Proč se v baterii používá paralelní spojení článků?
Elektrická skladová zařízení a speciální stroje vyžadují výkonný a energeticky náročný stejnosměrný zdroj. Kapacita a startovací proud jsou často jedna věc, k tomu se často používají různé možnosti připojení baterií, čímž se dosáhne požadovaných napětí a proudů. Například paralelní zapojení baterií vede ke zvýšení proudového výkonu a kapacity, ale napětí zůstává stejné jako jeho hodnota na jedné baterii. Podívejme se na různé možnosti schématu a jejich vlastnosti.
Metody pro získání požadovaných napětí a proudů
Existují tři schémata připojení baterie v závislosti na požadovaných proudech a napětích pro provoz zařízení. Zvažme je podrobněji a popišme hlavní rysy použití jednoho nebo druhého.
Paralelní připojení baterií
Pokud potřebujete zvýšit výstupní proud, připojte baterie paralelně. Rozdíl mezi tímto schématem je v tom, že všechny mínusy baterií jsou připojeny ke společné sběrnici, stejně jako plusy. Ukazuje se, že jde o jednu velkou baterii s rozdělenou kapacitou.
Při výběru takového schématu je důležité zabránit nerovnováze, to znamená, že je přísně zakázáno používat baterie různých kapacit. Musí se jednat o výhradně identické stejnosměrné zdroje v proudu, napětí a kapacitě. Je vhodné používat baterie od stejného výrobce a dokonce ze stejné série, protože jejich vnitřní odpor se může výrazně lišit.
Při paralelním připojení baterií se dosáhne následujícího:
- Generovaný proud se sečte. Pro určení její konečné hodnoty stačí sečíst proudy každé baterie. Toto zapojení je použitelné pro ty typy strojů a zařízení, které využívají výkonné elektrárny. Například vysoce výkonné trakční motory.
- Napětí zůstává nezměněno a rovná se jeho hodnotě na jedné baterii. To je způsobeno tím, že obvod mezi dvěma silovými svorkami není doplněn dvojicemi elektrod a potenciál na každé z nich zůstává nezměněn.
- V takovém obvodu je nutné zajistit systém ochrany proti přetížení pro případ zkratu v jedné z baterií. To je důležité, protože ostatní také selžou, pokud nedojde k požáru v důsledku přehřátí.
Příklad výpočtu energetických charakteristik pro paralelní připojení:
Pokud má jedna baterie kapacitu 200 A/h a produkuje proud 1000 A, pak můžeme s jistotou předpokládat, že výsledný startovací proud je více než 2000 A a kapacita je 400 A/h. Pokud je napětí na jedné baterii 12 V, pak bude stejné v celé sestavě.
Sériové připojení
U elektromobilů se kvůli úspoře mědi a požadované provozní účinnosti výkonových komponentů zvyšuje napětí, ale jak to udělat, když na jedné baterii je 6, 12 nebo 24 V. Toho lze dosáhnout zapojením baterií do série . Je důležité, aby kapacita každého z nich byla stejná, ale pokud to není možné, nic kritického se nestane. Nabíjení bude rovnoměrně rozloženo po celém systému a maximální nabíjecí proud bude omezen autobaterií s nejmenší kapacitou.
Zapojení baterií do série umožňuje získat zvýšené napětí, více než 12 a 24 V. Pomocí různých typů baterií nebo počtu jednotlivých článků můžete vytvořit libovolný potenciál. Potřebujeme například získat napětí 36 V pro napájení měniče a motoru skladového výtahu.
Pokud máte k dispozici 12voltové baterie, stačí je zapojit do série. Toto napětí lze také získat zapojením zdrojů 24 a 12 V DC do série. Jak ale můžeme určit výsledný proud, který je taková baterie schopna dodat?
Je to vlastně snadno zapamatovatelné. Paralelní připojení baterií umožňuje zvýšit výstupní proud a při jejich sériovém zapojení se zvyšuje napětí. Stačí sečíst potenciální pokles na každé z baterií a získat jeho výslednou hodnotu. Co se týče proudů a kapacity, výpočet je jiný.
Výpočet kapacity při sériovém zapojení zdrojů
Protože každá baterie a dokonce i článek uvnitř má nějakou hodnotu odporu. U všech párů elektrod to bude jiné. Z tohoto důvodu se kapacita počítá pomocí speciálního vzorce:
1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn, kde C je kapacita jedné baterie, n je počet baterií v systému.
Z tohoto vzorce vyplývá, že konečná kapacita bude menší než dokonce kapacita jedné buňky. Tuto vlastnost je třeba vzít v úvahu při vytváření výkonných napájecích zdrojů.
Kombinované připojení
Existuje další možnost připojení baterií v závislosti na požadovaném napětí a proudu. Například pro získání 42 V a vysoké kapacity je potřeba použít kombinované zapojení, tedy paralelní a sériové zároveň. Tato metoda se často používá ve větrných turbínách k výrobě vysokého napětí, aby je bylo možné snadněji převést na 220 V AC, vhodné pro použití v domácnosti.
Výběr jednoho nebo druhého schématu připojení baterie, paralelního nebo sériového, závisí na tom, co přesně potřebujete získat. Běžná klasická osobní auta vyžadují 12V baterii, takže jedna baterie je dostačující. U nákladních automobilů je k tomu potřeba napětí 24 V, dva jsou zapojeny do série. Pro provoz elektromobilů a výtahů ve skladech se používá 36 a 48 V, následně jsou připojeny 3 a 4 baterie.
Vlastnosti provozu bateriových sad
Každá z baterií, stejně jako články v nich, nejsou vždy identické ve svých fyzikálních a chemických vlastnostech. Dokonce i v rámci stejné šarže se charakteristiky mohou značně lišit, což způsobí, že některé baterie budou více namáhány než jiné. V tomto případě musí být pro každou baterii samostatná jednotka pro regulaci nabíjecího proudu a spotřeby za provozu. Vyrovná hodnotu tak, aby poskytoval optimální výkon zdroje. Zařízení bude také regulovat nabíjecí proud a eliminuje možnost doplňování hustoty jedné baterie na úkor ostatních.
Co se týče sériového zapojení, ani zde není vše jasné. S bateriemi nastávají následující situace:
- Pokud dojde ke zkratu jednoho z článků, pak se celková kapacita v paralelním zapojení sníží přesně o její hodnotu v jedné baterii a zbytek bude pracovat v režimu přetížení.
- Dojde-li při sériovém zapojení ke zkratu v jednom z článků, výsledné napětí na svorkách celé instalace se úměrně sníží.
- Pokud dojde k přerušení jednoho z článků v sériově zapojeném systému, nebude na výstupu žádné napětí.
Pro získání napětí nestandardní hodnoty, například 18 V nebo jiné hodnoty, použijte samostatné baterie nebo bateriové články 2,3-2,7 V. V tomto případě bude kapacita celé baterie rovna kapacitě nejmenší z celého řetězce.