Как соединить литий ионные аккумуляторы разной емкости
Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное. При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется бмс, бэттери мониторинг систем, она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда я напомню литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод. Но ещё существует такая штука, как балансировка ячеек. Специальный зарядный контроллер грубо говоря имеет доступ к каждой ячейке и персонально заряжает ее на 100% независимо от остальных. В интернете есть куча схем на стабилитронах и прочей рассыпухе, но мы здесь с вами не для этого, мы паять не любим. Для двух и трех аккумуляторов есть модуль защиты зарядки и балансировки, но я опять же собрал вас здесь сегодня не для этого.
Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково. Иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно, но не очень желательно использовать аккумуляторы с разной емкостью. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели. То есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать. Делать так опять же не очень желательно, но можно.
Перейдем к делу. Допустим мы хотим использовать аккумуляторы последовательно, для увеличения напряжения. По хорошему, чтобы правильно использовать такую сборку, аккумуляторы должны быть одной емкости, желательно из одной партии на производстве, а также перед соединением они должны быть заряжены до одного напряжения. Такую идеальную сборку можно заряжать напряжением, равным сумме максимальных напряжений для лития, то бишь 4.2В. для этого подойдут готовые блоки питания, вставил в розетку и заряжаешь. Либо понижающий модуль, настроенный на нужное напряжение? Или например лабораторный блок пиатния. Но в мире нет ничего идеального, поэтому более правильно будет заряжать через бмс, которая отключит батарею если один из аккумуляторов зарядится на 100%. А еще более правильно будет использовать зарядник с балансировкой ячеек, который тоже стоит денег.
Как соединить литий ионные аккумуляторы разной емкости
Можно, ли использовать элементы питания одинаковые по напряжению и типу (Li-ion) но разные по емкости, разных производителей? Если нет, то почему? и можно ли (теоретически) исправить ситуацию специальным контроллером? Как устроена защита от взрыва Li-Ion?
Приглашаем 23/06/2021 всех желающих принять участие в вебинаре, посвященном проектированию и разработке систем умного дома на базе компонентов STMicroelectronics. Экосистема продукции STMicroelectronics включает в себя как электронные компоненты, так и средства разработки, готовые стеки протоколов и законченные примеры кода. Предлагаемые ресурсы позволят разработчику легко построить каркас системы и быстро создать прототип своего приложения. На вебинаре также расскажем о беспроводных интерфейсах – ведь благодаря поддержке стандартов BLE и ZigBee разработчики смогут при необходимости интегрировать устройства сторонних производителей и создавать открытые системы.
Ну мы и говорим про литиевые. Т.е. идентичность полная: емкость, напряжение, внутреннее сопротивление?
А можно неодинаковость элементов питания компенсировать электроникой?
Реклама
Реклама
Panasonic, один из мировых лидеров по производству высококачественных электромеханических компонентов, и Компэл представляют масштабное расширение складской программы. В настоящее время на складе Компэл доступны ведущие серии SMD-тактовых переключателей Panasonic в миниатюрных корпусах. Линейка тактовых кнопок Panasonic отличается многообразием компактных переключателей различных типоразмеров, форм штока и выводов. Переключатели отвечают важнейшим требованиям в ответственных применениях.
Спасибо за заботу, я понимаю что аккумулятор опасен, смотрел видео на ютьюбе, как взрывается литий в воде, или как взрываются пробитые аккумуляторы, но мы же находимся в «Теории». Потому прошу оставить обсуждение последствий и целесообразность данного мероприятия, их можно будет потом обсудит в «практике», а оставим только саму возможность этих последствий.
На том же Ютюбе я смотрел ролик китайской компании (сейчас уже не вспомню названия) где показывалась огромная сборка цилиндрический литиевых аккумуляторов. Прямо во время работы сборки сотрудник протыкал один из аккумуляторов, он выгорал а остальные продолжали работать, далее он вкручивал саморез в другой аккумулятор, а сборка продолжала работать. только немного понижалось напряжение.
Даже при большом разбросе из-за различий во внутреннем сопротивлении банки сами распределяют между собой ток разряда. Кто мощнее, то больше и отдаёт, социальная справедливость Сильно разные по ёмкости ( в 2-3 раза) может и не имеет смысла в параллель ставить, всё равно они особо ничего не добавят, проще подобрать другой, близкий по емкости элемент.
Только ещё раз, нюанс — перед соединением я их всех заряжал до одинакового напряжения, чтобы не было уравнивающих токов. Соединять элементы сильно заряженные и сильно разряженные чревато. Это я к тому, что где-то видел идею-фикс дозаряжать акки в мобиле простым подключением другого элемента. Так вот это — неправильно и ни к чему хорошему не приведет. Даже если они и не перегреются, всё равно из-за превышения максимальных токов заряда-разряда долго служить не будут.
_________________ In theory, theory and practice are the same. In practice, they’re not.
Так, а если теоретически: Напряжение полностью заряженного аккумулятора 4.2 В. Не зависимо от его емкости. Полностью разряженного — 2.7. Это напряжения при которых контроллер прекращает заряжать/отключает батарею. Для наглядности возьмем аккумуляторы 2500 и 1250 mAh. Если больший аккумулятор заряжен на 100% а меньший разряжен полностью. Соответственно больший аккумулятор будет заряжать меньший, причем сила тока будет неконтролируемая (они же запараллелены), а учитывая что внутреннее сопротивление Li-ion аккумулятора примерно 60-120 mOm (не уверен, я путаюсь в этих единицах), для большого аккумулятора это будет короткое замыкание? т.е. перегрев и возможно взрыв?
А если они изначально заряжены на 100-90%, то соответственно один аккумулятор подзарядит другой и они будут дружно работать в паре, заряжаясь и разряжаясь кратно своему объему?
Ну вот, Вы меня обрадовали. Теперь подведем итоги: Если взять 3 новых, исправных аккумулятора на 2500 + 1250 +1250, зарядить их до одинакового напряжения, «уравновесить» напряжение соединив их параллельно, например, через ресистор (чтобы вдруг не возникло больших токов). Потом капитально соединить параллельно и к контроллеру от аккумулятора на 2500, то получим аккумулятор на 5000 mAh. Который будет заряжаться, учитывая ограничитель в контроллере, в 2 раза дольше, чем на 2500 mAh.
В данном случае остается только один вопрос — как организовать тепловую защиту реализованную в контроллере, ведь она будет работать только для одной банки.
А если запараллелить три таких аккумулятора но каждый со своим «родным» контроллером?
Вообще я, наверно, покривил душой, сказав, что источники напряжения совсем нельзя подключать параллельно. Действительно, если взять несколько достаточно близких по характеристикам (идеально одинаковых не найти никогда), одинаково заряженных источника, соединить параллельно, то должно происходить что-то следующее.
Если при разряде один из источников разрядится сильнее, то за счёт чуть пониженного напряжения и чуть увеличенного внутреннего сопротивления ток его разряда ослабнет, распределившись на другие элементы. Это приведёт к выравниванию уровня разряда. В то же время, если по какой-то причине источник разрядится слабее, то ток его разряда возрастёт, и это тоже приведёт к выравниванию уровня разряда источников.
Что-то аналогичное, возможно, будет происходить и при заряде аккумуляторов. Однако, эти процессы могут приводить к эксплуатации аккумуляторов в чрезвычайно суровых условиях, выходящих за рамки установленные в даташитах, а это приведёт, в свою очередь, к ускоренному их износу или вообще мгновенному выходу из стоя. Так что надо быть очень внимательным.
Не совсем так. Это верно, если нагрузка постоянная. Тогда напряжения на аккумуляторах выровняются (за счёт распределения токов, и установления определённых внутренних сопротивлений и напряжений). Однако если нагрузка резко изменится, то это приведёт к тому, что аккумуляторам потребуется снова перераспределить токи, чтобы выровнять свое напряжения (учитывая внутреннее сопротивление и напряжение). Во время перераспределения через какие-то элементы будут течь существенно большие токи чем ранее. Кроме то, снизится КПД (особенно при полном отключении нагрузки, когда аккумуляторы будут перезаряжать сами себя). Происходить так будет от того, что аккумуляторы всё-таки не идеально одинаковые и кривые разряда у них идут не один-в-один на всех участках.
Отсюда три вывода: во-первых подбирать как можно более одинаковые аккумуляторы (строя для каждого кривые разряда), во-вторых не брать от батареи аккумуляторов ток больший, чем может обеспечить один аккумулятор, в-третьих желательна постоянная нагрузка.
Но ведь если я использую коммуникатор со стандартным аккумулятором на 2500, то использование батареи 2500 +1250+1250 никак не может вывести условия за рамки даташитов производителей. Большой аккумулятор будет отдавать намного меньше энергии, режимы работы ведь не изменились. А маленькие будут ему помогать, тем более их 2 одинаковых и они явно, между собой, распределят нагрузку поровну. Опять же даже если взять два по 1250, в сумме они как раз 2500, как стандартный аккумулятор. Соответственно «потянут» этот коммуникатор без проблем. А тут еще и большой им в подмогу)))
позвольте внести свою лепту (это только моя теория, просьба не материть и не ругать) — а может, соединить, но только через диоды, а дальше к контроллеру? вот только придется заряжать элементы по отдельности, ну или попробовать сконструировать «включатель заряда», который будет выполнен на резисторах (в свою очередь предварительно отрегулированных для того, чтобы каждой емкости отдавался свой ток для полного заряда за одинаковое время). например, есть 2500мА, и 1250мА. минусовые клеймы соединяются. от плюсов подключаются диоды, чтобы ток не смог бегать от одной емкости к другой, дальше к контроллеру. А заряд нужно будет делать через один резистор к одной емкости, т.е кол-во емкостей = кол-во резисторов, номинал подбирается для ограничения тока заряда, чтобы не было ситуации в стиле — один перезарядил, второй недозарядил (к примеру, 1250мА полностью заряжается за 2 часа при 100мА, а 2500мА заряжается за 4 часа при том же токе заряда, т.е нужно чтобы все емкости заряжались 4 часа, а чтобы маленькие не перезарядить, им нужно ограничивать ток до такого, чтобы емкость маленькая заряжалась за то же время, что и большая, т.е, если брать 1250 и 2500мА, ток заряда для 1250 должен быть в два раза меньше, чем 2500мА. ) из минусов — городить 4 диода (2 к контроллеру от плюсовых, и 2 от ЗУ к плюсовым, 2 резистора на заряд емкостей, и все же не хочется обходить базовый контроллер заряда (т.е. если так емкости соединить, заряжать их в устройстве где торчит контроллер заряда нельзя)) или городить n-канальный контроллер заряда-разряда (n=количество емкостей), и контроллер должен знать кому сколько отдавать.
З.Ы. Есть подозрение, что если так сделать, ток всеравно будет бегать, но уже по минусовой клейме (тогда нужно будет и по минусу добавлять диоды)
гуру Li-on АКБ прошу не ругать. это всеголишь предположение.
_________________ Быстро, Качественно, Недорого. Выбрать можно только 2 варианта.
а что будет если схему доработать путем замены диодов на сборки полевиков ? тип как в китайском мобильном аккуме — полевик на заряд и на разряд
на практике, какие грабли могут ждать на этом пути ?? нужна батарейка с напругой около 17-21В,емкость от 5АЧ(аккумы для ЮПС не предлагать))
кстати если аккумы лежат в одной коробке(банки для ноутов, стандартная коробка на 50 шт) — можно ли считать, что они идентичны ?? т.е можно в ноут засунуть ?
_________________ вместо спасибо лучше накиньте кармы,а что чакры запылились
