توصيل البطاريات المتسلسلة والمتوازية والمختلطة

الجميع بطاريةاعتمادًا على نوعه ، له قيم معينة في جواز السفر: الجهد الاسمي ، التيار الأقصى ، التيار الأمثل ، السعة الاسمية. لاحظ أن قيم جواز السفر هذه صحيحة فقط في حالة مراعاة وضع التشغيل الموصى به من الشركة المصنعة للبطارية وفقط لتلك البطاريات التي لم يتم استنفاد مورد حياتها.

يحدث أيضًا أنه من الضروري تحقيق المزيد من البطارية على الفور أكثر مما تستطيع وفقًا لجواز السفر. لذلك ، لزيادة السعة أو تشغيل التيار أو الجهد ، غالبًا ما يلجأون إلى التوصيل المتسلسل والمتوازي وأحيانًا المختلط (المتسلسل المتوازي) للبطاريات (الخلايا والخلايا).

لذلك ، بالنسبة لبطاريات الليثيوم أيون والليثيوم بوليمر ، ستكون قيمة الجهد الاسمي لخلية واحدة 3.7 فولت ، وبطاريات الرصاص الحمضية - 2.1 فولت ، والنيكل والزنك - 1.6 فولت ، وهيدريد معدن النيكل والكادميوم - 1.2 فولت.

بالنسبة للقدرة والتيار الأمثل للبطارية ، تعتمد هذه المعلمات على العديد من معايير التصميم: على مساحة الأقطاب الكهربائية ، وحجم الخلية ، وكثافة الإلكتروليت ، إلخ.

إذا كان من الضروري الحصول على جهد تشغيل أعلى ، فسيتم توصيل خلايا البطارية في سلسلة ، إذا كانت هناك حاجة إلى قدرة عالية وتيار ، بالتوازي ، إذا كان من الضروري زيادة السعة وزيادة الجهد ، استخدم اتصال سلسلة متوازية من البطاريات.

سلسلة توصيل البطاريات وخصائصها

من البداية ، من الضروري أن نفهم أنه بالنسبة للبطاريات المتصلة في سلسلة - فإن التيار من خلال كل بطارية من هذا التجميع (البطارية) سيكون دائمًا مساويًا للتيار عبر العقدة بأكملها وبغض النظر عما إذا كانت البطارية يتم تفريغها عند ذلك لحظة أو الشحن.

لهذا السبب ، يوصى بشدة بتوصيل البطاريات من نفس النوع (أو المجموعات) فقط من نفس السعة (حقيقية!) في السلسلة.

لماذا هم من نفس النوع؟ لأن الحد الأدنى (الذي يمكنك تفريغه) والحد الأقصى (الذي يمكنك شحنه) لكل خلية يجب أن يكون هو نفسه.

الآن دعونا نتعامل مع السؤال عن سبب ضرورة أن تكون السعات المتصلة على التوالي هي نفسها.

إذا تم توصيل البطاريات ذات السعات المختلفة في سلسلة ، فعند عملية التفريغ ، ستُفرغ الخلية ذات السعة الأصغر بشكل أسرع من الخلايا الأخرى وقد تصل إلى النقطة التي يحدث فيها تفريغ عميق في إحدى الخلايا المكونة للتجميع ، بينما يتم تفريغ الخلايا الأخرى لا يزال من الممكن إطلاق سراحه بأمان.سيؤدي ذلك إلى تعطيل تشغيل بطارية البطاريات بالكامل ، وسوف ينخفض ​​جهدها ، ولا يمكن ببساطة تحقيق السعة بشكل كافٍ في الحمل.

وفي عملية شحن مثل هذه العقدة غير المستوية ، سيحدث ما يلي: سيتم شحن خلية البطارية ذات السعة الأصغر بالفعل بالجهد المطلوب ، بينما سيظل الجيران ذو السعة الأكبر بدون شحن.

لمنع مثل هذا التطور غير السار للأحداث (يحدث أن تفقد بعض الخلايا ، حتى أثناء التشغيل السليم ، قدرتها الأولية في وقت أبكر من غيرها) ، يكون الشاحن (أو التجميع) مزودًا بوحدة تحكم معادلة الشحن والتفريغ ، والتي تحمي الخلايا من الأوضاع الحرجة.

بطريقة أو بأخرى ، قبل توصيل البطاريات في تركيب متسلسل ، قم بقياس سعة كل منها بجهاز خاص معروف للجميع ومتوفر على نطاق واسع في السوق.

في الأمبير-ساعة (Ah) أو مللي أمبير- ساعة (mAh) ، ستكون سعة البطارية الناتجة عن توصيل بطاريات متطابقة في سلسلة مساوية لسعة خلية واحدة تشكل بطارية متسلسلة.

سيكون التيار المقدر ، مثل السعة ، مساويًا للتيار المقنن لخلية واحدة. سيكون الجهد المقنن (بالفولت) والطاقة (بالواط / ساعة) مساويًا لمجموع الفولتية المقدرة والواط / ساعة ، على التوالي ، لجميع الخلايا التي تتكون منها البطارية.

التوصيل المتوازي للبطاريات وخصائصها

يتم استخدام التوصيل المتوازي للبطاريات عندما يجب ترك الجهد كما هو ، ولكن في نفس الوقت يزيد السعة الإجمالية ، وبالتالي ، التيار المقنن للتركيب.

يمكن توصيل الخلايا التي لها نفس الفولتية الاسمية بالتوازي ، كما أنه من المرغوب بشدة أن تكون من نفس النوع (بحيث يكون تأثير ظروف التشغيل على السعة والخصائص الحالية لجميع الخلايا متماثلًا تقريبًا).

في وقت الاتصال ، من المستحسن أيضًا معادلة الفولتية الحالية من أجل تقليل التيارات المعادلة التي ستحدث حتمًا عند إغلاق أطراف القطب للخلايا بشكل متوازٍ.

ستكون سعة الوحدة الناتجة بالساعات الأمبيرية ، وتيار التشغيل ، وكذلك الطاقة المخزنة بالواط / ساعة مساوية لمجموعها لكل خلية من الخلايا التي تشكل التجميع.

عند توصيل خلايا البطارية بالتوازي ، من المهم أيضًا أن تتذكر أن تيار التفريغ الذاتي الناتج للعقدة المتوازية سيكون أعلى من مجموع تيارات التفريغ الذاتي المميزة لكل خلية على حدة ، نظرًا لأن بعض الخلايا في المجموعة سوف يتم تفريغها بسرعة وأكثر مقاومة للتفريغ الذاتي ، ستفرغ الخلايا ليس فقط من خلال نفسها ، ولكن أيضًا من خلال جيرانها ، كما كانت ، في كل مرة.

سلسلة متوازية أو مختلطة من البطاريات

إذا فهمت قواعد وميزات التوصيل المتسلسل لخلايا البطارية وفهمت مبدأ تجميع السعة والتيار في اتصال متوازي ، فلن يكون من الصعب عليك توصيل العقد التسلسلية الناتجة في العقد المتوازية أو المتوازية في السلسلة.

من الناحية النظرية ، لتقليل تيار التفريغ الذاتي ، يبدو من الأفضل الاتصال بالتوازي مع عدة دوائر متسلسلة معدة مسبقًا ومجمعة بشكل صحيح بنفس السعة دون إغلاق موازٍ للوصلات المجاورة.ومع ذلك ، فمن الأسهل من الناحية العملية توصيل عدة عقد متوازية معًا.

نتيجة لذلك ، يكون مبدأ تكوين التجميع على النحو التالي: إذا كان عدد الخلايا في سلسلة (في دائرة واحدة من البطاريات المتصلة في سلسلة) يتجاوز عدد الخلايا على التوازي (أي يتجاوز عدد الدوائر) ) ، ثم يتم دمج الدوائر بالتوازي.

إذا تجاوز عدد العناصر المتوازية في اتصال مختلط عدد العناصر في الدائرة ، فإن العقد المتوازية تكون متصلة في سلسلة بعد التأكد من أن سعتها متساوية.