогий с водопроводом — это мера того, сколько галлонов воды проходит по вашим трубам с течением времени.

Я всегда находил это изображение (и многие подобные изображения в Интернете) полезным для объяснения электричества.

Основы

Батарейные блоки конструируются путем последовательного соединения нескольких ячеек; каждая ячейка добавляет свое напряжение к напряжению на клеммах батареи. Рисунок 1 Ниже показана типичная конфигурация стартерной батареи BSLBATT 13.2 В LiFePO4.

Батареи могут состоять из комбинации последовательного и параллельного подключения. Ячейки параллельно увеличили ток обработки; каждая ячейка добавляет к общей сумме ампер-часов (Ач) батареи. BSLBATT B-LFP12V 12AH является примером последовательной и параллельной конфигурации литиевых батарей. Конфигурация B-LFP12V 12AH, 13.2 В / 12.4 Ач, показана на Рисунок 2.

Более слабая ячейка в последовательно соединенных ячейках вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи определяется мощностью самого слабого элемента (аналогично слабому звену в цепи). Слабый элемент может не выйти из строя сразу, но может быть разряжен (падение напряжения ниже безопасного уровня, 2.8 В на элемент) быстрее, чем сильный элемент при разрядке. При зарядке слабый элемент может заполниться раньше здорового и перезарядиться (напряжение превышает 3.9 В на элемент). В отличие от слабого звена в цепной аналогии, слабый элемент вызывает нагрузку на другие здоровые элементы в батарее. Элементы в групповых блоках должны быть согласованы, особенно при воздействии высоких зарядных и разрядных токов. Рисунок 3 ниже показан пример батареи со слабым элементом.

Система управления батареями (BMS) Защита ячеек

BMS непрерывно контролирует напряжение каждой ячейки. Если напряжение одной ячейки превышает другие, схемы BMS будут работать, чтобы снизить уровень заряда этой ячейки. Это гарантирует, что уровень заряда всех ячеек остается равным, даже при высоком разряде (> 100 Ампер) и токе заряда (> 10 Ампер).

Ячейка может быть необратимо повреждена, если перезарядить (перенапряжение) или разрядить (истощить) только один раз. BMS имеет схему для блокировки зарядки, если напряжение превышает 15.5 В (или если напряжение какой-либо ячейки превышает 3.9 В). BMS также отключает аккумулятор от нагрузки, если он разряжен до уровня менее 5% (состояние чрезмерной разрядки). Чрезмерно разряженная батарея обычно имеет напряжение менее 11.5 В (

Несколько батарей, подключенных последовательно и / или параллельно (каждая батарея со своей собственной BMS)

Батареи BSLBATT на 13.2 В могут использоваться последовательно или параллельно для достижения более высоких рабочих напряжений и / или емкости для вашего конкретного применения. Важно использовать батареи одной модели с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать батареи разного возраста.

Читайте также  Как рассчитать расход электричества?

Если не указано иное, батареи BSLBATT одобрены для использования до двух серий и или двух литиевых батарей, работающих параллельно, без дополнительной внешней электроники. Это ограничение применяется из-за того, что импеданс, емкость или скорость саморазряда между ячейками могут различаться. Ограничение допускает нормальные изменения в одной батарее без неблагоприятного воздействия на другую батарею.

Кроме того, ограничения и рабочие пределы допускают ненормальные условия, такие как слабый или неисправный элемент в одной батарее. Обратите внимание, что характеристики конкретной батареи отличаются, когда она используется в последовательном режиме. См. Раздел ниже «Максимальные пределы безопасной эксплуатации» для получения информации о номинальных характеристиках батареи.

Всегда предпочтительнее использовать одну батарею на 26.4 В вместо двух последовательно соединенных батарей на 13.2 В, поскольку одна батарея может внутренне контролировать каждую из 8 последовательно соединенных ячеек и обеспечивать сбалансированный уровень заряда всех ячеек.

Провода и соединители, используемые для создания параллельной группы батарей последовательно / литиевых батарей, должны быть рассчитаны на ожидаемые токи.

Не подключайте литиевые батареи серии BSLBATT к другим химическим батареям.

На изображении ниже два 12В батареи соединены последовательно, что превращает этот аккумуляторный блок в систему 24 В. Вы также можете видеть, что у банка все еще есть номинальная емкость 100 Ач.

Параллельное соединение предполагает соединение 2 или более батарей вместе для увеличения емкости батарейного блока в ампер-часах, но ваше напряжение остается неизменным. Для параллельного подключения батарей положительные клеммы соединяются вместе с помощью кабеля, а отрицательные клеммы соединяются вместе другим кабелем, пока вы не достигнете желаемой емкости.

Параллельное соединение литиевых батарей не предназначено для того, чтобы позволить вашим батареям питать что-либо с выходным напряжением, превышающим его стандартное выходное напряжение, а скорее увеличивает время, в течение которого они могут обеспечивать питание оборудования. Важно отметить, что при зарядке батарей, подключенных параллельно к литиевым батареям, увеличенная емкость в ампер-часах может потребовать более длительного времени зарядки.

В приведенном ниже примере у нас есть две батареи на 12 В, но вы видите, что ампер-часы увеличиваются до 200 Ач.

Теперь мы подходим к вопросу: «Могут ли батареи BSLBATT подключаться последовательно или параллельно?»

Стандартная линейка продуктов: наши стандартные литиевые батареи могут быть подключены последовательно или параллельно в зависимости от того, что вы пытаетесь выполнить в своем конкретном приложении. BSLBATT В технических данных указано количество батарей, которые могут быть подключены последовательно в зависимости от модели. Обычно мы рекомендуем для нашего стандартного продукта не более 4 параллельно подключенных батарей, однако могут быть исключения, которые позволяют использовать больше в зависимости от вашего приложения.

Важно понимать разницу между параллельной и последовательной конфигурациями и их влияние на производительность вашего блока батарей. Независимо от того, ищете ли вы увеличения напряжения или емкости в ампер-часах, знание этих двух конфигураций чрезвычайно важно для максимального продления срока службы литиевой батареи и общей производительности.

У вас больше вопросов?
Посетите наш Часто задаваемые вопросы страницу с наиболее часто задаваемыми вопросами о литиевых батареях.

Готовы приобрести следующий аккумуляторный блок?
Ознакомьтесь с нашей полной линейкой литиевых батарей.

ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

Сейчас всё большую популярность набирают литиевые аккумуляторы. Особенно пальчиковые, типа 18650, на 3,7 В 3000 мА. Ни сколько не сомневаюсь, что ещё 3-5 лет, и они полностью вытеснят никель-кадмиевые. Правда остаётся открытым вопрос про их зарядку. Если со старыми АКБ всё понятно — собирай в батарею и через резистор к любому подходящему блоку питания, то тут такой фокус не проходит. Но как же тогда зарядить сразу несколько штук, не используя дорогие фирменные балансировочные ЗУ?

Теория

Для последовательного соединения аккумуляторов, обычно к плюсу электрической схемы подключают положительную клемму первого последовательное соединение аккумуляторов аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к минусу блока. Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Значит если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Энергия, накопленная в АКБ, равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

Литий-ионные батареи просто подключить к БП нельзя — нужно выравнивание зарядных токов на каждом элементе (банке). Балансировку проводят при зарядке аккумулятора, когда энергии много и её можно сильно не экономить и поэтому без особых потерь можно воспользоваться пассивным рассеиванием «лишнего» электричества.

Никель-кадмиевые АКБ не требуют дополнительных систем, поскольку каждое звено при достижении его максимального напряжения заряда перестает принимать энергию. Признаки полного заряда Ni-Cd — это увеличение напряжения до определенного значения, а затем его падение на несколько десятков милливольт, и повышение температуры — так что лишняя энергия сразу превращается в тепло.

У литиевых аккумуляторов наоборот. Разрядка до низких напряжений вызывает деградацию химии и необратимое повреждение элемнта, с ростом внутреннего сопротивления. В общем они не защищены от перезаряда, и можно потратить много лишней энергии, резко сокращая тем самым время их службы.

Если соединить несколько литиевых элементов в ряд и запитать через зажимы на обоих концах блока, то мы не можем контролировать заряд отдельных элементов. Достаточно того, что одно из них будет иметь несколько более высокое сопротивление или чуть меньшую емкость, и это звено гораздо быстрее достигнет напряжения заряда 4,2 В, в то время как остальные будут еще иметь 4,1 В. И когда напряжение всего пакета достигнет напряжение заряда, может оказаться, что эти слабые звенья заряжены до 4,3 Вольт или даже больше. С каждым таким циклом будет происходить ухудшение параметров. К тому же Li-Ion является неустойчивым и при перегрузке может достичь высокой температуры, а, следовательно, взорваться.

Чаще всего на выходе источника зарядного напряжения ставится устройство, называемое «балансиром». Простейший тип балансира — это ограничитель напряжения. Он представляет из себя компаратор, сравнивающий напряжение на банке Li-Ion с пороговым значением 4,20 В. По достижении этого значения приоткрывается мощный ключ-транзистор, включенный параллельно элементу, пропускающий через себя большую часть тока заряда и превращающий энергию в тепло. На долю самой банки при этом достается крайне малая часть тока, что, практически, останавливает ее заряд, давая дозарядиться соседним. Выравнивание напряжений на элементах батареи с таким балансиром происходит только в конце заряда по достижении элементами порогового значения.

Упрощённая схема балансира для АКБ

Вот упрощённая схема балансира тока на базе TL431. Резисторы R1 и R2 устанавливают напряжение 4,20 Вольт, или можно выбрать другие, в зависимости от типа батареи. Эталонное напряжение для регулятора снимается с транзистора, и уже на границе 4,20 В система начнет приоткрывать транзистор, чтобы не допустить превышения заданного напряжения. Минимальное увеличение напряжения вызовет очень быстрый рост тока транзистора. Во время тестов, уже при 4,22 В (превышение на 20 мВ), ток составил более 1 А.

Сюда подходит в принципе любой транзистор PNP, работающий в диапазоне напряжений и токов, которые нас интересуют. Если батареи должны быть заряжены током 500 мА. Расчет его мощности прост: 4,20 В х 0,5 А = 2,1 В, и столько должен потерять транзистор, что вероятно, потребует небольшого охлаждения. Для зарядного тока 1 А или больше мощность потерь, соответственно, растет, и все труднее будет избавиться от тепла. Во время теста были проверены несколько разных транзисторов, в частности BD244C, 2N6491 и A1535A — все они ведут себя одинаково.

Делитель напряжения R1 и R2 следует подобрать так, чтобы получить нужное напряжение ограничения. Для удобства вот несколько значений после применения которых, мы получим следующие результаты:

  • R1 + R2 = Vo
  • 22K + 33K = 4,166 В
  • 15К + 22K = 4,204 В
  • 47K + 68K = 4,227 В
  • 27K + 39K = 4,230 В
  • 39K + 56K = 4,241 В
  • 33K + 47K = 4,255 В

Схема устройства для балансировки аккумуляторов

Это аналог мощного стабилитрона, нагруженного на низкоомную нагрузку, роль которой здесь выполняют диоды D2. D5. Микросхема D1 измеряет напряжение на плюсе и минусе аккумулятора и если оно поднимается выше порога, открывает мощный транзистор, пропуская через себя весь ток от ЗУ. Как соединяется всё это вместе и к блоку питания — смотрите далее.

Блоки получаются действительно маленькие, и вы можете смело устанавливать их сразу на элементе. Следует только иметь в виду, что на корпусе транзистора возникает потенциал отрицательного полюса батареи, и вы должны быть осторожны при установке систем общего радиатора — надо использовать изоляцию корпусов транзисторов друг от друга.

Испытания

Сразу 6 штук балансировочных блоков понадобились для одновременной зарядки 6 аккумуляторов 18650. Элементы видны на фото ниже.

Все элементы зарядились ровно до 4,20 вольта (напряжение были выставлены потенциометрами), а транзисторы стали горячие, хотя и обошлось без дополнительного охлаждения — зарядка током 500 мА. Таким образом, можно смело рекомендовать данный метод для одновременного заряда нескольких литиевых аккумуляторов от общего источника напряжения.

Форум по обсуждению материала ОДНОВРЕМЕННАЯ ЗАРЯДКА НЕСКОЛЬКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

Инфракрасный датчик приближения объектов к транспортным средствам — схема для самостоятельной сборки на базе E18-D80NK.

Как правильно выбрать резистор для LED, а также способы питания светодиодов.

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.