Электрическая складская техника и машины специального назначения нуждаются в мощном и энергоемком источнике постоянного тока. Емкость и пусковой ток — это одно дело, часто требуется напряжение более 12 В. Для этого применяют разные варианты подключения батарей, достигая, таким образом, нужных величин напряжения и токов. Например, параллельное соединение аккумуляторов приводит к увеличению отдаваемого тока и емкости, но при этом напряжение остается равным его значению на одной батарее. Рассмотрим разные варианты схем и их особенности.
Способы получения нужных величин напряжений и токов
Различают три схемы включения аккумуляторов в зависимости от требуемых значений токов и напряжений для работы оборудования. Рассмотрим их подробнее и опишем основные особенности применения тех или иных.
Параллельное соединение батарей
Если нужно увеличить отдаваемый ток, применяют соединения аккумуляторов параллельным способом. Отличие такой схемы — все минусы батарей соединены в общую шину, как и плюсы. Получается один большой аккумулятор с распределенной емкостью.
При выборе такой схемы важно не допустить дисбаланс, то есть, категорически нельзя использовать аккумуляторы разной емкости. Это должны быть исключительно одинаковые источники постоянного тока по току, напряжению и емкости. Желательно использовать батареи одного производителя и даже из одной серии, так как у них может существенно отличаться внутреннее сопротивление.
При параллельном соединении батареи достигается следующее:
- Суммируется генерируемый ток. Для определения его окончательного значения достаточно сложить токи каждой из батарей. Такое соединение применимо для тех видов машин и оборудования, где применяются мощные энергетические установки. Например, тяговые моторы высокой мощности.
- Напряжение остается неизменным и равно его значению на одной АКБ. Это связано с тем, что цепь между двумя зажимами питания не дополняется парами электродов, а на каждой из них потенциал остается неизменным.
- В такой схеме нужно предусматривать систему защиты от перегрузок в случае короткого замыкания в одной из батарей. Это важно, так как остальные также выйдут из строя, если не возникнет возгорание по причине перегрева.
Пример расчета энергетических характеристик при параллельном соединении:
Если один аккумулятор обладает емкостью 200 А/ч и выдает ток 1000 А, то можно смело считать, что результирующий пусковой ток равнее 2000 А, а емкость 400 А/ч. Если напряжение на одном АКБ 12 В, тои на всей сборке оно будет таким.
Последовательное соединение
В электрокарах для экономии на меди и необходимой эффективности работы силовых компонентов повышают напряжение, но как это сделать, если на одной батарее оно составляет 6, 12 или 24 В. Достичь этого можно при последовательном соединении батарей. Важно, чтобы емкость каждой из них была одинаковой, но если такой возможности нет, то ничего критичного не будет. Заряд равномерно распределиться по системе, а максимальный зарядный ток будет ограничен наименьшим по емкости автомобильным аккумулятором.
Соединения аккумуляторов последовательного типа позволяют получить увеличенное напряжение, более 12 и 24 В. Используя разные типы батарей или количество одиночных ячеек, можно сформировать любой потенциал. Например, нам требуется получить напряжение 36 В для питания преобразователя и мотора складского подъемника.
Имея в распоряжении 12-вольтовые батареи, достаточно их соединить последовательно. Также такое напряжение можно получить, подключив последовательно 24 и 12-вольтовые источники постоянного тока. Но как определить тока результирующий ток, который способна будет выдать такая батарея?
На самом деле запомнить легко. Соединения аккумуляторов параллельным способом позволяют увеличить выдаваемый ток, а при последовательном — напряжение. Достаточно сложить падение потенциалов на каждой из батарей и получится результирующее его значение. Что касается токов и емкости, здесь расчет другой.
Расчет емкости при последовательном включении источников
Так как каждая батарея и даже ячейка внутри нее обладает каким-то значением сопротивления. Оно будет разным во всех парах электродов. По той причине емкость считается по специальной формуле:
1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn, где С — емкость одного аккумулятора, n — количество батарей в системе.
Из этой формулы следует, что конечная емкость будет меньше, чем даже у одной ячейки. Данное свойство нужно учитывать при создании мощных блоков питания.
Комбинированное соединение
Существует еще один вариант схемы включения аккумуляторов в зависимости от требуемого значения напряжения и токов. Например, для получения 42 В и большой емкости нужно применить комбинированное подключение, то есть, параллельное и последовательное одновременно. Такой метод часто используется в ветрогенераторных установках для получения высоких напряжений с целью их более простого преобразования в переменное 220 В, удобное для использования в бытовой сфере.
Выбор той или иной схемы соединения аккумуляторов, параллельное или последовательное, зависит от того, что именно нужно получить. Для обычных классических легковых автомобилей нужен элемент питания 12 В, поэтому достаточно одной батареи. Для грузовых машин требуется напряжение 24 В, для этого соединяют два последовательно. Для работы электрокаров и подъемников на складах используется 36 и 48 В, тогда соединяют 3 и 4 батареи, соответственно.
Особенности работы батарейных блоков
Каждая из батарей, как и ячейки внутри них далеко не всегда идентичны по своим физическим и химическим характеристикам. Даже в одной партии характеристики вполне могут отличаться, из-за чего одни батареи оказываются более нагруженными, чем другие. В таком случае, для каждого АКБ должен быть предусмотрен отдельный блок регулирования тока заряда и потребления в процессе работы. Оно будет балансировать значение, обеспечивая оптимальные характеристики источника. Также устройство будет регулировать ток зарядки и исключая вероятность восполнения плотности одной батареи за счет других.
Что касается последовательного соединения, здесь также не все однозначно. С батареями происходят следующие ситуации:
- Если одна из ячеек замкнет, то общая емкость при параллельном соединении уменьшится ровно на ее значение в одной батарее, а остальные будут работать в перегрузочном режиме.
- Если возникнет короткое замыкание одной из ячеек при последовательном соединении, то пропорционально снизится результирующее напряжение не выводах всей установки.
- Если в одной из ячеек произойдет обрыв в последовательно соединенной системе, то на выходе напряжение будет отсутствовать.
Для получения напряжения нестандартной величины, например, 18 В или иное значение, используют отдельные батарейки или аккумуляторные ячейки по 2,3-2,7 В. При этом емкость всей батареи будет равна емкости наименьшей из всей цепочки.
