Znajomość połączeń akumulatorów szeregowych i równoległych

Przy budowie systemu zasilania słonecznego, jednym z najważniejszych zagadnień jest sposób łączenia akumulatorów. Dwie popularne metody to łączenie akumulatorów szeregowo lub równolegle. Każda metoda ma swoje zalety i potencjalne problemy, dlatego ważne jest, aby zrozumieć różnice między nimi przed podjęciem decyzji.

Część 1: Wszystko o obwodach szeregowych

1.1 Czym jest szeregowe połączenie akumulatorów?

Aby zwiększyć całkowite napięcie wyjściowe akumulatora, często stosuje się szeregowe połączenie akumulatorów LiFePO4. Polega ono na połączeniu kilku ogniw szeregowo, przy czym biegun dodatni jednego ogniwa jest połączony z biegunem ujemnym kolejnego, aż do osiągnięcia wymaganego napięcia. Chociaż całkowita pojemność akumulatora pozostaje taka sama jak pojedynczego ogniwa, metoda ta zapewnia zwiększone napięcie wyjściowe. Ze względu na możliwość dostarczania wysokich napięć, połączenie szeregowe jest często stosowane w takich zastosowaniach jak pojazdy elektryczne, systemy solarne i awaryjne systemy zasilania budynków.

Załóżmy, że włączysz cztery Akumulatory 12,8 V 100 Ah szeregowo. W tym przypadku łączne napięcie wynosi 51,2 V, a pojemność akumulatora, mierzona w amperogodzinach (Ah), pozostaje niezmieniona i wynosi 100 Ah.

1.2 Funkcje obwodów szeregowych

• Zwiększone napięcie wyjściowe: Łącząc ogniwa szeregowo, zwiększa się napięcie wyjściowe, co pozwala spełnić wymagania zastosowań wysokonapięciowych.
• Wydajne źródło zasilania: Obwody szeregowe mogą stanowić wydajne źródło zasilania dla urządzeń wymagających wysokiego napięcia i niskiego prądu. Dzieje się tak, ponieważ napięcie rośnie, a całkowita pojemność pozostaje taka sama.
• Zarządzanie baterią: Podczas ładowania lub rozładowywania akumulatorów połączonych szeregowo, systemem można łatwo zarządzać poprzez kontrolowanie napięcia w każdym ogniwie.
• Bezpieczeństwo:Połączenia szeregowe są mniej podatne na przegrzanie, ponieważ obciążenie rozkłada się równomiernie na każde ogniwo. Zmniejsza to ryzyko przeciążenia lub przegrzania pojedynczego ogniwa, zwiększając tym samym bezpieczeństwo akumulatora.
• Skalowalność:Połączenie szeregowe zapewnia skalowalność, co oznacza, że ​​w razie potrzeby można dodawać kolejne ogniwa, aby zwiększyć całkowite napięcie wyjściowe systemu.

1.3 Potencjalne problemy obwodów szeregowych

• Zmniejszona całkowita pojemność:Chociaż napięcie wyjściowe wzrasta, gdy ogniwa są połączone szeregowo, całkowita pojemność systemu akumulatorowego pozostaje taka sama, co oznacza, że ​​można zmagazynować mniej energii.
• Ryzyko głębokiego rozładowania:Jeżeli ogniwo w szeregowo połączonym akumulatorze ulegnie rozładowaniu poniżej bezpiecznego minimalnego poziomu, może to doprowadzić do trwałego uszkodzenia lub nawet awarii tego ogniwa, a potencjalnie także innych ogniw w szeregu.
• Złożone wymagania administracyjne:Gdy ogniwa są połączone szeregowo, należy nimi ostrożnie zarządzać, aby uniknąć przeładowania lub niedoładowania, ponieważ może to doprowadzić do nierównomiernego ładowania, a w konsekwencji wpłynąć na ogólny stan systemu akumulatora.

Aby złagodzić te problemy, kluczowe jest zapewnienie, aby wszystkie ogniwa w szeregowo połączonym pakiecie akumulatorów miały podobną pojemność i wiek. Powerqueen zaleca dodawanie nowych akumulatorów do banku akumulatorów w ciągu trzech miesięcy od zakupu oryginalnego akumulatora. Dzięki temu nowe akumulatory będą miały porównywalną żywotność cykli ładowania do obecnych i bezproblemowo zintegrują się z istniejącym systemem. Prawidłowe ładowanie i monitorowanie napięcia pakietu są również niezbędne, aby zapobiec przeładowaniu i zapewnić wydajną pracę pakietu akumulatorów.

Część 2: Wszystko o obwodach równoległych

2.1 Czym jest połączenie równoległe akumulatora?

Połączenie równoległe akumulatorów polega na połączeniu kilku akumulatorów – bieguna dodatniego z dodatnim i ujemnego z ujemnym. W tej konfiguracji napięcie wyjściowe banku akumulatorów pozostaje takie samo jak w przypadku pojedynczego akumulatora, ale całkowita pojemność systemu ulega zwiększeniu. Połączenie równoległe jest często stosowane w zastosowaniach wymagających magazynowania dużej ilości energii, takich jak systemy fotowoltaiczne poza siecią elektroenergetyczną lub pojazdy elektryczne, gdzie wymagany jest dłuższy czas pracy.

Zamykają na przykład cztery Akumulatory 12,8 V 100 Ah połączone równolegle. W tym przypadku łączna pojemność wynosi 400 Ah, a napięcie pozostaje niezmienione i wynosi 12,8 V.

2.2 Funkcje obwodów równoległych

• Zwiększona pojemność: Główną funkcją układu równoległego jest zwiększenie całkowitej pojemności układu baterii przy jednoczesnym zachowaniu stałego napięcia wyjściowego.
• Efektywne wykorzystanie energii: Połączenie równoległe pozwala urządzeniom pobierać więcej prądu bez wpływu na całkowite napięcie systemu, co przekłada się na efektywniejsze wykorzystanie energii.
• Dłuższy czas trwania: Połączenie równoległe jest często stosowane w zastosowaniach, w których wymagany jest dłuższy czas pracy, np. w systemach zasilania energią słoneczną poza siecią lub w pojazdach elektrycznych.
• Poprawiona niezawodność:Łącząc równolegle kilka akumulatorów, system staje się mniej zależny od pojedynczego akumulatora, co zwiększa jego niezawodność.
• Prosta administracja:Ponieważ każda bateria w obwodzie równoległym otrzymuje takie samo napięcie, można je ładować i rozładowywać osobno, nie wpływając na pozostałe baterie w systemie.
• Skalowalność: Połączenia równoległe zapewniają skalowalność poprzez dodawanie większej liczby baterii w razie potrzeby i zwiększanie całkowitej pojemności systemu.

2.3. Potencjalne problemy obwodów równoległych

Choć obwody równoległe oferują szereg zalet, wiążą się z nimi również potencjalne zagrożenia i wyzwania, które należy wziąć pod uwagę.

• Zwiększone ryzyko przeciążenia i przegrzania:Równoległe połączenie akumulatorów zwiększa ogólną pojemność systemu akumulatorowego, co sprawia, że ​​łatwiej jest pobrać więcej prądu, niż akumulatory są w stanie obsłużyć, co może prowadzić do przeładowania, przegrzania, a nawet zagrożenia pożarem.
• Trudności w równoważeniu ładunku pomiędzy bateriami:W przypadku równoległego łączenia akumulatorów, wahania ich pojemności lub wieku mogą spowodować utratę ich równowagi, co z kolei może prowadzić do obniżenia ich wydajności i skrócenia żywotności.
• Obniżona wydajność:Obwody równoległe mogą prowadzić do zmniejszenia wydajności, ponieważ rezystancja wewnętrzna każdej baterii wpływa na całkowitą rezystancję układu, co może zmniejszyć ilość energii dostarczanej do obciążenia.

Część 3: Porównanie połączenia szeregowego i równoległego akumulatorów LiFePO4

W tej sekcji omówimy podobieństwa i różnice pomiędzy połączeniami szeregowymi i równoległymi akumulatorów LiFePO4.

3.1 Podobieństwa:

• Możliwość zwiększenia ogólnej wydajności akumulatora:Zarówno połączenia szeregowe, jak i równoległe mogą poprawić ogólną wydajność akumulatora. Połączenia szeregowe zwiększają napięcie wyjściowe, a połączenia równoległe zwiększają pojemność.
• Zastosowanie w różnych aplikacjach:Zarówno obwody szeregowe, jak i równoległe są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, np. w kamperach, łodziach, domach zasilanych energią słoneczną, pojazdach elektrycznych i innych systemach niezależnych od sieci.

3.2 Różnice:

• Napięcie wyjściowe:Połączenie szeregowe zwiększa całkowite napięcie wyjściowe zestawu akumulatorów, natomiast połączenie równoległe nie zmienia napięcia wyjściowego pojedynczego ogniwa lub akumulatora.
• Pojemność:Połączenie równoległe zwiększa całkowitą pojemność akumulatora, natomiast połączenie szeregowe nie wpływa na pojemność, a jedynie na napięcie wyjściowe.
• Efektywność:Połączenie równoległe jest na ogół bardziej wydajne niż połączenie szeregowe, ponieważ każde ogniwo lub bateria ładuje się i rozładowuje niezależnie. Natomiast połączenie szeregowe może ulec zmianie, gdy jedno z ogniw lub baterii ulegnie awarii.

Podsumowując, zarówno szeregowe, jak i równoległe połączenia akumulatorów LiFePO4 oferują podobne zalety, ale różnią się pod względem napięcia wyjściowego, pojemności i sprawności. Wybór rodzaju połączenia zależy od konkretnego zastosowania i pożądanych parametrów wydajnościowych.

Część 4 Często zadawane pytania dotyczące połączeń szeregowych i równoległych akumulatorów

4.1 Ile baterii można połączyć szeregowo?

Liczba akumulatorów, które można połączyć szeregowo, zazwyczaj zależy od akumulatora i jego producenta. Na przykład niektóre akumulatory umożliwiają... Królowa MocyMożna połączyć szeregowo do czterech akumulatorów LiFePO4, tworząc system 48 V. Aby zapobiec przekroczeniu zalecanego limitu dla akumulatorów połączonych szeregowo, należy skonsultować się z producentem akumulatora.

4.2 Ile baterii można połączyć równolegle?

Zasadniczo nie ma ograniczeń co do liczby akumulatorów, które można połączyć równolegle, pod warunkiem, że są identyczne i mają takie same parametry.Należy jednak upewnić się, że rozmiar kabla i system ładowania akumulatora są w stanie obsłużyć zwiększony pobór prądu wynikający z połączenia równoległego. Zawsze zaleca się przestrzeganie zaleceń producenta i zasięgnięcie porady specjalisty przy podłączaniu wielu akumulatorów równolegle, aby zapewnić optymalną wydajność i bezpieczeństwo.

4.3 Czy baterie działają dłużej, gdy są połączone szeregowo czy równolegle?

Połączenia szeregowe i równoległe mają różny wpływ na żywotność baterii, dlatego trudno jest jednoznacznie stwierdzić, który typ połączenia wydłuża żywotność baterii.

W połączeniu szeregowym akumulatory są połączone ze sobą, a zaciski dodatnie są połączone z zaciskami ujemnymi, co powoduje wzrost napięcia wyjściowego. Taka konfiguracja może narazić akumulator na większe obciążenie i nagrzewanie, co potencjalnie skraca jego żywotność. Awaria lub pogorszenie stanu jednego ogniwa może negatywnie wpłynąć na cały akumulator.

Z drugiej strony, w połączeniu równoległym akumulatory są połączone ze sobą, z biegunami dodatnimi podłączonymi do biegunów dodatnich, a biegunami ujemnymi do biegunów ujemnych. Napięcie wyjściowe pozostaje takie samo jak w przypadku pojedynczego akumulatora, ale pojemność wzrasta. Połączenie równoległe rozkłada obciążenie bardziej równomiernie na ogniwa, zmniejszając ryzyko przegrzania i przedwczesnej awarii z powodu przeciążenia.

Ogólnie rzecz biorąc, żywotność baterii zależy od różnych czynników, takich jak rodzaj baterii, sposób użytkowania, konserwacja i warunki temperaturowe. To, czy baterie połączone szeregowo czy równolegle wytrzymują dłużej, zależy od konkretnych okoliczności. Zawsze warto przestrzegać zaleceń producenta i zasięgnąć porady eksperta przy łączeniu wielu baterii szeregowo lub równolegle, aby zapewnić optymalną wydajność, bezpieczeństwo i trwałość.

Wniosek

Podsumowując, budując system fotowoltaiczny lub inny system poza siecią, wybór odpowiedniej metody połączenia akumulatorów jest kluczowy. Zarówno połączenia szeregowe, jak i równoległe mają swoje zalety i wady, a wybór zależy od konkretnych wymagań i zastosowania.

Połączenie szeregowe jest idealne do zastosowań wymagających wysokiego napięcia, natomiast połączenie równoległe zapewnia większą pojemność i dłuższy czas pracy. Każda metoda połączenia wiąże się z potencjalnymi problemami, takimi jak ryzyko przegrzania lub obniżonej wydajności. Aby zminimalizować te zagrożenia, kluczowe znaczenie ma prawidłowe zarządzanie akumulatorem i jego konserwacja.

Podczas łączenia akumulatorów szeregowo lub równolegle, zaleca się przestrzeganie zaleceń producenta i zasięgnięcie porady eksperta, aby zapewnić optymalną wydajność, bezpieczeństwo i trwałość. Zastosowanie prawidłowego typu połączenia i zarządzania akumulatorem zmaksymalizuje wydajność i możliwości magazynowania energii w akumulatorach w zastosowaniach poza siecią.