Три схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт. В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений. Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока. Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В. Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами. Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически. Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников. Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры. Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя. Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:

Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

• электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
• рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
• эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
• сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

Аккумуляторная батарея или аккумулятор автомобиля

Аккумуляторная батарея (или просто аккумулятор) преобразует химическую энергию в электрическую.

Автомобильная аккумуляторная батарея питает потребителей электрического тока при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе. На автомобилях применяют

свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, обладающие небольшим внутренним сопротивлением и способные в течение нескольких секунд отдавать ток в несколько сот ампер, который необходим для пуска двигателя стартером.

Емкость аккумуляторов

Аккумуляторная батарея характеризуется емкостью, т.е. количеством электрической энергии, которую может отдать батарея при разряде от полностью заряженного состояния до предельно допустимого разряженного.

Емкость измеряется в ампер-часах и зависит от конструкции батареи, числа пластин, их толщины, материала разделителей пластин и других факторов.

В эксплуатации емкость аккумулятора зависит от силы разрядного тока, температуры электролита, режима разряда (прерывистый или непрерывный), степени заряженности и изношенности аккумулятора. Так,

при увеличении разрядного тока и понижении температуры электролита емкость аккумуляторной батареи уменьшается.

Устройство аккумулятора

Корпус 1 аккумулятора (схема 1) изготовлен из кислотостойкой пластмассы (полипропилена) и разделен перегородками на шесть секций. В каждой секции установлен отдельный элемент, состоящий их положительных 9, отрицательных 10 пластин и сепараторов 8 (разделителей) между ними.

Схема 1 – Устройство автомобильного аккумулятора

1- корпус; 2 – крышка; 3, 5 – выводы; 4 – мостик; 6 – пробка; 7 – индикатор; 8 – сепаратор; 9, 10 – пластины

Элементы имеют напряжение 2 Вольт и последовательно соединены между собой мостиками 4. Корпус аккумуляторной батареи закрыт общей для всех элементов пластмассовой крышкой 2. Крышка приварена по периферии к наружным стенкам корпуса. Соединения крышки с перегородками корпуса уплотняются при сборке герметиком, что исключает переливание электролита из одной секции в другую.

Для каждой секции в крышке имеется резьбовое отверстие с пробкой 6 для заливки и контроля индикатором 7 уровня электролита. Пробки снабжены отверстиями для связи внутренней полости батареи с атмосферой. Батарея имеет два вывода: положительный 3 и отрицательный 5. Аккумуляторная батарея установлена в подкапотном пространстве отделения двигателя автомобиля.

Маркировка аккумуляторов

В маркировке автомобильных аккумуляторов указывается:

• число последовательно соединенных элементов, что определяет напряжение батареи; назначение аккумулятора;
• емкость аккумулятора в ампер-часах при режиме разряда 20 часов;
• материал корпуса;
• материал сепараторов.

Например, маркировка аккумуляторной батареи 6СТ-55П означает следующее: батарея стартерная, напряжение 12 В, емкость 55 Ач, корпус и крышка из пропилена (кислотостойкая пластмасса).

При техническом обслуживании аккумуляторной батареи необходимо соблюдать правила техники безопасности: осторожно обращаться с электролитом, содержащим химически чистую серную кислоту; при осмотре батареи нельзя подносить к ней открытый огонь из-за возможности вспышки газов над электролитом и др.

Другие статьи по системе зажигания двигателя

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.

Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.
Проверим:
200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему. Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы. Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают. Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

Схема подключения батареи ноутбука

Информационный сайт о накопителях энергии

Распиновкой называют обозначение контактов в разъемах, соответствующих схеме, но для монтажа в отверстиях. Функционально контакты соответствуют справочной нумерации. Распиновка разъема батареи, работающей с ноутбуком, потребуется в тот момент, когда батарея перестанет заряжаться. В каждом разъеме 6,7, 9 контактов, которые зеркальны на источнике энергии и потребителе. Но расположение контактов зависит от компоновки, и у производителей электронные схемы не совпадают. Маркировки нет. Но распиновка есть в схемах производителей.

Пример распиновки разъема ноутбука перед вами:

• DATA+ для поступления напряжения;
• DATA- нулевой контакт;
• вывод >

Распиновка батареи ноутбука ASUS

Литиевая аккумуляторная батарея обладает способностью саморазряда. Работает или отдыхает батарея, химические процессы идут. Батарея разряжается иногда настолько, что уходит из диапазона контроля. В этом случае чтобы зарядить потребуется разобрать устройство, провести ревизию и зарядку каждой банки принудительно. Но чтобы восстановить соединение аккумулятора с материнской платой, нужно знать, за что отвечает каждый контакт.

В компании ASUS ноутбуки с батареями на 9 контактов. Поэтому лучше подбирать новый аккумулятор с установкой по месту, благо, ноутбук мобильный.

Силовой разъем аккумулятора ноутбука может быть двухконтактным и трехконтактным. Двухконтактный разъем цилиндрический, для внутреннего и внешнего напряжения. В трехконттактном напряжение подается на внутренний центральный контакт, в виде иглы. На нее и поступают данные по мощности адаптера. При низкой мощности заряд не поступает на мультиконтроллер, зарядка не идет. Внутренний контакт – напряжение, наружный – земля.

Распиновка батареи ноутбука HP

Распиновка аккумуляторной батареи ноутбука НР состоит из 6 контактов.

1 – VCC, иногда подключенный переключатель

2 – термистор, NTC, 10KOhm, подключается к GND

3 – часы и данные

4 – данные, обмен данными 8 бит

5 – переключатель, выключается и включается при подключении к GND

Зная распиновку НР MU06, можно подобрать совместимую батарею ноутбука именно для этой материнской платы. Если батарея не заряжается, ее можно разобрать, проверить контакты, и по замерам найти проблемный узел Без распиновка невозможно совместить все контакты батареи ноутбука с операционной системой.

Распиновка батареи ноутбука Lenovo

Модели ноутбуков с литий-ионными батареями соединяются с помощью контактов. При этом на выводы подается вся информация о конкретном изделии в кодированном виде:

• текущее состояние;
• тип аккумуляторных элементов;
• идентификатор;
• серийный номер;
• даты производства и первого включения;
• производитель;
• число зарядно-разрядных циклов.

Если аккумулятор не заряжается от батареи, возможно, работает его внутренняя защита или нет контакта в каком либо выводе. Выполнив замеры, и зная распиновку разъема батареи ноутбука, можно найти зону ответственности неработающего контакта.

Распиновка батареи ноутбука Samsung

Аккумуляторы Samsung AA-PB9NC6B подходят в большинству фирменных ноутбуков. Это литий-ионная батарея, рассчитанная на 400-500 циклов заряда. Контактная площадка имеет 8 ниш, но контактов 7, одна используется, как направляющая.

Распиновка батареи ноутбука Самсунг наглядно изображена на фото. Но маркировку чаше приходится делать самостоятельно, используя схему производителя на эту модель. Посмотрите на фото распиновку ноутбука , имеющего 6 рабочих контактов от этого же производителя..

Распиновка батареи ноутбука Тошиба

Случилось, как ни заботились об литий-ионной батарее, она села. Нужно разобрать для восстановления. Если после ремонта батарея не работает с материнской платой ноутбука, наверняка нужно исследовать контакты в разъемах. Какое соединение за что отвечает будет известно, когда найдется схема распиновки этой модели. Только из нее можно узнать назначение каждого контакта.

Распиновка батареи ноутбука Toshiba Satellite

Прекрасная портативная модель ноутбука проработала отведенный срок, выработала ресурс, но заменить ее нечем. В розничной продаже фирменного изделия найти невозможно. Все, что предлагают – реплики или откровенные подделки по завышенной цене.

Причина в том что модель снята с производства, но верно служит. Для замены старого аккумулятора купите совместимый, от компании ОЕМ по доступной цене и приемлемого качества. Эта компания зарекомендовала себя надежной и поставляет продукцию на линии по сборке, в том числе и на Тошиба. Подбирайте аккумулятор не только по разъемам и габаритам, но по напряжению, не отличающемуся от «родного» на 0,5 в большую или меньшую сторону.

Распиновка батареи ноутбука Acer

Ноутбуки Acer подразделяются на 4 группы – Aspire, TravelMate, Extensa, Ferrari. Известны на российском рынке Acer Aspire, как доступные по цене и с хорошей компонентной базой. Все модели имеют литий-ионные аккумуляторы с хорошей емкостью. Но заканчивается ресурс и нужно покупать новый аккумулятор для ноутбука. Если купить родной аккумулятор, не нужно знать распиновку, все встанет на свои места. Но стоимость их высока, и вполне можно приобрести подделку за большие деньги.

Совместимые аккумуляторы для продукции Асер выпускает компания из Гонконга Cameron Sino, относящаяся к категории ОЕМ производителей. При этом можно купить совместимую батарею более высокой емкости. Главное, чтобы геометрические размеры и разъемы подходили. Напряжение может отличаться не более чем на 0,5 В.

Если новая батарея не заряжается, потребуется найти причину. Для этого требуется знать распиновку контактов. Каждая модель имеет свою компоновку и назначение выводов.

Распиновка батареи ноутбука Dell

Компания Dell снабжает свои ноутбуками аккумуляторами, срок годности которых сопоставим с жизнью самого лэптопа. Но случилось, по ряду причин батарею нужно менять или восстанавливать. При выборе нового аккумулятора нужно знать:

• марку и модель компьютера;
• величину входного тока 220 Россия или 110 США;
• напряжение, равное заменяемой батарее;
• выходная мощность должна полностью соответствовать «родной» или быть немного выше;
• выходной ток должен быть большим или равным оригинальному устройству;
• Штекер должен полностью повторять форму и размер снятого, иначе не будет заряжать.

Для замены батареи, производитель предлагает покупать собственные изделия. Они лучше защищены, не подвержены возгоранию.

Видео

Как найти причину и отремонтировать батарею, если она не заряжается, посмотрите на видео.

Информационный сайт о накопителях энергии

Распиновкой называют обозначение контактов в разъемах, соответствующих схеме, но для монтажа в отверстиях. Функционально контакты соответствуют справочной нумерации. Распиновка разъема батареи, работающей с ноутбуком, потребуется в тот момент, когда батарея перестанет заряжаться. В каждом разъеме 6,7, 9 контактов, которые зеркальны на источнике энергии и потребителе. Но расположение контактов зависит от компоновки, и у производителей электронные схемы не совпадают. Маркировки нет. Но распиновка есть в схемах производителей.

Пример распиновки разъема ноутбука перед вами:

• DATA+ для поступления напряжения;
• DATA- нулевой контакт;
• вывод >

Распиновка батареи ноутбука ASUS

Литиевая аккумуляторная батарея обладает способностью саморазряда. Работает или отдыхает батарея, химические процессы идут. Батарея разряжается иногда настолько, что уходит из диапазона контроля. В этом случае чтобы зарядить потребуется разобрать устройство, провести ревизию и зарядку каждой банки принудительно. Но чтобы восстановить соединение аккумулятора с материнской платой, нужно знать, за что отвечает каждый контакт.

В компании ASUS ноутбуки с батареями на 9 контактов. Поэтому лучше подбирать новый аккумулятор с установкой по месту, благо, ноутбук мобильный.

Силовой разъем аккумулятора ноутбука может быть двухконтактным и трехконтактным. Двухконтактный разъем цилиндрический, для внутреннего и внешнего напряжения. В трехконттактном напряжение подается на внутренний центральный контакт, в виде иглы. На нее и поступают данные по мощности адаптера. При низкой мощности заряд не поступает на мультиконтроллер, зарядка не идет. Внутренний контакт – напряжение, наружный – земля.

Распиновка батареи ноутбука HP

Распиновка аккумуляторной батареи ноутбука НР состоит из 6 контактов.

1 – VCC, иногда подключенный переключатель

2 – термистор, NTC, 10KOhm, подключается к GND

3 – часы и данные

4 – данные, обмен данными 8 бит

5 – переключатель, выключается и включается при подключении к GND

Зная распиновку НР MU06, можно подобрать совместимую батарею ноутбука именно для этой материнской платы. Если батарея не заряжается, ее можно разобрать, проверить контакты, и по замерам найти проблемный узел Без распиновка невозможно совместить все контакты батареи ноутбука с операционной системой.

Распиновка батареи ноутбука Lenovo

Модели ноутбуков с литий-ионными батареями соединяются с помощью контактов. При этом на выводы подается вся информация о конкретном изделии в кодированном виде:

• текущее состояние;
• тип аккумуляторных элементов;
• идентификатор;
• серийный номер;
• даты производства и первого включения;
• производитель;
• число зарядно-разрядных циклов.

Если аккумулятор не заряжается от батареи, возможно, работает его внутренняя защита или нет контакта в каком либо выводе. Выполнив замеры, и зная распиновку разъема батареи ноутбука, можно найти зону ответственности неработающего контакта.

Распиновка батареи ноутбука Samsung

Аккумуляторы Samsung AA-PB9NC6B подходят в большинству фирменных ноутбуков. Это литий-ионная батарея, рассчитанная на 400-500 циклов заряда. Контактная площадка имеет 8 ниш, но контактов 7, одна используется, как направляющая.

Распиновка батареи ноутбука Самсунг наглядно изображена на фото. Но маркировку чаше приходится делать самостоятельно, используя схему производителя на эту модель. Посмотрите на фото распиновку ноутбука , имеющего 6 рабочих контактов от этого же производителя..

Распиновка батареи ноутбука Тошиба

Случилось, как ни заботились об литий-ионной батарее, она села. Нужно разобрать для восстановления. Если после ремонта батарея не работает с материнской платой ноутбука, наверняка нужно исследовать контакты в разъемах. Какое соединение за что отвечает будет известно, когда найдется схема распиновки этой модели. Только из нее можно узнать назначение каждого контакта.

Распиновка батареи ноутбука Toshiba Satellite

Прекрасная портативная модель ноутбука проработала отведенный срок, выработала ресурс, но заменить ее нечем. В розничной продаже фирменного изделия найти невозможно. Все, что предлагают – реплики или откровенные подделки по завышенной цене.

Причина в том что модель снята с производства, но верно служит. Для замены старого аккумулятора купите совместимый, от компании ОЕМ по доступной цене и приемлемого качества. Эта компания зарекомендовала себя надежной и поставляет продукцию на линии по сборке, в том числе и на Тошиба. Подбирайте аккумулятор не только по разъемам и габаритам, но по напряжению, не отличающемуся от «родного» на 0,5 в большую или меньшую сторону.

Распиновка батареи ноутбука Acer

Ноутбуки Acer подразделяются на 4 группы – Aspire, TravelMate, Extensa, Ferrari. Известны на российском рынке Acer Aspire, как доступные по цене и с хорошей компонентной базой. Все модели имеют литий-ионные аккумуляторы с хорошей емкостью. Но заканчивается ресурс и нужно покупать новый аккумулятор для ноутбука. Если купить родной аккумулятор, не нужно знать распиновку, все встанет на свои места. Но стоимость их высока, и вполне можно приобрести подделку за большие деньги.

Совместимые аккумуляторы для продукции Асер выпускает компания из Гонконга Cameron Sino, относящаяся к категории ОЕМ производителей. При этом можно купить совместимую батарею более высокой емкости. Главное, чтобы геометрические размеры и разъемы подходили. Напряжение может отличаться не более чем на 0,5 В.

Если новая батарея не заряжается, потребуется найти причину. Для этого требуется знать распиновку контактов. Каждая модель имеет свою компоновку и назначение выводов.

Распиновка батареи ноутбука Dell

Компания Dell снабжает свои ноутбуками аккумуляторами, срок годности которых сопоставим с жизнью самого лэптопа. Но случилось, по ряду причин батарею нужно менять или восстанавливать. При выборе нового аккумулятора нужно знать:

• марку и модель компьютера;
• величину входного тока 220 Россия или 110 США;
• напряжение, равное заменяемой батарее;
• выходная мощность должна полностью соответствовать «родной» или быть немного выше;
• выходной ток должен быть большим или равным оригинальному устройству;
• Штекер должен полностью повторять форму и размер снятого, иначе не будет заряжать.

Для замены батареи, производитель предлагает покупать собственные изделия. Они лучше защищены, не подвержены возгоранию.

Видео

Как найти причину и отремонтировать батарею, если она не заряжается, посмотрите на видео.

Благодаря аккумуляторной батарее ноутбук стал мобильным устройством. Пользователи нередко встречаются с различными проблемами, связанными с АКБ.

Эти неприятности отличаются своей сложностью, и в некоторых ситуациях приходится посещать сервисный центр. Однако некоторые недостатки могут быть устранены самостоятельно, но для этого необходимо знать распиновку аккумулятора ноутбука.

Типы аккумуляторов

Все АКБ работают по одному принципу – обратимости протекающих в них реакций. Говоря проще, химическая реакция проходит в одном направлении, а заряд идет в противоположном.

Сегодня в лэптопах используется 2 типа аккумуляторов:

Второй вид АКБ является более современным и используется производителями все чаще. В начале эры мобильных устройств активно использовались никель-кадмиевые батареи.

Однако в их состав входит кадмий, обладающий высокой токсичностью. В результате возникали серьезные проблемы с утилизацией вышедших из строя аккумуляторов.

Им на замену пришли никель-металлогидридные батареи, лишенные некоторых недостатков никель-кадмиевых. Но показатель их энергоемкости все же был невелик, как и число циклов перезарядки.

Литий-ионные АКБ обладают высокой энергетической плотностью и низким показателем саморазряда. Однако и они не лишены недостатка: литий постепенно разрушается, и уже через год емкость батареи снижается. На практике срок эксплуатации аккумуляторов этого типа составляет 2-3 года, а не заявленные производителями 5 лет.

Устройство батареи

Современные АКБ лэптопов подключаются с помощью интерфейса SMBus. Они имеют минимум 5 контактов, два из которых предназначены для передачи напряжения. Еще два пина позволяют обмениваться информацией об уровне заряда батареи, отработанных циклах перезарядки и т. д.

Аккумулятор состоит из следующих элементов:

• термостат;
• контроллер;
• аккумуляторные элементы;
• контактная площадка;
• предохранители.

Контроллер предназначен для отключения АКБ от зарядного устройства при достижении максимального заряда или при падении напряжения до 2,5 вольт.

Во втором случае отключение необходимо для предотвращения необратимых химических изменений в аккумуляторных батареях. В современных АКБ установлено большое количество датчиков, призванных обеспечить надежную защиту источника питания.

Схемы распиновки

Современные батареи имеют от 5 до 9 контактов. Распиновка аккумулятора ноутбука Samsung или другого лэптопа может отличаться в зависимости от модели. Именно поэтому пользователи ищут схему для своего мобильного девайса на официальных сайтах компаний-производителей.

Если в батарее установлен семипиновый разъем, то его цоколевка может иметь следующий вид:

• ID.
• NC.
• SCL/SDA — используется для связи микросхем.
• BATT_IN — передача сигнала о подключении.
• SMB — линия, предназначенная для передачи информации о состоянии АКБ.
• DATA- — ноль.
• DATA+ — основное питание.

Однако следует помнить, что в зависимости от модели распиновка аккумулятора ноутбука Acer, Lenovo, Toshiba и других производителей, может отличаться в зависимости от конкретной модели.

Схема распиновки батареи a32 на 9pin для лэптопов Asus.

Чтобы найти распиновку батареи ноутбука HP, Dell или другой компании, пользователю придется посетить официальный сайт производителя.

Если там отыскать нужную информацию не удастся, то предстоит зайти на форму владельцев лэптопов конкретного производителя.

В качестве примера можно привести распиновку mu06 notebook battery, используемой в устройствах компании НР.

Сброс контроллера

Даже если распиновка батареи ноутбука Acer или другого производителя известна, этого может оказаться недостаточным для устранения неисправности. Не менее важно иметь представление о контроллере аккумулятора — это микросхема, которая взаимодействует с контроллером материнской платы самого лэптопа и передает ОС всю необходимую информацию о работе и состоянии АКБ.

Вот схема контроллера батареи ноутбука, основанного на микросхеме DW 01-З.

Если контроллер начинает работать некорректно, то ОС получает неверную информацию. В результате могут возникнуть различные неприятности, например, лэптоп отключится быстрее, чем положено при 100% заряда. Такое поведение девайса необязательно говорит о выходе АКБ из строя, и проблема может быть решена с помощью сброса контроллера ноутбуковой батареи (калибровки).

Решить задачу можно двумя способами:

В первом случае используется специальный софт, например, программа Battery EEPROM Works. Это мощная утилита, которая зачастую буквально реанимирует батарею.

Однако для ее использования необходимо разбираться в микросхемах.

В домашних условиях для большинства пользователей лучшим выбором станет ручная калибровка.

Если есть возможность, то можно использовать специальные утилиты для управления питанием ноутбука от производителя устройства.

После ее запуска необходимо выбрать опцию сброса контроллера и строго следовать инструкциям.

Если такая программа не была найдена, калибровку можно провести вручную. Для этого ноутбук отключается от сети и переводится в режим БИОС. После этого устройство необходимо оставить включенным до полного разряда АКБ, не выключая лэптоп, его необходимо поставить на зарядку и дождаться полного восстановления емкости батареи. Если эти манипуляции не вернули аккумулятор к жизни, то его придется заменить.

Схемы подзарядки маломощных аккумуляторных батарей для питания МК

Аккумулятор (лат. «accumulator» — собиратель) представляет собой устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Следует отличать электрические аккумуляторы от гальванических батарей (Табл. 6.7).

Аккумуляторы требуют периодической подзарядки энергии при помощи зарядных устройств (ЗУ). ЗУ можно разделить на внешние и внутренние. Первые из них подключаются к устройству через отдельный разъём и берут питание от сети 220 В, автомобильного аккумулятора, солнечной батареи и т.д. Характерным примером внешних ЗУ могут служить обычные «зарядки» для мобильных телефонов. Схемотехника подобных устройств — это отдельная и достаточно сложная тема.

Применительно к МК, более актуальными являются внутренние ЗУ, позволяющие восстанавливать энергию «на лету» от основного источника питания устройства. Методы заряда аккумуляторов бывают следующие:

• медленный заряд током, не превышающим 0.1С, где «С» — это штатная ёмкость аккумулятора в ампер-часах;
• заряд током 0.5… 1С с остановкой в момент начала спада напряжения;
• быстрый заряд большим током 2…4С с контролем температуры перегрева;
• «интеллектуальный» заряд по сложному графику со стабилизацией зарядного тока и напряжения.

При выборе типа аккумулятора следует учитывать разнообразие геометрических размеров (Табл. 6.8). Общее правило — чем больше физический объём элемента, тем больше его энергоёмкость, масса и, разумеется, цена.

На Рис. 1, а…д показаны схемы подзарядки аккумуляторов от внутреннего (основного) источника питания МК.

Рис. 1. Схемы внутренней подзарядки аккумуляторов.

На рисунке 1 приведены следующие схемы зарядных устройств:

• а) стандартная схема резервирования питания от источников +5 и +3 В дополняется резистором R1. Через него осуществляется постоянная подзарядка аккумулятора GB1 током примерно 0.1 мА. Столь низкий ток выбран для компенсации саморазряда аккумулятора во времени;
• б) подзарядка NiCd, NiMH аккумуляторов GB9, GB10 типоразмера АА/ААА от панели солнечных элементов GB1…GB8. Ток заряда в яркий солнечный день может достигать 50 мА;
• в) ток заряда аккумулятора GB1 обратно пропорционален сопротивлению резистора RI. Диод VD1 не позволяет разряжаться аккумулятору GB1 через внешние цепи при снятии основного питания +6 В. Диоды VD2, VD4 в сумме дают падение напряжения примерно 0.8… 1 В. Диод VD3 открывается только при снижении напряжения основного источника +6 В ниже +4.6 В;
• г) аккумулятор GB1 подзаряжается от энергии ветрогенератора G1. Диодный мост VD1…VD4 преобразует переменное напряжение, поступающее от ветрогенератора, в пульсирующее одно-полярное. Конденсатор C1 сглаживает пульсации. Аккумулятор стабилизирует выходное напряжение и служит буферным накопителем энергии;
• д) подзарядка аккумулятора GB1 от «интеллектуального» драйвера DA1. Заряд производится в три этапа с оптимальными режимами, специально разработанными для литиевых аккумуляторов. Максимальное напряжение заряда составляет 4.2 В, после чего микросхема DA I отключается и светодиод HL1 гаснет.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно

Объединенная группа аккумуляторов называется батареей элементов или просто гальванической батареей. Существуют два основных способа соединения элементов в батареи: последовательное и параллельное соединения.

В рамках данной статьи рассмотрим особенности последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Есть разные ситуации, когда может потребоваться увеличить общую емкость или поднять напряжение, прибегнув к параллельному или последовательному соединению нескольких аккумуляторов в батарею, и всегда нужно помнить о нюансах.

Параллельное соединение предполагает объединение положительных клемм аккумуляторов с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом, т. е. все положительные выводы элементов присоединить к одному общему проводу, а все отрицательные выводы — к другому общему проводу. Концы общих проводов такой батареи присоединяются к внешней цепи — к приемнику.

Сущность последовательного способа соединения аккумуляторов, как это вытекает из самого его названия, заключается в том, что все взятые элементы соединяются между собою в одну последовательную цепочку, т. е. положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом каждого последующего элемента. 

В результате такого соединения получается одна общая батарея, у которой у одного крайнего элемента остается свободным отрицательный, а у второго — положительный выводы. При помощи их батарея и включается во внешнюю цепь — в приемник. Далее поговорим об этом более подробно.

Параллельное соединение аккумуляторов дает объединение емкостей, и при равном исходном напряжении на каждом из аккумуляторов, входящих в собираемую из них батарею, емкость составной батареи оказывается равной сумме емкостей этих аккумуляторов. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке.

Параллельное соединение:

Сколько бы элементов мы ни соединяли параллельно, общее их напряжение всегда будет равно напряжению одного элемента, но зато сила разрядного тока может быть увеличена во столько раз, сколько элементов будет входить в состав батареи, если только все элементы в батарее однотипные.

Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.

Ежели последовательно соединяются аккумуляторы равной емкости и равного на момент соединения напряжения, тогда напряжение батареи, полученной путем последовательного соединения, будет равно произведению напряжения одного аккумулятора и количества аккумуляторов, составляющих последовательную цепь.

Последовательное соединение:

При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений.

Поэтому от составленной батареи независимо от величины ее напряжения можно потреблять только такой же силы ток, на какой рассчитан один элемент, входящий в состав данной батареи.

Это и понятно, так как при последовательном соединении через каждый элемент проходит тот ток, какой проходит и через всю батарею.

Таким образом, путем последовательного соединения элементов, увеличивая их общее количество, можно повысить напряжение батареи до любых пределов, но сила разрядного тока батареи останется такой же, как и у одного отдельного элемента, входящего в ее состав.

И при параллельном, и при последовательном соединении, общая энергия батареи оказывается равной сумме энергий всех аккумуляторов, составляющих батарею.

Итак, для чего же аккумуляторы объединяют в батареи? Все дело в том, что в любой схеме существуют потери, связанные с нагревом проводников. И при одном и том же сопротивлении проводника, если требуется передать определенную мощность, гораздо выгоднее передавать мощность при высоком напряжении, тогда ток потребуется меньший, и омические потери будут меньше.

По этой причине мощные источники бесперебойного питания используют батареи последовательно соединенных аккумуляторов на общее напряжение в несколько десятков вольт, а не параллельную цепь на 12 вольт. Чем выше напряжение источника, тем выше КПД преобразователя.

Когда нужен значительный ток, а одного имеющегося в наличии аккумулятора для поставленной цели не достаточно, увеличивают емкость батареи, прибегая к параллельному соединению нескольких аккумуляторов.

Не всегда экономически выгодно заменять аккумулятор на новый, обладающий большей емкостью, и иногда достаточно присоединить параллельно еще один, и повысить емкость источника до необходимой. Некоторые источники бесперебойного питания имеют отсеки для установки дополнительных аккумуляторов параллельно уже имеющемуся, с целью повысить энергетический ресурс преобразователя.

Что следует учитывать при объединении аккумуляторов в последовательную цепь? Аккумуляторы различной емкости (изготовленные по одной и той же технологии, например свинцово-кислотные) отличаются внутренним сопротивлением. Чем выше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление, зависимость здесь почти обратно пропорциональная.

По этой причине, если последовательно соединить аккумуляторы разной емкости, и замкнуть цепь нагрузки или зарядную цепь, то ток по цепи пойдет везде одинаковый, а вот падения напряжений будут разными.

И на каком-то из аккумуляторов батареи напряжение при зарядке окажется намного выше номинала, что опасно, а при разрядке — намного ниже нижнего предела, что вредно.

Рассмотрим далее пример, покажем, чем это чревато.

Пусть в нашем распоряжении 10 аккумуляторов, номинальное напряжение каждого 12 вольт, 9 из них имеют емкость 20 ампер-часов, а один — 10 ампер-часов.

Мы решили соединить их последовательно, и заряжать от зарядного устройства с контролем зарядного тока, выставили ток на 2 ампера.

Зарядное устройство настроено так, что прекратит зарядку когда напряжение батареи пересечет отметку в 138 вольт, исходя из среднего значения в 13,8 вольт на каждый аккумулятор последовательной батареи. Что произойдет?

Для каждого аккумулятора производитель предоставляет зарядную характеристику, где можно увидеть, каким током и на протяжении какого времени нужно заряжать аккумулятор.

Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. Так, уже через 3 часа маленький аккумулятор возьмет свое, в то же самое время большие аккумуляторы еще 6 часов должны будут заряжаться.

Но напряжение на маленьком аккумуляторе уже пошло через край, его бы нужно перевести в режим стабилизации напряжения, на наш зарядный прибор этого не делает. В конце концов система рекомбинации газов в аккумуляторе вдвое меньшей емкости не выдержит, клапаны сорвет, и аккумулятор начнет терять влагу, терять емкость, при этом большие аккумуляторы все еще будут недозаряжены.

Вывод: заряжать последовательно можно только аккумуляторы равной емкости, одной и той же технологии, одного и того же состояния разряда.

Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. Изначально на каждом аккумуляторе 13,8 вольт, а разрядный ток составляет 2 ампера.

Защита от глубокого разряда разомкнет цепь при 72 вольтах, то есть предполагается не менее 7,2 вольт на аккумулятор.

Через 4 часа маленький аккумулятор полностью разрядится, а на больших еще будет по 12 вольт, и защита от глубокого разряда не уследит подвоха. Маленький аккумулятор уже необратимо потеряет часть своей емкости.

Вот почему последовательно можно соединять лишь аккумуляторы равных емкостей, если не хотите их испортить. Лучше всего последовательно соединять аккумуляторы из одной партии, и проверить предварительно их емкости тестером АКБ, дабы убедиться, что емкости аккумуляторов, из которых вы собираетесь собрать последовательную батарею, почти равны.

А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Разумеется, при условии равенства напряжений на их клеммах. При параллельном соединении емкости аккумуляторов не будут играть роли, поскольку внутренние сопротивления аккумуляторов окажутся подключены параллельно, и максимальный ток заряда или разряда будет у каждого аккумулятора свой, они будут работать синхронно.

Однако для клемм аккумуляторов и для каждого конкретного аккумулятора ограничения по току имеются, клеммы могут и не выдержать длительный ток, который в принципе способен дать аккумулятор, об этом важно не забывать. В технической документации к аккумулятору эти параметры указаны.

Если в момент соединения двух аккумуляторов, сильно различающихся по емкости, их напряжения отличаются значительно, неизбежна кратковременная перегрузка по току одного из аккумуляторов. Если напряжение выше у аккумулятора меньшей емкости, то перераспределение заряда в момент соединения вызовет кратковременный ток короткого замыкания в нем, и может быстро привести к его разрушению.

Если напряжение выше у аккумулятора большей емкости, то опять же под угрозой аккумулятор меньшей емкости, ибо он станет принимать заряд в режиме перегрузки. Поэтому лучше всего соединять параллельно аккумуляторы, предварительно выровняв напряжения на них, а уже следующим шагом объединять в батарею.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, как можно, а как нельзя соединять аккумуляторы и для каких целей это обычно делают.

Андрей Повный 

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов

При параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Получившаяся при паралельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

Для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. Если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?

В любых электрических системах или устройствах есть омические потери: часть электрической энергия превращается в тепло, не производя полезной работы. Чем больше напряжение электросистемы, тем (при той же мощности) меньше ток, меньше омические потери и меньше цена системы. Т.е. выгодно иметь электрические системы высокого напряжения.

Причем, чем больше мощность системы, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольной.

Поэтому в небольших UPS (на несколько сотен ВА) обычно стоит один аккумулятор на 12 вольт (так получается дешевле), в UPS на несколько кВА используется аккумуляторная батарея напряжением в десятки вольт, а в мощных ИБП на десятки киловатт напряжение аккумуляторной батареи может превышать 500 В.

Следовательно, цель использования аккумуляторных батарей с последовательным соединением аккумуляторов — уменьшение потерь и увеличение коэффициента полезного действия (КПД).

Иногда емкости одного аккумулятора недостаточно, и нужно увеличить емкость. Иногда удобнее не ставить взамен аккумулятор большей емкости, а поставить еще один такой же аккумулятора параллельно, чтобы суммарная емкость аккумуляторной батареи аккумуляторной батареи удвоилась.

Например, для увеличения времени работы высококлассного ИБП Eaton Powerware 9130 от аккумуляторной батареи параллельно существующей батарее подключают еще одну или несколько таких же аккумуляторных батарей.

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

Известно, что внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора.

Поэтому, при протекании тока через последовательную аккумуляторную батарею, на свинцовых аккумуляторах разной емкости будут разные напряжения.

Опасно ли это для отдельных аккумуляторов и для аккумуляторной батареи в целом? Рассмотрим по-отдельности режимы разряда и зарядки свинцовых аккумуляторов.

Предположим, мы заряжаем последовательную аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцовых аккумуляторов емкостью по 10 А*час и одного 12-вольтового свинцового аккумулятора емкостью 8 А*час. В начале все аккумуляторы разряжены. Зарядное устройство реализует алгоритм зарядки I-U с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (13.8 В в среднем на аккумулятор).

По данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе изменяется в соответствии с графиком справа. В начале процесса зарядки, зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а суммарное напряжение на аккумуляторной батарее сложится из напряжений на отдельных аккумуляторах, напряжение для каждого аккумулятора можно определить по его зарядной характеристике (графику зависимости напряжения аккумулятора от времени, который приводится производителем в его технических характеристиках). В начале зарядки на свинцовом аккумуляторе в 8 А*час будет около 12.3 В, а на всех аккумуляторах емкостью 10 А*час — примерно по 12 В на каждом. Начало зарядки абсолютно безопасно для всех 8 аккумуляторов.

Примерно через 10 часов напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час достигнет 13.8 вольт. Аккумулятор в этот момент будет заряжен примерно на 80%. Остальные аккумуляторы будут заряжены примерно на 70%, а напряжение на каждом из них будет около 13.2 В.

Аккумулятор емкостью 8 А*час уже нужно переводить в режим стабилизации напряжения, но это невозможно — ведь суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще не достигло конечного напряжения 110 В, а составляет примерно 13.2 * 7 + 13.8 = 106.2 В.

Поэтому все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут продолжать заряжаться, суммарное напряжение продолжит расти, а вместе с ним и напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час.

Еще через 3-4 часа, напряжение на аккумуляторной батарее достигнет предела — 110 В. Это напряжение разделится следующим образом: на аккумуляторах емкостью 10 А*час будет чуть больше 13.5 В, а на аккумуляторе емкостью 8 А*час — больше 15 В.

Система рекомбинации газов, выделяющихся в этом аккумуляторе, перестанет справляться c нагрузкой, предохранительные клапаны аккумулятора откроются, аккумулятор начнет терять воду, а с ней и емкость. В то же время, все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут недозаряжены.

Следовательно, при зарядке свинцовых аккумуляторов соединенные последовательно аккумуляторы разной емкости будут все больше и больше расходиться по своим параметрам — ″разбегаться″.

Рассмотрим теперь разряд все той же аккумуляторной батареи из 8 свинцовых аккумуляторов током 1 А. Пусть система построена так, что при уменьшении напряжения до 84 В срабатывает защита от глубокого разряда, и разряд прекращается. Начальное состояние всех свинцовых аккумуляторов — ″полностью заряжены″.

Через 7-8 часов после начала разряда, аккумулятор емкостью 8 А*час полностью разрядится. Напряжение на нем составит 10.5 В. Напряжение на остальных аккумуляторах батареи будет в это время чуть больше 11 В на каждом. Значит суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет примерно 10.5 * 7 + 11.

1 = 88,2 В. Поэтому вся аккумуляторная батарея продолжит разряжаться, в том числе и многострадальный аккумулятор емкостью 8 А*час. Напряжение на нем будет очень быстро падать, в то время, как остальные свинцовые аккумуляторы практически не будут разряжаться.

Когда напряжение на нем достигнет примерно 7 В, система отключит нагрузку, но будет уже поздно — аккумулятор будет в состоянии глубокого разряда и потеряет часть емкости.

Теперь становится понятно, что последовательно можно соединять только свинцовые аккумуляторы одинаковой емкости, иначе аккумуляторная батарея будет быстро выходить из строя.

Рекомендуется использовать для последовательного соединения свинцовые аккумуляторы одного типа, одного завода и из одной партии.

Если в аккумуляторную батарею предполагается объединить более двух свинцовых аккумуляторов последовательно, очень желателен еще и предварительный подбор аккумуляторов по емкости и напряжению с помощью тестеров аккумуляторов

Для параллельно соединенных свинцовых кислотных аккумуляторов нет опасности появления на клеммах аккумулятора разных напряжений. Напряжения на всех параллельно соединенных аккумуляторах одинаковы в силу самого характера соединения. Значит параллельно соединенные аккумуляторы не могут «разбежаться» — они будут разряжаться или заряжаться синхронно.

Но у свинцовых аккумуляторов есть ограничение не только по максимальному и минимальному напряжению, но и по токам. Например, для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272) производителем установлены следующие ограничения по токам.

Максимальный разрядный ток не должен превышать 100 А для аккумуляторов с клеммами шириной 3/16″ (4.75 мм) и 130 А для аккумуляторов с клеммами 1/4″ (6.35 мм) — 130 А (18С).

Протекание такого большого тока через аккумулятор емкостью всего 7.2 А*час ограничено и по времени: не более 5 с.

Почему ограничен разрядный ток, понятно — клеммы аккумулятора не могут надежно передать больший ток (хотя сам аккумулятор, вероятно, мог бы).

Если мы посмотрим технические характеристики аккумуляторов разных производителей (правда не все указывают максимально допустимый ток), нам откроется довольно пестрая картина. Для стационарных (промышленных) свинцовых аккумуляторов, максимальный ток ограничен значением, которое численно (в амперах) составляет от 5 до 25 емкостей аккумулятора (в А*час).

Некоторые производители указывают еще и ток короткого замыкания (иногда с ограничением времени — 0.1 с) — он численно составляет от 15 до 70 емкостей аккумулятора (15С….70С).

Суммируя эти данные, можно сказать, что свинцовый аккумулятор может безопасно разряжаться очень большими токами, вплоть до десятков С, причем чем меньше время разряда, тем больше допустимый ток.

Жесткого ограничения максимального зарядного тока производитель CSB GP 1272 (GP1272) не дает, он только рекомендует ограничить максимальный ток зарядного устройства значением 2.16 А (это численно равно 30% емкости аккумулятора — 0.3С).

Это ограничение совершенно точно не связано с возможностями проводников (клемм и решетки пластин аккумулятора), — проводники этого аккумулятора, как мы уже знаем, могут передать в 50 раз больший ток.

Тогда с чем же связано это ограничение?

В процессе зарядки свинцового аккумулятора, сернокислый свинец превращается в свинец или окись свинца (в зависимости от того, на положительной или отрицательной пластине происходит реакция), а сера, входившая в состав сернокислого свинца, переходит в электролит.

Для эффективного протекания электрохимической реакции зарядки свинцового аккумуляторав, нужно все время подводить в поверхности, на которой происходит реакция, свежий электролит и отводить продукты реакции (все тот же электролит, но уже содержащий больше серы).

Активная масса пластины свинцового аккумулятора имеет пористую структуру (это увеличивает активную поверхность и емкость свинцового аккумулятора).

К открытой части активной поверхности очень легко подводить (и отводить) вещества, участвующие в реакции, а перенос свежего электролита вглубь пористой пластины затруднен — по мере удаления от поверхности, поры становятся все уже и глубже.

Поэтому в начале зарядки свинцового аккумулятора, электрохимическая реакция происходит главным образом на открытой поверхности пластин и только потом распространяется вглубь активной массы.

В начале зарядки, аккумулятор способен безопасно воспринять довольно большой зарядный ток — ведь к поверхности пластины можно быстро доставить сколько угодно свежего электролита. Но по мере того, как процесс зарядки перемещается вглубь активной масыы, зарядный ток нужно уменьшать, иначе вместо электрохимической реакции зарядки аккумулятора будет происходить разложение электролита (аккумулятор «закипит»). Свинцовый аккумулятор может быть и не выйдет из строя сразу, но его старение ускорится и он раньше потеряет емкость.

Соблюдение общего ограничения тока зарядного устройства (2.16 А для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272), установленного производителем, позволяет безопасно заряжать аккумулятор, независимо от глубины и характера его разряда и температуры (в определенных производителем пределах). Тем не менее, в начале зарядки свинцового аккумулятора, допустим и больший зарядный ток.

Вернемся теперь к параллельно соединенным свинцовым аккумуляторам. Понятно, что, если суммарный ток через параллельную аккумуляторную батарею не превышает ограничений, установленных для каждого аккумулятора батареи, то никакой опасности для аккумуляторов нет.

Понятно также, что, если мы соединим параллельно 5 аккумуляторов CSB GP 1272 (GP1272) из одной партии и будем их заряжать током 5 х 2 = 10 А, то опять-таки нет никакой опасности — аккумуляторы абсолютно одинаковые, токи разделятся поровну, и ток через каждый аккумулятор не превысит установленного производителем ограничения.

Но если мы соединим в параллельную батарею разные аккумуляторы, и суммарный разрядный или зарядный ток заметно превысит ограничения, установленные для отдельного свинцового аккумулятора, то через какой-то аккумулятор может потечь ток, превышающий возможности этого аккумулятора. Посмотрим теперь, как распределяются токи между свинцовыми аккумуляторами параллельной аккумуляторной батареи, составленной из аккумуляторов разных типов.

В начале зарядки или разряда параллельной аккумуляторной батареи, токи (зарядный или разрядный) разделятся между аккумуляторами обратно пропорционально их внутреннему сопротивлению.

Если свинцовые аккумуляторы сильно различаются по емкости, конструкции, составу пластин или технологии изготовления, то внутреннее сопротивление аккумуляторов может оказаться не совсем обратно пропорциональным их емкости.

В этом случае, и токи в начале разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов могут распределиться не совсем пропорционально их емкости.

Соединенные параллельно свинцовые аккумуляторы имеют одинаковое напряжение на своих клеммах. Поэтому их разряд или зарядка происходят синхронно: невозможна ситуация, когда один из параллельно соединенных аккумуляторов разрядился (или зарядился) наполовину, а другой — полностью.

Поэтому, через некоторое время после начала разряда или зарядки, токи начинают перераспределяться между аккумуляторами так, чтобы компенсировать возможно имевшую в начале процесса место диспропорцию.

В конечном счете (или, вернее сказать, в среднем), токи распределяются между аккумуляторами пропорционально их реальной емкости, даже если внутреннее сопротивление аккумуляторов не совсем обратно пропорционально емкости аккумуляторов.

Следовательно, потенциальную опасность представляет начало разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов, соединенных параллельно.

Но в начале разряда или зарядки, как мы уже выяснили, свинцовые аккумуляторы могут без вреда для себя разряжаться или заряжаться токами, которые превышают установленные производителем ограничения.

Поэтому можно было бы сказать, что параллельное соединение разнородных аккумуляторов не представляет опасности.

Но мы будем осторожнее, и скажем, что такой опасности почти нет — но при параллельном соединении свинцовых аккумуляторов разной емкости или изготовленных по разным технологиям нужно избегать ситуаций, когда зарядный или разрядный ток аккумуляторной батареи в несколько раз превышает установленное производителем предельное значение зарядного или разрядного тока одного аккумулятора.

Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

66008 Опубликовано 26 апреля 2017

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт.

В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений.

Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока.

Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В.

Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами.

Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически.

Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего.

Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников.

Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры.

Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя.

Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

• Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:
• Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

• электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
• рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
• эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
• сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

Последовательная и параллельная конфигурация соединения аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 10.04.

2016 14:30
Abramova Olesya

Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов — каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы.

Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока — суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений.

Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч.

Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского — 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению.

Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы.

Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро.

При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы.

Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

1. Области применения одиночных элементов питания

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста.

Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше.

Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента.

Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

2. Последовательное соединение

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно.

Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В.

(BU-303: Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента.

Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать.

Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В.

Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”).

Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля.

Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В.

Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях.

Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его.

Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе.

Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс.

Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов.

И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами.

(Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым.

Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее.

Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента — его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные анализаторы электрических батарей.

3. Параллельное соединение

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов.

Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel).

Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя.

Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания — автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре.

С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

4. Последовательно-параллельное соединение

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы.

Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт.

Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента — для соответствия значений напряжения и силы тока.

Такой мониторинг реализуется аппаратно — путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов.

Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

• Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.
• Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.
• Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.
• Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.
• Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.
• Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки — отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).
• Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

• Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.
• Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.
• Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла.

Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно. Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места.

Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.

Проверим:

200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е.

в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В.

Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему.

Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы.

Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор.

Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают.

Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

Схемы подключения аккумуляторов

У любого аккумулятора выделяют следующие основные характеристики:

• Номинальное напряжение (В ― Вольт)
• Емкость (Ач – Ампер*час)
• Максимальное количество запасенной энергии = Номинальное напряжение умноженное на Емкость (кВт*ч – киловатт*час)

Существует три возможных варианта соединения аккумуляторов между собой – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.   В зависимости от схемы соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов может меняться Номинальное напряжение или Емкость системы, при этом максимальное количество запасенной энергии всех аккумуляторов останется неизменным.

Рассмотрим каждый из возможных вариантов соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов:

1)  Последовательное соединение аккумуляторов

• При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее.
• В случае такого соединения Емкость системы остается неизменной, но напряжение системы является суммой всех соединенных последовательно аккумуляторов.
• Например:

Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 200Ач*48В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для поднятия напряжения системы.

2) Параллельное соединение аккумуляторов

При таком соединении плюсовые клеммы аккумуляторов поочередно соединяются между собой. Минусовые клеммы также соединяются поочередно между собой.

В случае такого соединения напряжение системы остается неизменным, при этом емкость Банка Аккумуляторов является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Например:

Имеем те же 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 800Ач*12В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

 Такая схема включения используется для увеличения емкости (тока заряда) системы.

3) Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов

1. Такое соединение является самым востребованным при сборке Банков Аккумуляторов для различных целей.
2. При таком соединении цепочки последовательно соединенных аккумуляторов соединяются параллельно.
3. Например:

Снова обратимся к нашим 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В.

Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 400Ач*24В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Примечание: обратите внимание, что максимальное количество запасенной энергии ― не зависит от схемы соединения аккумуляторов! 

Различные схемы подключения аккумуляторов нужны для оптимизации работы комплекса оборудования используемого вместе с аккумуляторами. Выбирая различные схемы соединения, мы устанавливаем необходимые токи и напряжения для всей системы.

Источник: oporasolar.ru

Эта статья прочитана 12146 раз(а)!

Продолжить чтение

Электрическая Схема Аккумулятора Шуруповерта — tokzamer.ru

Хотя этот ток напрямую связан с максимальным рабочим, потому обычно здесь проблем нет.


Шестерни чаще всего ломаются, если они изготовлены из пластика применяются в дешевых аппаратах.

Ссылка по теме: Ремонтный стапель своими руками Итак, после проведения измерений я отобрал 10 банок с наименьшей величиной внутреннего сопротивления. При полностью заряженном аккумуляторе это происходит чаще.
Ремонт Ni-Cd аккумулятора от шуруповерта своими руками / Battery / Repair

Такой способ зарядки не считается интеллектуальным, ЗУ не может определить, в каком состоянии находится батарея.

Не работает трещотка. При этом каждый из элементов управления, встроенных в блок кнопки, сам по себе не может работать корректно.

Функциональность неисправных элементов можно восстановить или заменить их новыми. Аккумулятор нужно поставить заряжаться и дождаться полной зарядки.

Принцип работы регулятора следующий: При включении кнопки на управляющий электрод симистора подается переменный ток, имеющий синусоидальную фазу.

Но такое решение имеет и свои минусы.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ «МЕРТВОГО» Ni-Cd АККУМУЛЯТОРА ШУРУПОВЕРТА СВОИМИ РУКАМИ

Комментарии

Вещь конечно полезная, но как по мне, то немного лишняя, а кроме того не всегда безопасная. Если Ваш шуруповерт работает от напряжения 12 или 13В можно произвести поиск более простым методом.

Поэтому необходимо определить место поломки.

Алгоритм работы схемы довольно прост.

Это значит, что он загрязнет пылью от щеток.

Со временем из-за износа и влажности кнопка SK1 «Пуск» начинает плохо срабатывать, а иногда и вообще отказывает.

Для начала взглянем на принципиальную схему. Эта функция будет необходима при работе с материалом изделий различной степени твердости, поскольку при работе с мягким материалом тело самореза будет легко утапливаться в нем, слишком высокая твердость материала будет способствовать нарушению геометрии шурупа, особенно если он небольших размеров.

Этот метод эффективен в том случае, если электролит в наличии, но потерял объем. Воспользовавшись паяльником, разъедините 2 элемента на следующем рисунке указано стрелкой.
Восстановление аккумулятора шуруповерта в домашних условиях.

Еще по теме: Составление смет на электромонтажные работы

Принцип работы ЗУ

Инструментально это осуществляется при помощи перекидных контактов, приводящихся в действие рычажком реверса.

Хотя этот ток напрямую связан с максимальным рабочим, потому обычно здесь проблем нет.

Кроме того, иногда выводят разъем для балансировки аккумуляторов шуруповерта. В большинстве случаев ремонт трещотки шуруповерта заключается в очистке ее составляющих от загрязнений и в нанесении новой смазки.

Сверление отверстий для литий-полимерного аккумулятора — тоже не проблема. Теперь аккуратненько, вынимаем механизм включения из корпуса, придерживая возвратную пружину.

А чтобы пользоваться шуруповертом, пока аккумулятор будет заряжаться, можно сделать сетевой адаптер. После последней разрядки аккумулятора его отключают от зарядного устройства и хранят без подключения к шуруповерту.

Как сделать что-то самому, своими руками — сайт домашнего мастера

Время работы микросхемы U1 настроено на один час работы, после чего питание снимается с транзистора Q1 и, соответственно, с реле. После такого ремонта кнопка послужит еще какое то время, но все равно придется приобрести новую! Увеличивая величину затяжки, тем самым вы глубже ввинчиваете саморез. Для этого полная разборка шуруповерта не потребуется.

Во время тренировки заряжать аккумулятор следует около 10 часов, чтобы снабдить его максимально возможной энергией. Надеемся, статья была вам полезной. Разборка блока, например, для ремонта аккумулятора шуруповерта Hitachi изображен ниже , очень проста — откручиваем шурупы по периметру и разъединяем корпус. Пониженное переменное напряжение 18V со вторичной обмотки трансформатора поступает на диодный мост через плавкий предохранитель FU1.

Ёмкость штатного аккумулятора — 1 А-ч. Шуруповёрт комплектуется двухсторон- ней битой фото 3.
Собираем 12V аккумулятор шуруповерта на 5 Ah.

Определяем тип аккумулятора и ищем поломку

Но можно просто купить БП на 24 Вольта и ничего не регулировать. Также к кнопке подсоединяются 3 провода от транзистора, отвечающего за регулировку оборотов.

Вернуться к оглавлению Новые технологии и советы по теме Аккумулятор шуруповерта может быть сделан и на основе батарей с иным химическим составом.

Плата защиты аккумуляторной батареи или как переделать батарею шуруповерта В самом начале я показал блок аккумуляторов, который вынул из батарейного отсека. Но зато с хорошо заточенным сверлом даже толстый стальной уголок просверлить несложно фото

Обзор первой , и второй. Сняв крышку, вы увидите отсек реверса. Удалить из него всю бывшую начинку.

Для теста взял упаковку 35 шт. Её схема включения формирует выдержку интервала времени заряда. Припаиваем плюсовой провод сборки к клеммнику. Эта работа может быть проделана 2 способами.

А теперь — тест. Для этого нужно поставить батарею на заряд на целую ночь, а затем еще на сутки оставить для остывания. Светодиод LED1 гаснет. Поддевая по очереди и выталкивая защелки, в тех местах, где указывают стрелочки на фото, снимаем крышку и нашему взору предстает отсек реверса, но сам механизм включения шуруповерта пока еще не доступен.

Особенности инструмента

Диод VD8, включённый параллельно транзистору, защищает его от скачка напряжения, вызванного отключением реле. Ток заряда выставляется регулировкой резистора R1 при подключенном аккумуляторе.

Чтобы не деформировать данную деталь, можно проложить небольшую деревяшку. Регулятор оборотов шуруповерта Электрический шуруповерт работает либо от сети В, либо от аккумуляторной батареи. Зарядное устройство представляет собой генератор тока на мощном составном транзисторе VT2, который питается от выпрямительного мостика, подключенного к понижающему трансформатору с достаточным выходным напряжением см. Литий-полимерный аккумулятор пришлось заказать в Китае. В процессе заряда оно соответствует текущему состоянию аккумулятора и обычно чуть выше номинального в конце заряжания.
Всё, что нужно знать для самостоятельной диагностики и ремонта АКБ шуруповёрта на Li Ion-18650

Батареи, схемы и трансформаторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Батареи производят электроэнергию

Электрохимическая батарея вырабатывает электричество с двумя разными металлами в химическом веществе, называемом электролитом . Один конец батареи прикреплен к одному из металлов, а другой конец — к другому металлу. Химическая реакция между металлами и электролитом освобождает больше электронов в одном металле, чем в другом.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Металл, который высвобождает больше электронов, приобретает положительный заряд, а другой металл — отрицательный. Если электрический провод или провод соединяет один конец батареи с другим, электроны проходят через провод, чтобы сбалансировать электрический заряд.

Электрическая нагрузка — это устройство, которое использует электричество для выполнения работы или выполнения работы.Если электрическая нагрузка — например, лампа накаливания — размещена вдоль провода, электричество может работать, поскольку оно течет через провод и лампочку. Электроны текут от отрицательного конца батареи через провод и лампочку и обратно к положительному концу батареи.

Электроэнергия передается по цепям

Электричество должно пройти полный путь, или электрическая цепь , прежде чем электроны смогут двигаться. Выключатель или кнопка включения-выключения на всех электрических устройствах замыкает (включает) или размыкает (выключает) электрическую цепь в устройстве.Выключение или выключение света размыкает цепь, и электроны не могут проходить через свет. Включение света замыкает цепь, что позволяет электричеству течь от одного электрического провода через лампочку, а затем через другой провод.

Лампа накаливания излучает свет, когда электричество проходит через крошечный провод в лампочке, который становится очень горячим и светится. Лампа накаливания перегорает, когда крошечный провод внутри лампы обрывается, что приводит к размыканию цепи.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Трансформаторы помогают эффективно перемещать электроэнергию на большие расстояния

Чтобы решить проблему отправки электричества на большие расстояния, Уильям Стэнли разработал устройство под названием трансформатор .Трансформатор изменяет электрическое напряжение в проводнике или линии электропередачи. Линии передачи высокого напряжения, например те, которые проходят между высокими металлическими башнями, переносят электричество на большие расстояния туда, где это необходимо. Электроэнергия более высокого напряжения более эффективна и менее дорога для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электричество более низкого напряжения безопаснее для использования в домах и на предприятиях. Трансформаторы повышают (повышают) или снижают (понижают) напряжение по мере того, как электроэнергия перемещается от электростанций в дома и на предприятия.

Последнее обновление: 8 января 2020 г.

Как на самом деле работает электрическая цепь?

Напряжение батареи определяет содержащийся в ней электрический потенциал. Однако мы должны выпустить эту энергию через цепь, чтобы получить электричество, которое мы можем использовать. Эта цепь должна содержать материалы, способные проводить это электричество. Если электрическая цепь содержит изоляционный материал, это предотвратит возникновение процесса.

Как электрическая цепь позволяет электричеству течь

Электроэнергия перетекает от более высокого напряжения к более низкому напряжению. Вот почему положительный вывод всегда имеет немного большее напряжение, чем отрицательный. Если мы вставим устройство подходящего номинала в провод между ними, то электрическая энергия будет питать это устройство.

Производители аккумуляторов четко маркируют свои клеммы отрицательными или положительными. Потому что, если мы подключим батарею неправильно, электричество не будет течь, и устройство не будет работать.Следовательно, простейшая электрическая цепь состоит из батареи, проводящего провода между клеммами и устройства, рассчитанного соответственно, чтобы оно могло работать должным образом.

Нагрузки, обрыв и короткое замыкание

Мы называем эти устройства нагрузками, потому что они представляют собой нагрузку, которая потребляет часть потока. Если номинальная нагрузка слишком высока, она может замедлить поток электронов и не работать должным образом, если вообще не будет работать.

И наоборот, если нагрузка слишком легкая, электричество будет проходить через нее быстрее, чем должно, и может повредить ее.Соединение клемм аккумулятора без промежуточных устройств создает электрическую цепь без нагрузки. Вот так литиевые батареи загораются при выходе из строя изоляции и коротком замыкании внутри.

Электричество всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Электричество коротко замыкается в человеческих телах, когда это возможно, потому что они являются отличными проводниками. Это происходит, когда ребенок проглатывает батарейку для пенни и не может разорвать электрическую цепь, вынув ее.

Связанные

Понимание воздействия тепла и нагрузки на аккумулятор

Потенциально смертельная опасность, связанная с батарейками-таблетками

Изображение для предварительного просмотра: Определение тока цепи с использованием законов Ома и Кирхгофа

Ссылка для обмена видео: https: // youtu.be / VnnpLaKsqGU

% PDF-1.5 % 89 0 obj> эндобдж xref 89 76 0000000016 00000 н. 0000002452 00000 н. 0000001816 00000 н. 0000002530 00000 н. 0000002654 00000 н. 0000003177 00000 н. 0000003526 00000 н. 0000004058 00000 н. 0000004584 00000 н. 0000005115 00000 н. 0000005400 00000 н. 0000006025 00000 н. 0000006090 00000 н. 0000006295 00000 н. 0000006622 00000 н. 0000006686 00000 н. 0000006846 00000 н. 0000006893 00000 н. 0000006957 00000 н. 0000007004 00000 н. 0000007288 00000 н. 0000007374 00000 н. 0000007876 00000 н. 0000013412 00000 п. 0000013798 00000 п. 0000014167 00000 п. 0000014455 00000 п. 0000014830 00000 п. 0000020351 00000 п. 0000020768 00000 п. 0000020882 00000 п. 0000021224 00000 п. 0000022475 00000 п. 0000022733 00000 п. 0000022934 00000 п. 0000023287 00000 п. 0000026956 00000 п. 0000027571 00000 п. 0000032829 00000 п. 0000038520 00000 п. 0000043730 00000 п. 0000048792 00000 п. 0000053797 00000 п. 0000058856 00000 п. 0000059151 00000 п. 0000060917 00000 п. 0000061282 00000 п. 0000061436 00000 п. 0000061661 00000 п. 0000062031 00000 п. 0000065753 00000 п. 0000066124 00000 п. 0000066193 00000 п. 0000066257 00000 п. 0000066982 00000 п. 0000067609 00000 п. 0000069621 00000 п. 0000069908 00000 н. 0000069976 00000 п. 0000070495 00000 п. 0000070588 00000 п. 0000075741 00000 п. 0000081716 00000 п. 0000082560 00000 п. 0000083366 00000 п. 0000084220 00000 п. 0000085167 00000 п. 0000085730 00000 п. 0000086082 00000 п. 0000086173 00000 п. 0000086492 00000 п. 0000087091 00000 п. 0000087328 00000 п. 0000087489 00000 п. 0000087852 00000 п. 0000089428 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 91 0 obj> поток xb«b«Oc`g`cdd @

Как сделать схему

Вы когда-нибудь задумывались о разнице между батареями и электричеством от розеток или о том, как сделать электрическую цепь?

На этой странице вы узнаете об электронах и электрическом токе, батареях, схемах и многом другом!

Проекты схемотехники

Построить схему

Как сделать схему? Цепь — это путь, по которому течет электричество.Он начинается с источника питания, такого как батарея, и течет по проводу к лампочке или другому объекту и обратно к другой стороне источника питания. Вы можете построить свою собственную схему и посмотреть, как она работает с этим проектом!

Что вам понадобится:

* Чтобы использовать фольгу вместо проволоки, отрежьте 2 полоски длиной 6 дюймов и шириной 3 дюйма каждая. Плотно согните каждую по длинному краю, чтобы получилась тонкая полоска.)
** Чтобы использовать скрепки вместо держателей батарей, прикрепите один конец скрепки для бумаг к каждому концу батареи, используя тонкие полоски ленты.Затем подсоедините провода к скрепкам.

Часть 1 — Создание схемы:

1. Подсоедините один конец каждого провода к винтам на основании патрона лампы. (Если вы используете фольгу, попросите взрослого помочь вам открутить каждый винт настолько, чтобы под ним поместилась полоска фольги.)

2. Подключите свободный конец одного провода к отрицательному («-») концу одной батареи. Что-нибудь случилось?

3. Присоедините свободный конец другого провода к положительному («+») концу батареи.Что теперь происходит?

Часть 2 — Дополнительная мощность

1. Отключите аккумулятор от цепи. Поставьте одну батарею так, чтобы конец со знаком «+» был направлен вверх, затем установите другую батарею рядом с ней так, чтобы плоский конец со знаком «-» был направлен вверх. Обмотайте середину батарей липкой лентой, чтобы удерживать их вместе.

2. Прикрепите скрепку к батареям так, чтобы она соединяла конец «+» одного с концом «-» другого. Закрепите скрепку узкой лентой (не заклеивайте концы металлических батарей).

3. Переверните батарейки и приклейте один конец скрепки к каждой батарейке. Теперь вы можете подключить к каждой скрепке по одному проводу. (В нижней части аккумуляторного блока должна быть только одна канцелярская скрепка — не подключайте к ней провод.)

4. Присоедините свободные концы проводов к лампочке.

(Примечание: вместо шагов 1-3 вы можете использовать две батареи в держателях батарей и соединить их вместе одним проводом.)

Что случилось:

В первой части вы узнали, как сделать цепь с батареей, чтобы зажечь лампочку.

Электроэнергия питается от аккумуляторов. Когда они подключены должным образом, они могут «запитать» такие вещи, как фонарик, будильник, радио… даже робота!

Почему не загорелась лампочка, когда вы подключили ее к одному концу аккумулятора с помощью провода?

Электричество от батареи должно проходить через один конец (отрицательный или «-») и обратно через положительный («+») конец, чтобы работать.

То, что вы построили с батареей, проводом и лампочкой на шаге 3, называется разомкнутой цепью .

Чтобы электричество начало течь, нужен замкнутый контур . Электричество вызывается крошечными частицами с отрицательным зарядом, называемыми электронами .

Когда цепь замкнута или замкнута, электроны могут течь от одного конца батареи по всем проводам к другому концу батареи. По пути он будет переносить электроны к подключенным к нему электрическим объектам — например, к лампочке — и заставлять их работать!

Во второй части вы добавили еще одну батарею.Это должно было заставить лампочку гореть ярче, потому что две батареи вместе могут обеспечить больше электричества, чем одна!

Скрепка в нижней части батарейного блока позволяла электричеству течь между батареями, делая поток электронов сильнее.

Вы видите, как работают замкнутые и разомкнутые цепи, чтобы позволить или остановить электричество?

Изолятор или проводник?

Материалы, через которые может проходить электричество, являются проводниками вызова.Материалы, препятствующие протеканию электричества, называются изоляторами.

Вы можете узнать, какие предметы в вашем доме являются проводниками, а какие — изоляторами, используя схему, которую вы создали в последнем проекте, чтобы проверить их!

Что вам понадобится:

• Цепь с лампочкой и 2 батареями
• Дополнительная проволока с зажимом из крокодиловой кожи (или проволока из алюминиевой фольги *)
• Объекты для тестирования (из металла, стекла, бумаги, дерева и пластика)
• Рабочий лист (необязательно)

Чем вы занимаетесь:

1.Отсоедините один из проводов от аккумуляторной батареи. Подключите один конец нового провода к батарее. У вас должно получиться два провода со свободными концами (между лампочкой и аккумулятором).

2. Произошел разрыв цепи, лампочка не должна загореться. Затем вы протестируете объекты, чтобы увидеть, являются ли они проводниками или изоляторами. Если объект является проводником, лампочка загорится. Это изолятор, он не горит. Для каждого объекта угадайте, думаете ли вы, что каждый объект замкнет цепь и загорится лампочка или нет.

3. Подсоедините концы свободных проводов к объекту и посмотрите, что произойдет. Вот некоторые предметы, которые вы можете проверить: скрепку, ножницы (попробуйте лезвия и ручки по отдельности), стакан, пластиковую посуду, деревянный кубик, вашу любимую игрушку или что-нибудь еще, о чем вы можете подумать.

Что случилось:

Перед тем, как протестировать каждый объект, угадайте, загорится он лампочкой или нет. Если это так, то объект, к которому вы прикасаетесь проводами, является проводником.

Лампочка загорается, потому что проводник замыкает или замыкает цепь, и электричество может течь от батареи к лампочке и обратно к батарее! Если он не загорается, объект является изолятором и останавливает поток электричества, как это делает разомкнутая цепь.

Когда вы настраивали цепь на шаге 1, это была разомкнутая цепь. Электроны не могли двигаться по кругу, потому что два провода не соприкасались. Электроны были прерваны.

Когда вы помещаете металлический предмет между двумя проводами, металл замыкает или замыкает цепь — электроны могут течь через металлический объект и переходить от одного провода к другому! Объекты, замыкающие цепь, заставили лампочку загореться. Эти объекты — проводники.Они проводят электричество.

Большинство других материалов, таких как пластик, дерево и стекло, являются изоляторами. Изолятор в разомкнутой цепи не замыкает цепь, потому что электроны не могут проходить через него! Лампочка не загоралась, когда между проводами вставлялся изолятор.

Если вы используете провода или зажимы из крокодиловой кожи, внимательно посмотрите на них. Внутри они металлические, а снаружи пластик. Металл — хороший проводник. Пластик — хороший изолятор.Пластик, обернутый вокруг провода, помогает удерживать электроны, протекающие по металлическому проводу, блокируя их передачу на другой объект за пределами проводов.

---

Урок схемотехники

Что такое электричество?

Все вокруг вас состоит из крошечных частиц, называемых атомами.

Атомы содержат внутри еще более мелкие частицы, называемые электронами . Электроны всегда имеют отрицательный заряд.

Когда электроны движутся, они производят электричество!

Электричество — это движение или поток электронов от одного атома к другому.Не волнуйтесь, если это покажется сложным. Это!

электронов называют субатомными частицами , что означает, что то, что они делают, происходит внутри атомов, так что это довольно сложная наука.

Вы помните, как узнали о магнитах? У них есть положительный и отрицательный заряды, а противоположные заряды (+ »и« — ») притягиваются друг к другу. То же самое и с электрическими зарядами. Отрицательно заряженные электроны пытаются соответствовать положительным зарядам в других объектах.

Как электроны перемещаются от одного атома к другому?

Они плавают вокруг своих атомов до тех пор, пока не получат достаточно электроэнергии, чтобы их толкнуть.

Энергия, которая заставляет их двигаться, исходит от источника питания, такого как аккумулятор или электрическая розетка.

Это работает примерно так же, как вода течет по шлангу, когда вы открываете кран.

Когда вы включаете выключатель или подключаете прибор, электроны проходят по проводам и выходят в виде электричества, которое мы иногда называем «мощностью».”

Вы, наверное, знаете, что в некоторых электронных устройствах используются батарейки, а некоторые могут быть подключены к розетке.

В чем разница? Электричество, которое исходит из розеток в вашем доме, очень мощное — в нем много электронов, протекающих с большим количеством энергии.

Он называется переменным током , или переменным током. Электроны в переменном токе очень быстро перемещаются вперед и назад (со скоростью света) по проводам на сотни миль от больших электростанций к розеткам, встроенным в стены домов и зданий.

Поскольку переменный ток очень силен, он также может быть очень опасным. Никогда не прикасайтесь к линии электропередачи, не вставляйте пальцы или другие предметы, кроме электрических вилок, в розетки. Вы можете получить сильный удар, который может нанести вам вред из-за сильных токов, протекающих по проводам и розеткам.

Батареи вырабатывают гораздо менее мощную форму электричества, называемую постоянным током или DC. В постоянном токе электроны движутся только в одном направлении — от отрицательного (-) конца или вывода к положительному (+) выводу, через батарею и обратно обратно через «-» конец.

Ток, протекающий по проводам, подключенным к батареям, намного безопаснее переменного тока.

Он также очень полезен для питания небольших предметов, таких как сотовые телефоны, радио, часы, игрушки и многое другое.

Все о схемах

Цепь — это путь, по которому течет электричество. Если путь нарушен, это называется разомкнутой цепью, и электроны не могут двигаться полностью. Если цепь замкнута, это замкнутая цепь, и электроны могут течь от одного конца источника питания (например, батареи) через провод к другому концу источника питания.В цепи батареи положительный и отрицательный концы батареи должны быть соединены через цепь, чтобы обмениваться электронами с лампочкой или другим объектом, подключенным к цепи.

Переключатель — это то, что позволяет размыкать и замыкать цепь. Если вы включаете выключатель света в своем доме, вы замыкаете или замыкаете цепь. Внутри стены выключатель замыкает цепь, и электричество течет к свету. Когда вы выключаете свет, цепь размыкается (теперь это разомкнутая цепь ), электроны перестают течь, и свет гаснет.

Отрицательно заряженные электроны, о которых мы говорили выше, не могут «прыгать», чтобы соответствовать положительным зарядам — ​​они могут перемещаться только от одного атома к другому. Вот почему цепи должны быть замкнутыми, чтобы работать.

Жизнь без электричества

Отключалось ли когда-нибудь электричество там, где вы живете?

Иногда сильный ветер и шторм могут повредить линии электропередач (высокие столбы, удерживающие толстые провода, по которым течет электричество), нарушая поток электричества.

Когда это происходит, электроны перестают течь и не могут добраться туда, куда бы они ни направлялись. Когда в ваш дом не подается электричество, ни свет, ни розетки не будут работать!

Если на улице темно, то и внутри будет темно.

Компьютеры, телефоны, микроволновые печи, радио и другие устройства, которые необходимо подключить для работы, перестанут работать.

Если вы раньше теряли власть, можете ли вы описать, на что это было похоже?

Вы делали что-нибудь, что было прервано?

Вам приходилось использовать свечи, чтобы видеть?

Если вы никогда раньше не сталкивались с перебоями в подаче электроэнергии, постарайтесь думать обо всех повседневных делах, требующих электричества.

Как бы изменился ваш день, если бы у вас не было электричества? Есть ли вещи, которые вы могли бы использовать вместо этого, работающие от батареек?

• Прочтите этот урок естествознания, чтобы узнать больше об энергии и различных видах электричества.

Научные слова

Электроны — крошечные частицы внутри атомов, которые всегда имеют отрицательный заряд. Именно они вызывают электричество.

Ток — электроны текут, чтобы произвести электричество.

Обрыв цепи — прерванный путь, по которому электроны не могут течь.

Замкнутая схема — непрерывный путь, по которому электроны могут течь от источника питания обратно к другому концу источника питания.

3 правила работы схемы | ОРЕЛ

Приветствую новых инженеров. Это прекрасное место для начала, с простой схемы, которая является строительным блоком для каждого элемента электроники в нашем мире.Когда вы полностью поймете, вы будете готовы начать собственное путешествие по их проектированию и устранению неисправностей.

Строительные блоки схемы

Перед тем, как погрузиться в полную схему, разумно сначала поразмыслить над отдельными частями, составляющими единое целое: потоком, нагрузкой и проводимостью. Мы разбили эти принципы на три основных правила:

• Правило 1. Электричество всегда будет течь от более высокого напряжения к более низкому.
• Правило 2 — Электричество всегда требует работы.
• Правило 3 — Электричеству всегда нужен путь.

Правило 1. Все дело в потоке

Каждой электронной схеме нужен источник питания, будь то батарея AA, которую можно вставить в контроллер Xbox One, или что-то с большей силой, например настенная розетка, которая может питать большое количество устройств. Электричество, исходящее от этих источников, измеряется напряжением, вольтами или просто В.

Да, мы говорим о таком напряжении! Когда он достаточно высок, он может нанести серьезный ущерб.

Независимо от того, откуда течет эта энергия, ее цель всегда одна — переходить из одной области в другую и в процессе выполнять некоторую работу, например, заряжать компьютер или включать свет.

Фундаментальным компонентом этого потока энергии является то, что электричество будет всегда течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению.Всегда. Это называется потенциалом . Можно сказать, что это потенциальное электричество должно перемещаться из одного района в другой.

Поток высокого (положительного) напряжения в низкое (отрицательное) напряжение.

Как это соотносится с нашим реальным миром? Возьмем для примера простую батарею:

• Батарея имеет две стороны, отрицательная сторона — это низкое напряжение, измеряемое при 0 В, положительная сторона — это высокое напряжение, измеряемое при 1,5 В.
• Энергия всегда будет вытекать из положительной стороны батареи, чтобы перейти к отрицательной стороне, чтобы найти баланс.
• Для этого он должен протекать по чему-то, обычно по медному проводу, и выполнять при этом некоторую работу, например включать свет или вращать двигатель.

В конце концов, все электричество хочет найти равновесие на земле (0 В). Единственный способ сделать это в батарее — сместить положительный полюс на отрицательный. Мы извлекаем выгоду из этого естественного стремления к энергии, размещая некоторые объекты так, чтобы они проходили через них, что позволяет нам включать свет, силовые двигатели и включать и выключать транзисторы в компьютере.

Все это составляет Правило 1 — Электричество всегда будет хотеть течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению. Помните это; это никогда не изменится.

Правило 2 — Начало работы

Итак, у вас может быть электричество, которое хочет перетекать с более высокого напряжения на более низкое, но какой в ​​этом смысл? Единственная причина заставить электричество течь — это немного поработать. Этот процесс, когда электричество выполняет работу в цепи, называется нагрузкой .Без нагрузки или работы с электричеством нет смысла иметь электрическую цепь. Нагрузка может быть чем угодно, например:

• Spinning Двигатель, вращающий пропеллеры дрона.
• Включение светодиода на кабеле для зарядки, чтобы указать, что ваш ноутбук подключен к электросети.
• Подключение гарнитуры по беспроводной сети к ноутбуку для прослушивания музыки.

В это время года электрическая нагрузка бывает разных форм, одна из которых питает эти светодиоды.(Источник изображения)

Обратите внимание, что все эти нагрузки являются действиями. Электричество всегда заставляет происходить что-то физическое, даже если мы не можем увидеть это собственными глазами. Но почему это называется нагрузкой? Вы можете думать об этом как об обузе для всего, что питает вашу схему. Для вращения двигателя требуется электричество, а это забирает у вашего источника питания энергию, которая у него когда-то была.

Помните Правило 2 — У электричества всегда есть работы, которые необходимо выполнить . Без работы схема бесполезна.

Правило 3 — Следование по пути

Третье и последнее правило — это то, что делает возможными первые два правила — электричеству нужен путь для передвижения. Этот путь действует как своего рода посредник. Допустим, вы подключаете зарядное устройство ноутбука к розетке, а затем к ноутбуку. Разумеется, он заряжается, но без этого шнура между компьютером и розеткой ничего бы не произошло.

Это связано с тем, что электричеству нужен путь, по которому можно добраться из одного пункта назначения в другой.И путь всегда один и тот же:

• Электроэнергия — Электричество всегда исходит от источника, такого как батарея или розетка.
• Путешествие — Затем он путешествует по тропе, выполняя свою работу по пути.
• Назначение — Затем он прибывает в конечный пункт назначения, находя покой в ​​точке с самым низким напряжением.

Этот путь, по которому проходит электричество, состоит из так называемого проводящего материала, который состоит из обычных металлов, таких как медь, серебро, золото или алюминий.Электроэнергетика любит путешествовать по этой штуке. Электричество также очень избирательно, и оно не мешает путешествовать по дорожкам, сделанным из индуктивных материалов. Сюда входят такие вещи, как резина, стекло и даже воздух.

Видите все эти медные провода? Электричество любит путешествовать по этому проводящему материалу.

Запомните Правило 3 — Электричеству всегда нужен путь по . Без пути он никуда не денется.

Собираем все вместе — полная схема

Давайте теперь объединим все эти правила в полное определение схемы.

Цепь — это просто путь, по которому может течь электричество.

И с этой простой концепцией мужчины и женщины продолжили строить безумно сложные цепи, которые отправили человечество в космос и в глубины наших самых глубоких океанов. А пока постараемся упростить задачу и составим нашу первую схему. Вот что вам понадобится, если вы хотите продолжить:

• (1) 9-вольтовая батарея
• (1) Резистор 470 Ом
• (1) Стандартный светодиод
• (3) Измерительные провода с зажимами типа «крокодил»

Шаг 1 — Добавление источника питания

Возвращаясь к нашему правилу трех, первое гласит, что электричество всегда будет течь от более высокого напряжения к более низкому.Итак, это означает, что нам нужен какой-то источник питания в этой цепи, мы добавим нашу батарею на 9 В.

Начало нашей схемы начинается с 9-вольтовой батареи.

Правило 1 теперь выполнено. У нас есть какой-то источник питания, у которого высокое напряжение на положительном конце (+) и 0 В на отрицательном конце (-). Но все это электричество будет потрачено зря, если мы не будем с ним что-то делать, так что давайте дадим ему немного работы (нагрузку).

Шаг 2 — Добавление работы

Теперь мы хотим, чтобы электричество поработало за нас, прежде чем оно успокоится, поэтому давайте включим простой светодиодный индикатор.Скорее всего, вы видели их повсюду: на своей елке, фонариках, лампочках и т. Д. Итак, мы возьмем этот светодиод и поместим его с другой стороны нашей батареи.

Теперь о светодиоде следует упомянуть то, что он действительно чувствителен и не может пропускать слишком много энергии, поэтому нам нужно добавить так называемый резистор. Мы не будем вдаваться в подробности сейчас, но просто знаем, что резистор будет действовать так, как сказано в его названии, — противостоять току электричества, достаточному для того, чтобы наш светодиод справился с ним. Поместим этот резистор слева от светодиода.

Добавляем немного работы в нашу схему с помощью светодиода и резистора.

Отлично, Правило 2 выполнено, и у нашего электричества есть над чем поработать. Но у него нет возможности завершить свою работу без пути, давайте добавим это сейчас.

Шаг 3 — Предоставление пути

Эта деталь проста, нам просто нужно соединить наши зажимы типа «крокодил» между всеми компонентами нашей схемы. Если вы все сделаете правильно, то ваш светодиод будет ярко светить! Помните, что при подключении проводов к батарее всегда подключайте сначала положительный конец, а затем отрицательный.Посмотрите на картинку ниже, чтобы увидеть, как все это должно быть связано вместе.

Теперь у нашего электричества есть проход с добавленными зажимами из крокодиловой кожи

Типы цепей

Теперь, прежде чем вы убежите в дикую природу и создадите свои собственные схемы, вам нужно знать о двух способах описания схемы, один из которых может испортить жизнь вашей схемы, они включают:

Замкнутый или открытый контур

Цепь считается замкнутой цепью , когда есть полный путь, по которому может проходить электричество.Это также называется полной схемой. Теперь, если ваша цепь не работает должным образом, это означает, что это разомкнутая цепь . Это может быть вызвано несколькими причинами, включая неплотное соединение или обрыв провода.

Вот простой и наглядный способ понять разницу между замкнутой и разомкнутой цепями. Посмотрите на схему ниже и обратите внимание, что это та же самая цепь, которую мы создали выше, только теперь в ней есть переключатель.

Вот схема цепи, которую мы сделали выше.Обратите внимание на добавление переключателя.

Прямо сейчас переключатель поднят, и вы увидите, что электричество не имеет плавного пути, поскольку переключатель разрывает соединение. Это разомкнутая цепь. Но что произойдет, если щелкнуть выключателем?

Теперь наш выключатель срабатывает, замыкая цепь, позволяя электричеству течь к нашему светодиоду!

Ага! Теперь вы только что проложили полный путь для вашего электричества, и ваш светодиод загорится! Это замкнутая схема.

Короткое замыкание

Тогда есть короткое замыкание . Когда вы не даете своей схеме никакой работы, но все же обеспечиваете некоторую мощность, приготовьтесь к некоторым проблемам. Посмотрите на нашу схему ниже, мы вынули светодиод, резистор и переключатель, оставив только медный провод и батарею.

Вот цепь, которая скоро превратится в короткое замыкание! Без выполнения каких-либо действий эта батарея скоро сгорит.

Если мы соединим эту штуку вместе в ее физической форме, тогда аккумулятор и провод сильно нагреются, и в конечном итоге батарея разрядится.Почему это происходит? Когда вы даете электричеству некоторую работу в цепи, например, зажигаете светодиод или вращаете двигатель, это ограничивает количество электричества, которое будет проходить через вашу цепь.

Но в ту минуту, когда вы прекращаете работу своей схемы, электричество сходит с ума и бежит по своему пути на полной скорости, и ничто его не сдерживает. Если вы позволите этому случиться в течение длительного периода времени, то обнаружите, что у вас поврежден блок питания, разряженная батарея или, может быть, что-то еще хуже, например, пожар!

Ух ты! Не пытайтесь повторить это дома.Вот здоровенная батарея фонаря на 12 В, замкнутая во имя науки. (Источник изображения)

Итак, если вы когда-либо работали с цепью, и ваш провод или батарея сильно нагреваются, тогда немедленно выключите все и ищите короткие замыкания.

Ты теперь опасен

Итак, молодой мастер электроники, теперь у вас есть вся информация, необходимая для управления скромной схемой. Понимая, как работает схема, вы скоро сможете выполнять проекты любых форм и размеров.Но прежде чем начать собственное путешествие, запомните Руководящее правило троек:

.

• Правило 1. Электричество всегда будет течь от более высокого напряжения к более низкому.
• Правило 2 — Электричество всегда требует работы.
• Правило 3 — Электричество всегда требует дороги.

И если ваша схема когда-нибудь станет очень горячей, выключите ее! У вас короткое замыкание.

Готовы построить свою первую схему сегодня? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно.

20.1: Батареи и простые схемы

Батарея — это электрический компонент, который обеспечивает постоянную разность электрических потенциалов (фиксированное напряжение) на своих выводах. Луиджи Гальвани был первым, кто осознал, что определенная комбинация металлов, находящихся в контакте друг с другом, может привести к разнице электрических потенциалов (или, скорее, они могут заставить подергиваться ноги мертвой лягушки, что, как мы теперь понимаем, связано с разностью потенциалов. из-за металлов). Фактически Гальвани создал первую «электрохимическую ячейку».Затем Алессандро Вольта объединил несколько из этих ячеек вместе, чтобы сформировать «гальваническую батарею», которую мы теперь назвали бы батареей (батарея, технически, представляет собой комбинацию нескольких ячеек, батарею ячеек, хотя часто используется термин аккумулятор, даже если задействован только один электрический элемент).

Электрохимическая ячейка

Электрический элемент может быть сконструирован из металлов, которые имеют различное сродство к растворению в кислоте. Простая ячейка, аналогичная той, что изначально была сделана Volta, может быть изготовлена ​​с использованием цинка и углерода в качестве «электродов» (Volta использовала серебро вместо углерода) и раствора разбавленной серной кислоты (жидкость называется «электролитом»). как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).{2 +} \)). Это оставляет избыток электронов на цинковом электроде, что приводит к отрицательному электрическому заряду. Точно так же положительно заряженные ионы цинка притягивают электроны от углеродного электрода в раствор, оставляя углеродный электрод положительно заряженным. Равновесие достигается очень быстро, так как в какой-то момент отрицательный заряд цинкового электрода будет электрически притягивать положительные ионы цинка, предотвращая дальнейшее растворение ионов цинка в растворе. Точно так же, когда углеродный электрод накапливает положительный заряд, этот заряд в конечном итоге предотвратит «прыжок» электронов в раствор.В этот момент между двумя электродами (клеммами) батареи будет фиксированная разность электрических потенциалов.

Если два электрода соединены друг с другом через резистор, электроны покинут цинковый электрод, пересекут резистор и окажутся на положительном углеродном электроде. Это оставит место для большего количества электронов на цинковом электроде, поэтому больше ионов цинка будет растворяться в растворе. Таким образом, образуется цепь, в которой электрон движется вверх по цинковому электроду, через резистор и обратно вниз по углеродному электроду.В то же время все больше и больше ионов цинка растворяется в электролите, пока цинковый электрод не растворится полностью. На практике ионы цинка проходят через раствор и пластину на углеродный электрод (электроны не совсем «прыгают» в электролит, скорее, это ионы цинка, которые перемещаются в электролите). Поскольку заряд на электродах постоянно пополняется, разность потенциалов между электродами остается постоянной даже при протекании тока.

Электрический элемент перестанет работать, как только цинковый электрод полностью растворится (это то, что происходит, когда ваша батарея разряжена).Обратите внимание, что существует также максимальный ток, который может подавать элемент, который зависит от скорости, с которой цинк может растворяться в электролите и наноситься на углеродный электрод. Если электроды ячейки соединены с резистором с очень низким сопротивлением, результирующий ток будет слишком большим для поддержания разности потенциалов. Большинство электрических элементов работают аналогичным образом, хотя химические реакции могут быть намного сложнее. Иногда химическая реакция обратима; можно использовать другую батарею, чтобы подать отрицательное напряжение на угольный электрод, чтобы обратить реакцию вспять и нанести цинк обратно на цинковый электрод, таким образом «перезарядив батарею» (и преобразовав электрическую энергию обратно в накопленную химическую потенциальную энергию).

Идеальная батарея в цепи

В дальнейшем мы будем использовать термин «батарея» в широком смысле для обозначения устройства (такого как электрический элемент или совокупность элементов), которое может обеспечивать фиксированную разность потенциалов между двумя выводами (или электродами). На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показана принципиальная схема батареи, состоящая из двух (или четырех) вертикальных полос, причем большая полоса указывает на положительный полюс батареи.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): символы принципиальной схемы, которые можно использовать для батареи.

На рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показаны символы принципиальной схемы, используемые для резистора (в Северной Америке и Европе используются разные символы).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): символы принципиальной схемы для резистора с использованием североамериканского соглашения (слева) и европейского соглашения (справа).

На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показана принципиальная схема очень простой схемы, состоящей из одной батареи \ (9 \ text {V} \), подключенной к резистору \ (2 \ Omega \). При рисовании принципиальной схемы (или создании реальной схемы) каждый соединяет различные компоненты вместе (например,грамм. батареи и резисторы) с сегментами провода с нулевым сопротивлением , даже если на практике провода всегда имеют некоторое сопротивление. Однако, поскольку провода соединены последовательно с резисторами (или другими компонентами, имеющими сопротивление), всегда можно включить сопротивление проводов, добавив его к сопротивлению других компонентов. Например, на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), если общее сопротивление проводов составляет \ (1 \ Omega \), мы могли бы просто смоделировать схему, как если бы сопротивление резистора было \ (3 \ Omega \) вместо \ (2 \ Omega \).На практике это обычно учитывается при составлении принципиальной схемы (т.е. любые резисторы включают сопротивление подключенных к нему проводов).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Простая схема, показывающая батарею \ (9 \ text {V} \) и резистор \ (2 Ом \). Для облегчения анализа цепей мы предлагаем нарисовать «стрелку батареи» над батареями, которая идет от отрицательной клеммы к положительной.

Схема на рисунке \ (\ PageIndex {4} \) проста для анализа. В этом случае, какой бы заряд не выходил из одной клеммы батареи, она должна пройти через резистор, а затем войти в другую клемму батареи.Мы всегда используем обычный ток для анализа цепи. Таким образом, мы моделируем схему так, как будто положительные заряды выходят из положительной клеммы батареи, проходят через резистор, а затем входят в отрицательную клемму батареи.

Мы рекомендуем вам всегда рисовать «стрелку батареи» для каждой батареи на принципиальной схеме, чтобы указать направление, в котором увеличивается электрический потенциал, и в каком направлении обычный ток будет выходить из батареи, если простой резистор будет подключен к батарее.В сложных схемах ток не обязательно может течь в том же направлении, что и стрелка батареи, а стрелка батареи упрощает анализ этих цепей. Мы также указываем ток, протекающий в любом проводе схемы, путем рисования стрелки в направлении тока на этом проводе (обозначенном \ (I \) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)).

Полезно подумать о значении электрического потенциала вдоль различных частей цепи, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {5} \) для той же цепи, что и на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).2R \)), и заряды не «теряют» никакой потенциальной энергии (а значит, и потенциал не может измениться). Единственное место, где заряды могут рассеивать энергию, — это внутри резистора. После того, как заряды пересекли резистор, электрический потенциал в проводе снова остается постоянным, пока они не достигнут другого вывода батареи. Таким образом, в этой простой схеме разность электрических потенциалов на резисторе такая же, как и разность потенциалов на выводах батареи. Это показано цветными областями на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).Если мы выберем \ (0 \ text {V} \) для определения на отрицательном полюсе батареи, тогда потенциал будет \ (9 \ text {V} \) всюду в красной области (справа от резистора. ) и \ (0 \ text {V} \) везде в серой области (слева от резистора).

Мы можем применить закон Ома (макроскопическая версия) к резистору и определить ток в цепи, поскольку мы знаем разность потенциалов на резисторе: \ [\ begin {align} \ Delta V & = RI \\ \, следовательно, I & = \ frac {\ Delta V} {R} = \ frac {(9 \ text {V})} {(2 \ Omega)} = 4.5 \ text {A} \ end {align} \]

Полезно думать о схемах с точки зрения энергии. Заряды движутся по цепи, и их потенциальная энергия изменяется, когда они проходят через компоненты, в то время как она остается постоянной, когда они движутся по проводу. Если положительный заряд входит в отрицательную клемму батареи и выходит из положительной клеммы, ее потенциальная энергия увеличивается. Если этот заряд затем попадает в резистор, его потенциальная энергия будет уменьшаться по мере прохождения через резистор, поскольку заряд будет «использовать» свою потенциальную энергию для нагрева резистора.Батареи обеспечивают энергию для «проталкивания» зарядов через резисторы в цепи путем преобразования химической потенциальной энергии в электрическую потенциальную энергию зарядов.

Также полезно провести аналогию с гидродинамикой; аккумулятор можно представить как насос, который непрерывно проталкивает вязкую несжимаемую жидкость по трубе с узким сечением, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). Широкое сечение трубы аналогично проводам без сопротивления, а узкое сечение аналогично резистору.Разница давлений, создаваемая насосом, аналогична напряжению, создаваемому батареей, а расход жидкости аналогичен электрическому току. Давление в трубе не падает в широком сечении, если нет сопротивления. Полное падение давления жидкости происходит в узком сечении, так же как напряжение падает только на резисторе.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \), где насос играет роль батареи, а узкая трубка — резистора.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Два резистора \ (2 \ Omega \) и \ (4 \ Omega \) соответственно подключены последовательно к батарее \ (12 \ text {V} \).Каков ток через каждый из резисторов и какое напряжение на каждом резисторе?

Решение :

Начнем с создания принципиальной схемы, как на рисунке \ (\ PageIndex {7} \), на которой показаны резисторы, ток, \ (I \), батарея и стрелка батареи. Обратите внимание, что, поскольку это замкнутая цепь только с одним путем, ток через батарею \ (I \) совпадает с током через два резистора.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): два резистора, соединенных последовательно с батареей.

Если мы выберем потенциал на отрицательной стороне батареи равным \ (0 \ text {V} \), то точки \ (a \) и \ (e \) на диаграмме будут иметь потенциал \ (0 \ text {V} \), так как потенциал не может измениться в проводе без сопротивления. Аналогично, точки в \ (b \) и \ (c \) находятся под потенциалом \ (12 \ text {V} \) (относительно точек \ (a \) и \ (e \)). В точке \ (d \), между двумя резисторами, потенциал будет между \ (0 \ text {V} \) и \ (12 \ text {V} \), поскольку потенциал будет «падать» по мере того, как ток проходит через резистор \ (2 \ Omega \).

Самый простой способ определить ток через эту простую схему — объединить два резистора в один эффективный резистор с сопротивлением: \ [\ begin {align} R_ {eff} = (2 \ Omega) + (4 \ Omega) = 6 \ Omega \ end {align} \], чтобы схему можно было упростить до схемы, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {8} \):

Рисунки \ (\ PageIndex {7} \) объединены последовательно для упрощения схемы.

Разность потенциалов на эффективном резисторе такая же, как и на батарее (между точками \ (e \) и \ (c \)), так что закон Ома может быть применен к эффективному резистору для определения тока, который проходит через него. : \ [\ begin {align} \ Delta V & = R_ {eff} I \\ \, следовательно, I & = \ frac {\ Delta V} {R_ {eff}} = \ frac {(12 \ text {V})} {(6 \ Omega)} = 2 \ text {A} \ end {align} \] Это тот же ток, который проходит через каждый отдельный резистор, поскольку он такой же, как ток, протекающий через батарею.Возвращаясь к полной схеме (рисунок \ (\ PageIndex {7} \)), теперь мы можем использовать закон Ома для вычисления падения напряжения на каждом резисторе, поскольку мы знаем ток через каждый резистор. Напряжение на резисторе \ (2 \ Omega \) определяется следующим образом: \ [\ begin {align} \ Delta V_ {2 \ Omega} = RI = (2 \ Omega) (2 \ text {A}) = 4 \ текст {V} \ end {align} \], а напряжение на резисторе \ (4 \ Omega \) задается следующим образом: \ [\ begin {align} \ Delta V_ {4 \ Omega} = RI = (4 \ Omega ) (2 \ text {A}) = 8 \ text {V} \ end {align} \] Обратите внимание, что сумма этих двух напряжений равна увеличению напряжения на батарее за счет сохранения энергии.Рассмотрите электрический потенциал в разных точках на рисунке \ (\ PageIndex {7} \), когда вы двигаетесь по часовой стрелке по петле, начиная с точки \ (a \). Если электрический потенциал определяется как \ (0 \ text {V} \) на отрицательном конце батареи (точки \ (a \) и \ (e \)), потенциал в точке \ (d \) ( между резисторами) — это потенциал в точке \ (e \) плюс разность потенциалов на резисторе \ (4 \ Omega \): \ [\ begin {align} V_d = V_e + \ Delta V_ {4 \ Omega} = (0 \ text {V}) + (\ Delta V_ {4 \ Omega}) = 8 \ text {V} \ end {align} \] Если мы затем добавим разность потенциалов на резисторе \ (2 \ Omega \) к потенциал в точке \ (d \), мы обнаруживаем, что потенциал в точке \ (c \) равен \ (V_c = V_d + \ Delta V_ {2 \ Omega} = 12 \ text {V} \), как и ожидалось, поскольку это соответствует потенциалу на плюсовой клемме аккумуляторной батареи.

Обсуждение:

В этом примере мы показали, как можно смоделировать схему, объединив резисторы вместе в эффективные резисторы, чтобы упростить схему. Мы также показали, как разность потенциалов между различными компонентами в цепи должна составлять в сумме ноль (падение напряжения на резисторах должно суммироваться с увеличением напряжения на батарее).

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Какое напряжение на комбинации батареи \ (3 \ text {V} \), соединенной последовательно с батареей \ (6 \ text {V} \), где отрицательная клемма \ (6 \ text { V} \) батарея обращена к положительному полюсу батареи \ (3 \ text {V} \)?

1. \ (9 \ text {V} \).
2. \ (6 \ text {V} \).
3. \ (3 \ text {V} \).
4. \ (0 \ text {V} \).

Ответ

Настоящая батарея в цепи

До сих пор мы моделировали батареи как «идеальные» устройства, обеспечивающие фиксированную разность потенциалов. На самом деле при этом не учитывается тот факт, что материалы, из которых изготовлена ​​батарея, сами обладают сопротивлением. Например, если электроны хотят покинуть цинковый стержень в электрическом элементе, показанном на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), они потеряют некоторую энергию при прохождении через цинк.Таким образом, при моделировании реальной батареи в цепи важно учитывать ее «внутреннее сопротивление» в виде резистора, включенного последовательно с разностью потенциалов. Это проиллюстрировано на рисунке \ (\ PageIndex {9} \), на котором показаны две клеммы реальной батареи, идеальная батарея (с фиксированной разностью потенциалов \ (\ Delta V_ {ideal} \)) и ее внутренняя сопротивление, \ (r \) (которое можно нарисовать с любой стороны батареи).

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Модель реальной батареи, показывающая идеальную батарею последовательно с резистором для моделирования внутреннего сопротивления батареи.

Важно отметить, что разность потенциалов на выводах реальной батареи равна разности потенциалов на идеальной батарее только при отсутствии тока, протекающего через батарею . Если есть ток \ (I \), протекающий через внутреннее сопротивление, электрический потенциал уменьшится на величину \ (Ir \) на внутреннем сопротивлении, и напряжение на реальных выводах будет \ (\ Delta V_ {идеал} -Ир \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Когда к реальной батарее не подключено сопротивление, измеренная разность потенциалов на ее выводах составляет \ (6 \ text {V} \).Когда к батарее подключается резистор \ (R = 2 \ Omega \), через резистор измеряется ток \ (2 \ text {A} \). Какое внутреннее сопротивление \ (r \) батареи и какое напряжение на ее выводах, когда подключен резистор \ (R = 2 \ Omega \)?

Решение :

Настоящая батарея может быть смоделирована как идеальная батарея с разностью потенциалов \ (\ Delta V_ {ideal} \), соединенной последовательно с внутренним сопротивлением \ (r \). Хотя нам неизвестно значение внутреннего сопротивления, нам говорят, что разность потенциалов на выводах реальной батареи равна \ (6 \ text {V} \) , когда через нее не протекает ток .Поскольку через внутреннее сопротивление не протекает ток, напряжение на внутреннем сопротивлении не падает, а напряжение на выводах реальной батареи (например, рисунок \ (\ PageIndex {9} \)) должно быть равным напряжению на клеммы идеальной батареи, так что \ (\ Delta V_ {ideal} = 6 \ text {V} \).

Имея эту информацию, мы можем составить принципиальную схему для случая, когда резистор \ (2 \ Omega \) подключен к клеммам реальной батареи, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {10} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Схема, показывающая настоящую батарею (с внутренним сопротивлением \ (r \)) последовательно с резистором.

Клеммы реальной батареи расположены в точках \ (a \) и \ (c \) диаграммы, а клеммы идеальной батареи соответствуют точкам \ (a \) и \ (b \). Когда через внутренний резистор \ (r \) не протекает ток, на этом резисторе нет падения напряжения, и потенциал в точке \ (b \) будет равен потенциалу в точке \ (c \), как мы утверждали выше.

Схема на рисунке \ (\ PageIndex {10} \) теперь идентична схеме, проанализированной в примере 20 .1.1 , и с ним можно поступить так же. Мы можем последовательно соединить резистор \ (2 \ Omega \) с внутренним сопротивлением \ (r \), чтобы получить эффективный резистор \ (R_ {eff} = r + R \). Падение напряжения на эффективном резисторе будет таким же, как разность потенциалов на идеальной батарее, и мы можем использовать закон Ома, чтобы найти внутреннее сопротивление, \ (r \): \ [\ begin {align} \ Delta V_ {ideal} & = R_ {eff} I = (r + R) I \\ \ поэтому r & = \ frac {\ Delta V_ {ideal}} {I} -R = \ frac {(6 \ text {V} )} {(2 \ text {A})} — (2 \ Omega) = 1 \ Omega \ end {align} \] Теперь, когда мы знаем внутреннее сопротивление, мы можем определить падение напряжения на внутреннем резисторе, используя Закон: \ [\ begin {align} \ Delta V_r = rI = (1 \ Omega) (2 \ text {A}) = 2 \ text {V} \ end {align} \] Падение напряжения на реальных клеммах батарея (между точками \ (a \) и \ (c \)), таким образом, задается следующим образом: \ [\ begin {align} \ Delta V_ {real} = \ Delta V_ {ideal} — \ Delta V_r = (6 \ text {V}) — (2 \ text {V}) = 4 \ text {V} \ end {align} \] Опять же, вы можете убедиться, что падение напряжения на двух резисторах будет суммироваться с общим падением напряжения на клеммы идеального аккумулятора.

Обсуждение:

Моделирование реальных батарей не так уж отличается от моделирования идеальных батарей, поскольку в схему нужно только включить внутреннее сопротивление. Ключевое отличие от реальной батареи заключается в том, что напряжение на ее реальных клеммах зависит от того, что подключено к батарее. В приведенном выше примере батарея имеет напряжение \ (6 \ text {V} \) на ее (реальных) выводах, когда ничего не подключено, но напряжение падает до \ (4 \ text {V} \), когда \ Подключен резистор (2 \ Omega \).

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Предположим, вы хотите измерить идеальное напряжение реальной батареи, подключив измерительное устройство (вольтметр) к ее клеммам. Чтобы получить наиболее точные показания, следует ли выбирать вольтметр с высоким сопротивлением или вольтметр с низким сопротивлением?

1. Высокое сопротивление.
2. Низкое сопротивление.
3. Не имеет значения, имеет ли вольтметр высокое или низкое сопротивление.

Ответ

Модули защитных цепей

для пользовательских блоков литиевых батарей

Защита от перегрева — важнейший компонент каждой литиевой аккумуляторной батареи.Хотя это правда, что UL имеет очень конкретные правила, касающиеся безопасности литиевых аккумуляторных блоков, ничто не может заменить значительный опыт в развертывании электроники и других физических средств защиты для обеспечения безопасной работы вашего конечного продукта.

---

Первичные цепи безопасности

Первичные цепи безопасности управляют всеми основными функциями безопасности: перенапряжением, пониженным напряжением, перегрузкой по току, а иногда и повышением или понижением температуры.Кроме того, большинство производимых нами конструкций мирового класса также включают в себя вторичную цепь безопасности, которая предназначена для защиты элемента от заряда в случае выхода из строя первичной цепи безопасности.

Цепи защиты

Цепи защиты содержатся в так называемом модуле цепи защиты (PCM). Хотя есть много готовых модулей PCM, которые вы можете купить, для каждого отдельного приложения требуются уникальные параметры, поэтому не рекомендуется использовать эти готовые модули для чего-либо, кроме лабораторных прототипов.

PCM является частью системы управления батареями (BMS), которая управляет электроникой аккумуляторной батареи, отслеживая ее состояние, сообщая эти данные, балансируя элементы вместе с защитой батареи и контролируя ее окружающую среду.

Схемы защиты аккумуляторных батарей для наиболее требовательных приложений работают в основном с помощью интегральных схем (ИС), обычно использующих полевые МОП-транзисторы для включения и выключения литиевых элементов. Защита от перегрузки по току обычно обеспечивается, когда ИС определяет верхний предел тока батареи и затем прерывает цепь.

Отказоустойчивые среды

Многие из этих защит могут быть сброшены, но в отказоустойчивых средах они могут быть спроектированы так, чтобы это не происходило. Двумя ключевыми производителями этих микросхем являются Texas Instruments (TI) и Sieko, обе микросхемы требуют системного программирования, основанного на функциональности конкретных аккумуляторных блоков. Вот почему так важно работать с опытной компанией, у которой есть история этих проектов, которая будет включать в себя библиотеку программного обеспечения и микропрограмм, которые можно перенести в любое приложение.

Важность модулей схем защиты

Поскольку многие из крупнейших производителей аккумуляторных элементов уходят от небольших приложений, чтобы сосредоточиться на рынке электромобилей, многие новые и небольшие компании теперь предоставляют элементы для критически важных приложений. Вот почему PCM, использующие первичный и вторичный механизмы безопасности, имеют первостепенное значение для любой компании, которая хочет сделать свое устройство портативным и безопасным в использовании.

.