Akkujen sarja- ja rinnakkaisjohdotuksen tuntemus

Aurinkosähköjärjestelmän rakentamisessa yksi tärkeimmistä huomioitavista asioista on akkujen kytkeminen. Kaksi yleistä tapaa ovat akkujen kytkeminen sarjaan tai rinnan. Kummallakin menetelmällä on omat etunsa ja mahdolliset ongelmansa, joten on tärkeää ymmärtää niiden väliset erot ennen päätöksentekoa.

Osa 1: Kaikki sarjaan kytketyistä piireistä

1.1 Mikä on sarjaan kytketty akku?

Akkuyksikön kokonaisjännitteen lisäämiseksi käytetään usein LiFePO4-akkujen sarjaankytkentää. Tämä tarkoittaa useiden kennojen kytkemistä sarjaan siten, että yhden kennon positiivinen napa on kytketty seuraavan kennon negatiiviseen napaan, kunnes haluttu jännite on saavutettu. Vaikka akun kokonaiskapasiteetti pysyy samana kuin yksittäisen kennon, tämä menetelmä tarjoaa suuremman lähtöjännitteen. Sarjaankytkentää käytetään usein esimerkiksi sähköajoneuvoissa, aurinkoenergiajärjestelmissä ja rakennusten hätävirtalähteissä.

Oletetaan, että kytket neljä päälle 12,8 V 100 Ah akut sarjaan. Tässä tapauksessa yhdistetty jännite on 51,2 V, kun taas akun kapasiteetti ampeeritunneina (Ah) pysyy muuttumattomana 100 Ah:ssa.

1.2 Sarjaan kytkettyjen piirien toiminnot

• Lisääntynyt lähtöjännite: Kytkemällä kennot sarjaan lähtöjännitettä nostetaan korkeajännitesovellusten vaatimusten täyttämiseksi.
• Tehokas virtalähde: Sarjaan kytketyt piirit voivat tarjota tehokkaan virtalähteen laitteille, jotka vaativat korkeaa jännitettä ja matalaa virtaa. Tämä johtuu siitä, että jännite kasvaa kokonaiskapasitanssin pysyessä samana.
• Akun hallinta: Sarjaan kytkettyjä akkuja ladattaessa tai purettaessa järjestelmää voidaan helposti hallita säätämällä kunkin kennon jännitettä.
• Turvallisuus:Sarjaankytkennät ovat vähemmän alttiita ylikuumenemiselle, koska jokainen kenno jakaa kuorman tasaisesti. Tämä vähentää yksittäisen kennon ylikuormituksen tai ylikuumenemisen todennäköisyyttä ja lisää siten akkupaketin turvallisuutta.
• Skaalautuvuus:Sarjakytkentä mahdollistaa skaalautuvuuden, mikä tarkoittaa, että kennoja voidaan lisätä tarpeen mukaan järjestelmän kokonaisjännitetehon lisäämiseksi.

1.3 Sarjapiirien mahdolliset ongelmat

• Alennettu kokonaiskapasiteetti:Vaikka lähtöjännite kasvaa, kun kennot kytketään sarjaan, akkujärjestelmän kokonaiskapasiteetti pysyy samana, mikä tarkoittaa, että energiaa voidaan varastoida vähemmän.
• Syväpurkauksen riski:Jos sarjaan kytketyn akkupaketin kenno purkautuu turvallisen minimitason alapuolelle, se voi johtaa kyseisen kennon ja mahdollisesti muiden sarjaan kytkettyjen kennojen pysyviin vaurioihin tai jopa vikaantumiseen.
• Monimutkaiset hallinnolliset vaatimukset:Kun kennot kytketään sarjaan, niitä on hallittava huolellisesti, jotta vältetään yli- tai alilataus, joka voi johtaa epätasapainoiseen lataukseen ja puolestaan ​​vaikuttaa akkujärjestelmän yleiseen kuntoon.

Näiden ongelmien lieventämiseksi on erittäin tärkeää varmistaa, että kaikilla sarjaan kytketyn akkupaketin kennoilla on samanlainen kapasiteetti ja ikä. Powerqueen suosittelee uusien akkujen lisäämistä akkupankkiin kolmen kuukauden kuluessa alkuperäisen akun ostamisesta. Tämä varmistaa, että uusilla akuillasi on verrattavissa oleva lataussyklin kesto nykyisiin akkuihisi ja ne integroituvat saumattomasti olemassa olevaan järjestelmään. Asianmukainen lataus ja akun jännitteen valvonta ovat myös olennaisia ​​ylilatauksen estämiseksi ja akkupaketin tehokkaan toiminnan varmistamiseksi.

Osa 2: Kaikki rinnakkaispiireistä

2.1 Mitä on akun rinnakkaiskytkentä?

Akkujen rinnankytkentä tarkoittaa useiden akkujen positiivisen navan kytkemistä positiiviseen ja negatiivisen navan kytkemistä negatiiviseen. Tässä kokoonpanossa akkupankin lähtöjännite pysyy samana kuin yhdellä akulla, mutta järjestelmän kokonaiskapasiteetti kasvaa. Rinnakkaiskytkentää käytetään usein sovelluksissa, jotka vaativat paljon energian varastointia, kuten sähköverkon ulkopuolisissa aurinkosähköjärjestelmissä tai sähköajoneuvoissa, joissa tarvitaan pidempää käyttöaikaa.

Ne sulkevat esimerkiksi neljä 12,8 V 100 Ah akut rinnan kytkettynä. Tässä tapauksessa yhteenlaskettu kapasiteetti on 400 Ah, ja jännite pysyy muuttumattomana 12,8 V:ssa.

2.2 Rinnakkaispiirien toiminnot

• Lisääntynyt kapasiteetti: Rinnakkaispiirin päätehtävänä on lisätä akkujärjestelmän kokonaiskapasiteettia pitäen samalla lähtöjännite vakiona.
• Tehokas energiankäyttö: Rinnakkaisliitäntä mahdollistaa laitteiden suuremman virrankulutuksen vaikuttamatta järjestelmän kokonaisjännitteeseen, mikä varmistaa tehokkaamman energiankäytön.
• Pidempi käyttöaika: Rinnakkaisliitäntää käytetään usein sovelluksissa, joissa tarvitaan pidempää käyttöaikaa, kuten sähköverkon ulkopuolisissa aurinkosähköjärjestelmissä tai sähköajoneuvoissa.
• Parannettu luotettavuus:Yhdistämällä useita akkuja rinnakkain järjestelmästä tulee vähemmän riippuvainen yhdestä akusta, mikä parantaa järjestelmän luotettavuutta.
• Yksinkertainen hallinta:Koska jokainen rinnakkaispiirissä oleva akku saa saman jännitteen, ne voidaan ladata ja purkaa erikseen vaikuttamatta järjestelmän muihin akkuihin.
• Skaalautuvuus: Rinnakkaisliitännät mahdollistavat skaalautuvuuden lisäämällä akkuja tarpeen mukaan järjestelmän kokonaiskapasiteetin lisäämiseksi.

2.3. Rinnakkaispiirien mahdolliset ongelmat

Vaikka rinnakkaiskytkentä tarjoaa useita etuja, siihen liittyy myös mahdollisia riskejä ja haasteita, jotka on otettava huomioon.

• Lisääntynyt ylikuormituksen ja ylikuumenemisen riski:Akkujen rinnankytkentä lisää akkujärjestelmän kokonaiskapasiteettia, mikä helpottaa akkujen käsittelemättömän virran ottamista, mikä johtaa ylilatautumiseen, ylikuumenemiseen ja jopa tulipalovaaroihin.
• Vaikeuksia akkujen latauksen tasapainottamisessa:Kun akut kytketään rinnan, niiden kapasiteetin tai iän vaihtelut voivat aiheuttaa niiden epätasapainon, mikä johtaa suorituskyvyn ja käyttöiän heikkenemiseen.
• Alentunut tehokkuus:Rinnakkaispiirit voivat johtaa tehokkuuden heikkenemiseen, koska kunkin akun sisäinen resistanssi vaikuttaa järjestelmän kokonaisresistanssiin, mikä voi vähentää kuormaan toimitettavan energian määrää.

Osa 3: LiFePO4-akkujen sarja- ja rinnakkainkytkentän vertailu

Tässä osiossa käsittelemme LiFePO4-akkujen sarja- ja rinnakkaiskytkentöjen yhtäläisyyksiä ja eroja.

3.1 Yhtäläisyydet:

• Mahdollisuus parantaa akun kokonaissuorituskykyä:Sekä sarja- että rinnakkaiskytkennät voivat parantaa akkupaketin kokonaissuorituskykyä. Sarjakytkennät lisäävät lähtöjännitettä, kun taas rinnakkaiskytkennät lisäävät kapasiteettia.
• Käyttö erilaisissa sovelluksissa:Sekä sarja- että rinnakkaispiirejä käytetään useissa sovelluksissa, kuten matkailuautoissa, veneissä, aurinkotaloissa, sähköajoneuvoissa ja muissa sähköverkosta riippumattomissa järjestelmissä.

3.2 Erot:

• Jännitelähtö:Sarjakytkentä lisää akun kokonaisjännitettä, kun taas rinnakkaiskytkentä ei muuta yksittäisen kennon tai akun lähtöjännitettä.
• Kapasiteetti:Rinnakkaiskytkentä lisää akun kokonaiskapasiteettia, kun taas sarjakytkentä ei vaikuta kapasiteettiin, vaan ainoastaan ​​lähtöjännitteeseen.
• Tehokkuus:Rinnakkaiskytkentä on yleensä tehokkaampi kuin sarjakytkentä, koska jokainen kenno tai akku latautuu ja purkautuu erikseen, kun taas sarjakytkentään voi vaikuttaa yhden kennon tai akun vikaantuminen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että sekä LiFePO4-akkujen sarja- että rinnakkaiskytkennät tarjoavat samanlaisia ​​etuja, mutta eroavat toisistaan ​​lähtöjännitteen, kapasiteetin ja hyötysuhteen suhteen. Kytkentätyypin valinta riippuu käyttötarkoituksesta ja halutuista suorituskykyominaisuuksista.

Osa 4 Usein kysytyt kysymykset akkujen sarja- ja rinnakkaiskytkennöistä

4.1 Kuinka monta akkua voi kytkeä sarjaan?

Sarjaan kytkettävien akkujen määrä riippuu tyypillisesti akusta ja sen valmistajasta. Esimerkiksi jotkut akut mahdollistavat... VoimakuningatarSarjaan voidaan kytkeä jopa neljä LiFePO4-akkua 48 voltin järjestelmän luomiseksi. Sarjaan kytkettyjen akkujen suositellun rajan ylittymisen välttämiseksi on tärkeää ottaa yhteyttä akun valmistajaan.

4.2 Kuinka monta akkua voi kytkeä rinnan?

Yleisesti ottaen rinnankytkettävien akkujen lukumäärälle ei ole rajoitusta, kunhan ne ovat identtisiä ja niillä on samat tekniset tiedot.On kuitenkin tärkeää varmistaa, että kaapelin koko ja akun latausjärjestelmä kestävät rinnakkaiskytkennän aiheuttaman lisääntyneen virrankulutuksen. Useiden akkujen rinnakkainkytkentöihin on aina suositeltavaa noudattaa valmistajan ohjeita ja pyytää ammattilaisen neuvoja optimaalisen suorituskyvyn ja turvallisuuden varmistamiseksi.

4.3 Kestävätkö akut pidempään sarjaan vai rinnan kytkettyinä?

Sarja- ja rinnakkaiskytkennöillä on erilainen vaikutus akun käyttöikään, joten on vaikea sanoa varmasti, kumpi kytkentätyyppi pidentää akun käyttöikää.

Sarjaankytkennässä akut on kytketty toisiinsa siten, että positiiviset navat on kytketty negatiivisiin napoihin, mikä johtaa lisääntyneeseen lähtöjännitteeseen. Tämä kokoonpano voi altistaa akun suuremmalle rasitukselle ja kuumuudelle, mikä voi lyhentää sen kokonaiskäyttöikää. Jos yksi kenno vikaantuu tai heikkenee, se voi vaikuttaa negatiivisesti koko akkuun.

Toisaalta rinnakkaiskytkennässä akut kytketään yhteen siten, että positiiviset navat on kytketty positiivisiin napoihin ja negatiiviset navat negatiivisiin napoihin. Lähtöjännite pysyy samana kuin yksittäisessä akussa, mutta kapasiteetti kasvaa. Rinnakkaiskytkentä jakaa kuorman tasaisemmin kennojen kesken, mikä vähentää ylikuumenemisen riskiä ja ennenaikaisen vikaantumisen todennäköisyyttä ylikuormituksen vuoksi.

Akun käyttöikä riippuu yleisesti ottaen useista tekijöistä, kuten akkutyypistä, käyttötavoista, huollosta ja lämpötilaolosuhteista. Sarjaan tai rinnan kytkettyjen akkujen kesto riippuu olosuhteista. On aina parasta noudattaa valmistajan suosituksia ja kysyä asiantuntijan neuvoa, kun useita akkuja kytketään sarjaan tai rinnan optimaalisen suorituskyvyn, turvallisuuden ja pitkän käyttöiän varmistamiseksi.

Johtopäätös

Yhteenvetona voidaan todeta, että aurinkosähköjärjestelmää tai muita sähköverkosta riippumattomia järjestelmiä rakennettaessa oikean liitäntätavan valitseminen akuille on ratkaisevan tärkeää. Sekä sarja- että rinnakkaiskytkennöillä on omat etunsa ja haittansa, ja valinta riippuu erityisvaatimuksistasi ja sovelluksestasi.

Sarjakytkentä on ihanteellinen sovelluksiin, jotka vaativat korkeaa jännitettä, kun taas rinnakkaiskytkentä tarjoaa suuremman kapasiteetin ja pidemmän käyttöajan. Jokaisella liitäntätavalla on omat mahdolliset ongelmansa, kuten ylikuumenemisen tai tehokkuuden heikkenemisen riski. Näiden riskien lieventämiseksi akun asianmukainen hallinta ja huolto ovat ratkaisevan tärkeitä.

Kun akkuja kytketään sarjaan tai rinnan, on suositeltavaa noudattaa valmistajan ohjeita ja pyytää asiantuntija-apua optimaalisen suorituskyvyn, turvallisuuden ja pitkän käyttöiän varmistamiseksi. Oikean liitäntätyypin ja akunhallinnan käyttö maksimoi akkupakettisi suorituskyvyn ja energian varastointikyvyn sähköverkon ulkopuolisissa sovelluksissa.