Особенности последовательного и параллельного подключения элементов, последствия неправильного подключения

При использовании источников электрической энергии, которые обеспечивают электроэнергией не связанные с линией электропередачи устройства, нередко возникает необходимость одновременного применения нескольких аккумуляторов с определенным видом взаимосвязи.

Для осуществления этой задачи следует хорошо разбираться в вопросах, связанных с тем, как протекает ток в цепях, состоящих из нескольких источников электрической энергии. Данная статья посвящена рассмотрению различных методов объединения аккумуляторов в несколько единых батарейных систем.

Цель соединения аккумуляторов

Некоторые приборы с независимым электропитанием нуждаются в увеличенных показателях тока и вольтажа. При помощи стандартных гальванических элементов такие значения достигаются с трудом.

В основном, возникает нужда в высокой мощности тока и повышенных параметрах вольтажа или объема. В связи с этим нужно образовывать разнообразные комбинации источников направленного потока заряженных частиц, у каждой из которых есть свои характерные свойства.

Разновидности подключения АКБ

Аккумуляторные батареи могут соединяться в конфигурации с требуемыми показателями тремя способами:

1. Последовательное подключение – суммируется вольтаж всех аккумуляторов.
2. Параллельное подключение – суммируется объем.
3. Совмещенное последовательно-параллельное подключение – необходимо для того, чтобы повысить уровень вольтажа и объема.

У каждой из вышеперечисленных схем есть свои характерные особенности. Знание этих характеристик чрезвычайно важно для того, чтобы АКБ находилась в безопасности, в течение длительного периода сохраняла работоспособность и могла обеспечивать энергией приборы, которые от нее питаются.

При использовании любого метода главное - не совмещать аккумуляторы, которые отличаются по технологии своего изготовления (к примеру, запрещено прибегать к одновременному комбинированию литий-ионных и никель-металлогидридных АКБ).

Последовательное подключение элементов

Для того чтобы достичь нужного напряжения и подходящей продолжительности работы, нередко приходится задействовать аккумуляторы, в секциях которых положительно и отрицательно заряженные электроды соединены друг с другом при помощи хорошо проводящих ток элементов электрической цепи.

Положительные и отрицательные электроды элементов, находящихся с крайних сторон образовавшейся в результате последовательной сборки АКБ, представляют собой общие плюсовые и минусовые полюса батареи.

В аккумуляторной батарее, компоненты которой соединены при помощи последовательного подключения, итоговый вольтаж равен суммарному значению показателей напряжения всех задействуемых источников электротока. Суммарный объем сборного аккумулятора равен емкости наименее мощного элемента.

Применение схемы последовательного соединения обеспечивает все составляющие батареи равным количеством текущего тока, причем независимо от того, заряжается устройство или находится в разряженном состоянии.

Последовательное соединение шести АКБ, имеющих напряжение в 1,2 Вольта и емкость, равную 1200 миллиамперам, позволяет получить сборную батарею, вольтаж которой составляет 6х1,2=7,2 Вольта, а объем – 1200 миллиампер.

Если для образования сборного изделия последовательным путм использовались составляющие с различной емкостью, то элементы, имеющие более низкий показатель объема, будут иметь повышенную по сравнению с другими компонентами способность препятствовать прохождению электрического тока.

Вольтаж таких элементов снижается весьма стремительно, а это, в конечном итоге, способствует быстрому разряду наименее мощного компонента во время рабочего процесса.

При этом в то время, как слабый элемент теряет объем и запасы энергии, аккумуляторы с более высокой мощностью сохраняют работоспособность, и устройство продолжает функционировать.

Как правило, слабейший компонент заряжается быстрее прочих составляющих и продолжает пропускать заряд тока до тех пор, пока не зарядятся все элементы. Такое свойство относится к недостаткам последовательной сборки, так как из-за этого устройство может получить чрезмерное количество заряда и перегреться. В особенности это может навредить батареям с высокой чувствительностью литиевыми элементами.

Следует запомнить, что в результате частого повторения подзарядки и быстрого падения заряда компонента с малой мощностью прибор может вскоре выйти из строя. В связи с этим для последовательного подключения стоит использовать исключительно те элементы, имеющие равные показатели объема и общего изготовителя, а, в идеале, относящиеся к одной партии выпуска.

Любой источник электроэнергии АКБ следует заряжать отдельно или же выравнивать вольтаж при помощи управления током на всех компонентах.

Параллельное подключение аккумуляторных батарей

Согласно этой схеме параллельного объединения электроды с положительным зарядом соединяются одним проводником, а отрицательно заряженные – другим. Параллельное подключение используется при необходимости создания сборного аккумулятора с более высоким показателем зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника.

Итоговый объем (токовая отдача) конструкции, созданной параллельным способом равен суммарному показателю ёмкостей (текучий ток) подключенных частей. Ее вольтаж будет таким же, как напряжение компонента, обладающего наивысшей силой электрического движения, и абсолютно равным на каждом элементе АКБ.

В итоге параллельного подключения шести батарей, имеющих напряжение 1,2 Вольта и емкость, равную 1200 миллиамперам, получается сборка, вольтаж которой составляет 6х1,2=7,2 Вольта, а отдаваемый ток – 1200 миллиампер.

Следует запомнить, что если параллельное соединение применяется к аналогичным по строению, но разным по напряжению элементам, то процесс перехода тока от составляющих с высокой разностью потенциалов к менее мощным компонентам неизбежен.

Для последних такое свойство чревато разрушительными последствиями, поэтому для того, чтобы избежать перегревания сборочных деталей с меньшим вольтажом, вытекания вещества, являющегося проводником электрического тока и даже взрыва всего изделия, не стоит проверять принцип действия параллельного соединения на одноразовых АКБ.

Если при помощи параллельного способа источник с высоким вольтажом, но низким показателем объема присоединить к элементу, имеющему большую емкость, но меньшее напряжение, то из-за низкого электрического сопротивления сильного элемента, слабый компонент подвергается электрозамыканию, из-за чего под влиянием мощного токового разряда постепенно разрушается.

При сильном напряжении на более объемной АКБ осуществляется усиленный заряд менее мощного источника питания, что также приводит к пагубным последствиям. В связи с этим для того, чтобы предотвратить процесс разрушения, при параллельном подключении чрезвычайно важно контролировать количество поступления и протекания тока.

Последовательно-параллельное подключение батарей

Если соблюдать инструкции, касающиеся объединения АКБ в параллельные и последовательные сборки, можно создавать комбинированные конструкции с применением и параллельного, и последовательного метода. Так можно в значительной мере увеличить объем и вольтаж (что особенно важно для систем с автономным энергетическим обеспечением, электрических автомобилей и других приборов с обильным расходом электротока).

Собрать комбинированное аккумуляторное устройство можно двумя способами:

1. Подсчитывается необходимое количество сборок, образованных при помощи последовательного подключения и имеющих достаточный вольтаж, чтобы впоследствии объединить их в цельную АКБ при помощи параллельного переключения подключений в электроцепях.
2. Разрабатываются батареи, аккумуляторы которых соединены при помощи параллельного подключения и имеют нужный объем. Затем к таким АКБ применяется последовательное переключение подключений в электрических цепях до достижения требуемого напряжения.

Следует запомнить, что, даже следуя всем инструкциям, подобрать источники питания с абсолютно одинаковыми свойствами чрезвычайно трудно, а это способствует нарушению баланса объемов и вольтажей и приводит к изнашиванию слабейших элементов.

Техника безопасности при параллельном, последовательном и последовательно-параллельном подключении

Независимо от того, какой вид подключения выбран, при создании сборки следует придерживаться следующих правил:

• во избежание удара электротоком не забывать о мерах предосторожности при использовании электрических установок;
• следить за тем, чтобы ток не проходил через тело человека;
• следить за расположением внешних клемм;
• не допускать возникновения коротких замыканий;
• подключать зарядку к аккумуляторной батарее исключительно в отключенном состоянии;
• для того чтобы избежать замыкания контактов, работать в спецодежде, в которой отсутствуют металлические детали;
• помнить о том, что батареи находятся под напряжением, поэтому их нельзя трогать руками, особенно на полюсах с противоположными зарядами;
• применять универсальный инструмент, части которого изолированы;
• не приступать к выполнению работы с плохим самочувствием;
• принимать во внимание электрическую цепь и токи, которые проходят через батарею, и в соответствии с этим подбирать проводники с необходимым сечением;
• при объединении источников питания в целостную АКБ заботиться о надежной изоляции контакта от влияния внешней среды;
• защищать сборные устройства от влаги и коротких замыканий;
• задействовать аккумуляторные батареи, имеющие одинаковые характеристики и степень изнашивания;
• осуществлять проверку сборки на ошибки в процессе переключения подключений в электроцепях.

Последствия неправильно параллельного, последовательного и последовательно-параллельного соединения аккумуляторов

Для того чтобы избежать ошибочного соединения аккумуляторов и грамотно их коммутировать, лучше всего задействовать спецразъемы (к примеру, техническую соединительную деталь T-plag). Допущенные ошибки при параллельном, последовательном и последовательно-параллельном соединении аккумуляторов могут стать причиной следующих нежелательных явлений:

• в случае применения параллельного способа может наблюдаться образование контура с ротором без обмотки, из-за чего может вытечь вещество, необходимое для токовой проводимости, деформироваться корпус и даже загореться или взорваться само изделие;
• если при последовательном подключении клеммы расположены неправильно, контур остается разомкнутым, но при добавлении нагрузки вследствие возникновения обратного тока в работе неправильно подключенного компонента могут возникнуть неполадки;
• долгосрочное краткое замыкание одного или нескольких компонентов сборки всегда приводит к возгоранию источника питания, препятствующего прохождению электротока. Также может вытечь электролит, деформироваться корпус, воспламениться или взорваться все устройство;
• если короткое замыкание продлится недолго, батарея продолжит функционировать, однако состояние проводников электротока ухудшится, а объем сборки уменьшится;
• при эксплуатации электродов, не предназначенных для рабочих токов, избежать их перегрева и расплавления элемента, препятствующего прохождению электрического тока, скорее всего, не удастся. В связи с этим риск возникновения короткого замыкания и связанных с ним негативных последствий весьма высок.