Co se zvýší, když jsou baterie zapojeny do série?

Základy elektroniky a návrhu obvodů začínají studiem sériových a paralelních zapojení elektronických součástek a jejich vlastností.

Sériové a paralelní zapojení baterií

Při sériovém zapojení se celkové napětí (Volty) baterie rovná součtu napětí jejích článků. Výsledná baterie bude mít stejnou kapacitu jako jeden článek. V tomto případě bude všemi prvky protékat stejný proud (Ampéry) a maximální přípustný proud, který lze získat při vybití baterie, se rovná maximálnímu proudu, který lze získat z jednoho prvku.

Při paralelním zapojení stejných článků se celkové napětí baterie (Volty) bude rovnat napětí jednoho článku a celkový proud (Ampéry) se bude rovnat součtu proudů každého článku. Kapacita takové baterie se rovná součtu kapacit jejích základních prvků.

Abychom to shrnuli, zapojení článků do série v baterii zvyšuje napětí (Volty), zatímco paralelní propojení článků zvyšuje proud (Ampéry) a kapacitu (Ampéry/hodiny).

V praxi při vytváření robotů BEAM vlastníma rukama nejčastěji používají 1,5voltové AA baterie zapojené do série. Tři baterie tedy poskytují 4,5 voltu a čtyři baterie poskytují 6 voltů.

Baterie se připojují buď pájením, pomocí krátkých kousků drátu, nebo pomocí speciálních bateriových přihrádek.

Sériové a paralelní zapojení rezistorů

Při sériovém zapojení bude celkový odpor složeného rezistoru roven součtu odporů jednotlivých rezistorů.

V paralelním zapojení je vzájemná hodnota impedance rovna součtu vzájemných odporů větví.

Při použití takového zapojení rezistorů bude každým rezistorem protékat jiný proud. Síla tohoto proudu pro každý rezistor bude nepřímo úměrná jeho odporu. Celková vodivost obvodu s paralelním zapojením rezistorů se tak zvýší a jeho celkový odpor naopak klesne.

Pro výpočet odporu dvou paralelně připojených rezistorů bude mít vzorec následující formu:

Když jsou dva stejné rezistory zapojeny paralelně, jejich celkový odpor se bude rovnat polovině odporu jednoho z rezistorů:

Pro N identických rezistorů:

U paralelně zapojených rezistorů s různými odpory bude jejich celkový odpor vždy menší než nejmenší odpor.

Pokud jsou odpory v části obvodu vzájemně spojeny částečně paralelně a částečně sériově, pak se takové zapojení nazývá smíšené. V závislosti na konečném typu připojení mohou být smíšená připojení paralelního nebo sériového typu.

Pomocí výše uvedených vzorců můžeme například ze tří rezistorů získat sestavy se šesti různými odpory. Uvažujme to na příkladu tří rezistorů s odporem každého 1K (1 kiloohm).

Zapojení kondenzátorů

Pro paralelní zapojení kondenzátorů se jejich celková kapacita sečte. V tomto případě se přípustné napětí pro celou sadu kondenzátorů bude rovnat nejmenší hodnotě přípustného napětí z celé sady.

Při sériovém zapojení klesá celková kapacita a zvyšuje se celkové napětí kondenzátorů.

Celkové napětí se v tomto případě bude rovnat součtu napětí všech kondenzátorů.

Ohmův zákon

Pro výpočet napětí, proudu a odporu v obvodu se používá nejdůležitější zákon v elektronice a elektrotechnice, který empiricky objevil v roce 1826 Georg Ohm a dostal jeho jméno.

Podle Ohmova zákona pro část obvodu je proudová síla přímo úměrná rozdílu potenciálů (napětí) na koncích části obvodu a nepřímo úměrná odporu této části:

I – velikost proudu procházející částí obvodu;
U je velikost přiváděného napětí do části obvodu;
R je hodnota odporu uvažované části obvodu.

Pomocí druhé verze Ohmova zákona pro část obvodu můžeme vypočítat přivedené napětí na část obvodu, pokud známe velikost proudu procházející částí a odpor této části.

Třetí verze Ohmova zákona pro část obvodu umožňuje vypočítat odpor části obvodu ze známých hodnot napětí a proudu.

Pomocí třetí verze Ohmova zákona můžete například vypočítat odpor omezovacího odporu pro připojení LED k elektrickému obvodu s napětím převyšujícím provozní napětí LED.

Předpokládejme, že chceme připojit LED s provozním napětím 2V (2 volty) a proudovým odběrem 20 mA (20 miliampérů) k elektrické baterii o napětí 6V (6 voltů). Musíme vypočítat odpor omezovacího rezistoru. Úbytek napětí na rezistoru by měl být 6V – 2V = 4V. Protože proudová síla ve všech částech obvodu je stejná, znamená to, že náš rezistor bude mít stejný počet ampérů jako LED, konkrétně 20 mA = 0,02A. Pomocí Ohmova zákona vypočítáme odpor rezistoru.

Odpor omezovacího odporu je lepší volit s malou rezervou. V našem případě to může být 220 Ohmů.

Základy návrhu obvodů

Při vytváření obvodů nezapomeňte, že můžete rozvětvit vodiče, ale nemůžete přímo připojit vodiče, kterými mohou procházet signály s různými hodnotami, jinak dojde ke zkratu.

Sériové a paralelní připojení baterií

Definujte paralelní a sériové připojení

Sériové a paralelní zapojení akumulátorů se provádí pro zvýšení celkového napětí a zvýšení kapacity Ah. Sériová připojení jsou provedena pro zvýšení celkového napětí. Pro zvýšení celkové Ah baterie jsou provedena paralelní připojení.

Sériové a paralelní připojení baterií v místech jejich použití:

Počáteční nabíjení baterie:

Sériové zapojení 18-20 baterií stejného typu/velikosti se obvykle provádí v továrnách pro počáteční nabití baterií. Pokud je potřeba současně nabíjet větší počet baterií, např. baterie 54/108, zapojí se 18 baterií do série v jednom obvodu. 3/6 těchto paralelních stringů bude schopno připojit všech 108 čísel 12V baterií

Sériové a paralelní zapojení baterií

V sériovém zapojení bude proud protékající jedním závitem stejný pro všech 18 baterií.
Při paralelním zapojení 4 takových vedení se proud rozdělí mezi všechny tři vedení. Proud bude ve všech závitech stejný, pokud bude vnitřní odpor všech čtyř závitů stejný. V opačném případě bude proud distribuován nerovnoměrně. Např. 23 %. 27 %, 26 % a 24 % místo požadovaných 25 %. Doba nabíjení pro všechny 4 linky se bude lišit.

Rozdíl mezi sériovým a paralelním zapojením baterií

Sériové připojení baterie
Pokud jsou baterie zapojeny do série, jako v železničních vozech nebo telefonních ústřednách, je nutné, aby si články navzájem odpovídaly napětím, Ah, kapacitou a elektrickým odporem. Takové baterie jsou obvykle částečně nebo úplně vybité. Při výboji POLARITA. Reverzní náboj je zcela nepřijatelný, protože expandér oxiduje a záporná deska ztrácí kapacitu. Proto je pro hluboké vybití nutné použít jak zaplavené, tak VRLA články. V tomto případě se nejprve úplně vybijí slabší prvky. Při dalším vybíjení jsou tyto slabší prvky reverzně nabity. (To, čemu se obvykle říká obrácené vyúčtování prvku).

Výhody a nevýhody sériového a paralelního zapojení

Spojením baterií dohromady, dvou nebo více, sériově nebo paralelně nebo sériově paralelně, můžeme zvýšit napětí nebo kapacitu, nebo dokonce obojí. To umožňuje aplikace s vyšším napětím nebo aplikace, které vyžadují vyšší výkon.

Sériové a paralelní zapojení baterií v olověných (LAB) a lithium-iontových (LIB) bateriích
Kapacita jednotlivých prvků lithiových baterií je nízká, cca 3000 miliampérů – 4000 miliampérů (3-4 Ah). To vyžaduje velmi velký počet odpovídajících buněk.
V praxi jsou články zapojeny do série a paralelně a tvoří PACK, který se stává modulem pro vytváření baterií. Procházejí schvalovacím řízením. V elektrických vozidlech jsou takové PAC stavebními kameny pro výrobu vysokonapěťových baterií se zvýšenou kapacitou Ah. Sofistikovaný systém monitorování baterií se stává nevyhnutelným a nezbytným pro správné fungování lithium-iontových baterií. To neustále zvyšuje náklady na systém lithium-iontových baterií.

V případě olověných akumulátorů mohou mít články dokonce kapacitu 1500 Ah, což je 500x větší než lithium-iontový akumulátorový článek. Proto výroba lithium-iontových baterií vyžaduje velmi vysoký stupeň kontroly nad parametry zpracování během výrobního procesu ve srovnání s olověnými bateriemi.
V každém případě je nutné změřit napětí článku a vnitřní odpor jednotlivých článků. Výběr buněk je důležitým krokem prováděným výrobci.

Je-li požadováno sériové a paralelní připojení baterií, vyrovnání proudu ve všech obvodech je dosaženo pomocí obvodu znázorněného na obrázku níže. Propojení nebo křížové propojení pomáhá vyrovnat proud ve všech 4 řetězcích.

Při zapojování baterií do série musíte zajistit, aby každá baterie měla stejné napětí a ampérhodinu. Jinak poškodíte baterie.

Prosím sdílejte, pokud se vám tento článek líbil!