Collegamento in parallelo e in serie di batterie

Perché collegare le batterie

Una batteria, come un condensatore, può immagazzinare energia. A differenza di una semplice batteria galvanica, dove le reazioni chimiche che generano elettricità sono irreversibili, la batteria può essere caricata. In tal modo, gli ioni vengono separati l'uno dall'altro e la chimica interna della batteria si carica come una molla. Successivamente, questi ioni, a causa del processo chimico "caricato", doneranno i loro elettroni in più al circuito elettrico, tornando a loro volta alla neutralità dell'elettrolita acido.

Va tutto bene, solo la quantità di energia della batteria che è in grado di generare dopo una carica completa dipende dalla sua massa totale. E il peso dipende dalle prestazioni: ci sono degli standard e le batterie sono realizzate secondo questi standard. È utile quando il consumo di elettricità è standardizzato in modo simile. Ad esempio, quando hai un'auto che richiede una certa quantità di elettricità per avviare il motore. Bene, per le loro altre esigenze: alimentare gli automatismi nel parcheggio, alimentare le serrature con dispositivi antifurto, ecc. Batterie standard e sono classificate per alimentare vari tipi di veicoli.

E in altre aree in cui è richiesta una tensione costante stabile, la richiesta di parametri di potenza è molto più ampia e varia. Pertanto, avendo lo stesso tipo e batterie rigorosamente identiche, si può pensare di usarle in combinazioni diverse, e metodi di ricarica più efficienti di quanto sia banale caricarle tutte a turno.

Perché collegare più batterie

I motivi principali per cui le batterie vengono combinate in gruppi possono essere riassunti come segue:

Ridurre le perdite ohmiche (o perdite di calore durante la trasmissione di potenza) aumentando la resistenza del sistema. La forza e la resistenza attuali sono inversamente proporzionali tra loro e più debole è la corrente, minore è la perdita.
Assemblare una batteria adatta per alimentare dispositivi con intervalli di tensione più elevati.
Aumenta la capacità della batteria.
Aumenta sia la potenza che la tensione.

In una parola, creano una batteria che si adatta a esigenze specifiche. È più facile e conveniente combinare le batterie a portata di mano che acquistare dozzine di batterie diverse. E in alcuni casi è banale più economico.

RIFERIMENTO. L'elettricità che si accumula nella batteria è costituita dalle energie degli elementi costitutivi. Pertanto, con la connessione seriale, parallela e combinata, sarà lo stesso se gli stessi elementi vengono utilizzati nella stessa quantità.

Collegamento degli alimentatori

Come i carichi, ad esempio le lampadine, le batterie possono essere collegate sia in parallelo che in serie.

Allo stesso tempo, come si può immediatamente sospettare, qualcosa deve essere riassunto. Quando i resistori sono collegati in serie, la loro resistenza viene sommata, la corrente su di essi diminuirà, ma attraverso ciascuno di essi andrà lo stesso. Allo stesso modo, la corrente scorrerà la stessa attraverso il collegamento seriale delle batterie. E poiché ce ne sono di più, la tensione alle uscite della batteria aumenterà. Pertanto, con un carico costante, scorrerà una corrente maggiore, che consumerà la capacità dell'intera batteria nello stesso tempo della capacità di una batteria collegata a questo carico.

Il collegamento in parallelo dei carichi porta ad un aumento della corrente totale, mentre la tensione su ciascuna delle resistenze sarà la stessa.Lo stesso è con le batterie: la tensione sul collegamento in parallelo sarà la stessa di quella di una sorgente e la corrente può dare tutte insieme di più. Oppure, se il carico rimane quello che era, saranno in grado di alimentarlo con corrente fintanto che la loro capacità totale sarà aumentata.

Ora, stabilito che è possibile collegare le batterie in parallelo e in serie, considereremo più in dettaglio come funziona.

Modi per collegare i dispositivi

Gli specialisti nel campo della progettazione e dell'organizzazione dei complessi di riscaldamento distinguono tre tipi principali, che differiscono per l'algoritmo di implementazione e l'efficienza. Ognuno di loro ha i suoi vantaggi, che si manifestano in condizioni operative specifiche. La connessione avviene

Laterale

Si presume che il radiatore sia collegato alla linea principale da un lato. In questo caso l'ingresso dell'acqua è posto in alto, l'uscita è in basso per garantire il riscaldamento più uniforme delle sezioni o della superficie del pannello. Questo metodo di installazione è considerato efficace, poiché la percentuale di area di scambio termico scoperta non è superiore al 10%. Molto spesso, il collegamento laterale seriale delle batterie di riscaldamento viene effettuato in appartamenti di edifici a più piani che sono consumatori di una rete comune centralizzata.

Spesso, un tale schema è integrato da un bypass: un tubo di diametro inferiore che collega le linee di alimentazione e di ritorno. Questo dispositivo è completato da valvole di intercettazione che interrompono il dispositivo dal sistema.

Diagonale

Consente di massimizzare l'area di scambio termico del riscaldatore. La potenza risultante è un riferimento ed è indicata nel passaporto del prodotto. Per realizzare questo schema di collegamento è necessario posizionare l'ingresso del radiatore in alto da un lato, l'uscita in basso dall'altro. A causa di ciò, il flusso del mezzo di lavoro passerà uniformemente attraverso tutti i canali interni.

Questo metodo è ideale per batterie con molte sezioni. È la reggiatura diagonale che permette di realizzare appieno i vantaggi che offre il collegamento in serie dei termosifoni.

Tra i suoi difetti, vale la pena evidenziarlo

aumento dei costi per i materiali da costruzione rispetto ai collegamenti laterali
incapacità di nascondere le comunicazioni nel muro o sul pavimento
la complessità del lavoro di installazione

Inferiore

Il modo più estetico di integrare il dispositivo nel sistema è quando sia l'ingresso che l'uscita del refrigerante si trovano nella parte inferiore dell'alloggiamento da lati diversi. In questo caso, i tubi sono spesso nascosti sotto il pavimento e il massetto di cemento. A questo proposito, la disposizione di un tale schema è possibile nella fase di costruzione e riparazione.

Se le batterie di riscaldamento sono collegate in serie, nella connessione inferiore, è possibile una perdita fino al 15-20% dell'efficienza del sistema. Ciò è dovuto al fatto che è alquanto problematico che l'acqua salga attraverso i collettori interni fino alla parte superiore del corpo del dispositivo. Di conseguenza, alcune aree non si riscaldano abbastanza.

Come funziona una fonte di energia chimica

Le fonti alimentari basate su processi chimici sono primarie e secondarie. Le sorgenti primarie sono costituite da elettrodi solidi ed elettroliti che li collegano chimicamente ed elettricamente - composti liquidi o solidi. Il complesso di reazioni dell'intera unità agisce in modo tale che lo squilibrio chimico inerente ad esso venga scaricato, portando a un certo equilibrio di componenti. L'energia rilasciata in questo caso sotto forma di particelle cariche esce e crea una tensione elettrica ai terminali. Finché non vi è alcun deflusso di particelle cariche all'esterno, il campo elettrico rallenta le reazioni chimiche all'interno della sorgente. Quando si collegano i terminali della sorgente con un carico elettrico, la corrente scorrerà attraverso il circuito e le reazioni chimiche riprenderanno con rinnovato vigore, fornendo nuovamente tensione elettrica ai terminali.Pertanto, la tensione alla sorgente rimane invariata, diminuendo lentamente, finché rimane uno squilibrio chimico. Ciò può essere osservato da una lenta e graduale diminuzione della tensione sui terminali.

Questo è chiamato lo scarico di una fonte chimica di elettricità. Inizialmente, si è scoperto che un tale complesso reagisce con due metalli diversi (rame e zinco) e un acido. In questo caso, i metalli vengono distrutti durante il processo di scarico. Ma poi hanno selezionato tali componenti e la loro interazione in modo tale che se, dopo aver ridotto la tensione ai terminali a seguito della scarica, viene mantenuta artificialmente lì, allora una corrente elettrica rifluirà attraverso la sorgente e le reazioni chimiche possono invertire, di nuovo creando il precedente stato di non equilibrio nel complesso.

Le sorgenti del primo tipo, in cui i componenti vengono irrimediabilmente distrutti, sono chiamate celle primarie, o galvaniche, dallo scopritore di tali processi, Luigi Galvani. Le sorgenti del secondo tipo, capaci, sotto l'azione di tensioni esterne, di invertire l'intero meccanismo delle reazioni chimiche, di ritornare nuovamente a uno stato di non equilibrio all'interno della sorgente, sono chiamate sorgenti del secondo tipo, o accumulatori elettrici. Dalla parola "accumulare" - addensare, raccogliere. E la loro caratteristica principale, appena descritta, si chiama ricarica.

Tuttavia, con le batterie, le cose non sono così semplici.

Sono stati trovati diversi meccanismi chimici di questo tipo. Con diverse sostanze coinvolte in esse. Pertanto, esistono diversi tipi di batterie. E si comportano diversamente, caricano e scaricano. E in alcuni casi sorgono fenomeni ben noti alle persone che se ne occupano.

E praticamente tutti si occupano di loro. Le batterie, come fonti di energia autonome, sono utilizzate ovunque, in un'ampia varietà di dispositivi. Dai piccoli orologi da polso ai veicoli di varie dimensioni: automobili, filobus, locomotive diesel, motonavi.

Linee guida per la progettazione della batteria

Quando sono collegate in serie e in parallelo, tutte le batterie devono essere dello stesso tipo, età e dello stesso produttore. La capacità delle batterie quando collegate in serie deve essere la stessa; in parallelo possono essere collegate tra loro batterie di capacità diverse.
Se, quando è collegata in serie, una batteria si guasta, tutte le batterie nella batteria devono essere sostituite. Se una batteria si guasta quando è collegata in parallelo, viene rimossa e le rimanenti vengono utilizzate fino a quando non sono esaurite. Le batterie vengono quindi sostituite.

Per evitare l'invecchiamento precoce, non riscaldare le batterie. Ogni aumento di 6 ° C oltre i 20 ° C riduce della metà la durata utile. Installare le batterie in un luogo fresco e ben ventilato e lasciare uno spazio d'aria tra di loro per stimolare la generazione di calore.

Non aumentare la capacità della batteria con le batterie installate in un'altra stanza. Le batterie situate in posizioni diverse funzioneranno a temperature ambiente diverse e non si scaricheranno e non si caricheranno in modo uniforme. Ciò aumenterà ulteriormente la differenza di temperatura e porterà a un invecchiamento precoce e al guasto della batteria. Se le batterie vengono caricate o scaricate con corrente elevata, possono verificarsi instabilità termica ed esplosione.

Collegamento del caricabatterie a una batteria di batterie collegate in parallelo.
Se la corrente di carica o scarica della batteria è di 200 A a 12 V (100 A a 24 V) per un periodo di tempo prolungato, viene generato un notevole calore. Utilizzare la ventilazione forzata per disperderla.A tale scopo, installare una ventola ignifuga nella presa d'aria del vano batteria. La ventola di aspirazione riduce il rischio di accensione dell'idrogeno generato dalle batterie. (Alcuni standard richiedono una ventilazione forzata ogni volta che le batterie sono collegate a un caricabatterie con una potenza in uscita superiore a 2 kW, ovvero 167 ampere a 12 volt o 83 ampere a 24 volt).
Il regolatore di tensione di qualsiasi potente caricabatterie deve avere un sensore di temperatura che riduce la tensione di carica quando le batterie sono riscaldate.
Le batterie di grande capacità con elevate correnti di carica e scarica sono installate negli scomparti residenziali solo in contenitori sigillati con ventilazione attivata.

Alcune caratteristiche della batteria

La batteria classica è una batteria al piombo-solfato per autoveicoli. Viene prodotto sotto forma di accumulatori collegati in serie alla batteria. Il suo utilizzo e la carica / scarica sono ben noti. I fattori pericolosi in essi contenuti sono acido solforico corrosivo, che ha una concentrazione del 25-30%, e gas - idrogeno e ossigeno - che vengono rilasciati quando la carica continua dopo che è terminata chimicamente. Una miscela di gas risultante dalla dissociazione dell'acqua è proprio il noto gas esplosivo, dove l'idrogeno è esattamente il doppio dell'ossigeno. Una tale miscela esplode in ogni occasione: una scintilla, un forte colpo.

Le batterie per apparecchiature moderne - telefoni cellulari, computer - sono realizzate in un design in miniatura; per caricarle vengono prodotti caricabatterie di vari modelli. Molti di essi contengono circuiti di controllo che consentono di tracciare la fine del processo di ricarica o caricare tutti gli elementi in modo bilanciato, ovvero scollegare quelli già caricati dal dispositivo.

La maggior parte di queste batterie sono abbastanza sicure e una scarica / carica impropria può solo danneggiarle ("effetto memoria").

Questo vale per tutti, tranne per le batterie basate sul metallo Li - litio. È meglio non sperimentarli, ma caricare solo su caricatori appositamente progettati per questo e lavorare con loro solo secondo le istruzioni.

Il motivo è che il litio è molto attivo. È il terzo elemento della tavola periodica dopo l'idrogeno, un metallo più attivo del sodio.

Quando si lavora con gli ioni di litio e altre batterie basate su di esso, il litio metallico può gradualmente cadere dall'elettrolito e una volta creare un cortocircuito all'interno della cella. Da questo può prendere fuoco, il che porterà al disastro. Dal momento che NON può essere ripagato. Brucia senza ossigeno, quando reagisce con l'acqua. In questo caso, viene rilasciata una grande quantità di calore e altre sostanze si uniscono alla combustione.

È noto che i telefoni cellulari con batterie agli ioni di litio prendono fuoco.

Tuttavia, il pensiero ingegneristico sta andando avanti, creando sempre più nuove celle ricaricabili basate sul litio: polimero di litio, nanofilo di litio. Cercando di superare i difetti. E sono molto buone come batterie. Ma ... lontano dal peccato è meglio non fare con loro quelle semplici azioni che vengono descritte di seguito.

Scelta di uno schema di collegamento per il riscaldamento delle batterie

Quando la scelta del tipo di caldaia di riscaldamento è completata, viene determinato lo schema di collegamento delle batterie di riscaldamento in casa. Può essere monotubo o bitubo.
La stessa connessione dei radiatori avviene in tre modi:

parte inferiore;
laterale;
diagonale.

Se, al momento di decidere come collegare la batteria di riscaldamento, è stata pianificata una tubazione unidirezionale, il numero di sezioni su un dispositivo non deve superare 12 per le reti di riscaldamento gravitazionali e 24 per i sistemi dotati di una pompa di circolazione.

Se è necessario installare un numero maggiore di sezioni, è necessario utilizzare una tubazione versatile per i radiatori del riscaldamento. Quando si installano dispositivi di riscaldamento, non bisogna dimenticare la portata del tubo diritto e del tubo di ritorno, che dipende dal loro diametro e coefficiente di rugosità.

Un efficace trasferimento di calore può essere ottenuto a condizione di un posizionamento ottimale delle batterie, ovvero osservando la distanza di installazione dei dispositivi rispetto alle pareti, al pavimento, alla finestra e al davanzale della finestra.
Le istruzioni di installazione e come collegare correttamente un radiatore di riscaldamento prevedono i seguenti standard:

il dispositivo dovrebbe trovarsi a una distanza di 10-12 centimetri dal pavimento;
dovrebbe essere installato non più vicino di 8-10 centimetri al davanzale della finestra;
il pannello posteriore non deve essere posizionato a meno di 2 centimetri dal muro;
quando si installano le batterie, è necessario prevedere la regolazione del grado di riscaldamento, sia in modalità manuale che automatica. Per questo vengono acquistati termostati speciali (più in dettaglio: "Valvole di regolazione per termosifoni, installazione valvole");
allo scopo di riparare o sostituire il radiatore, dovrebbero essere previste valvole, valvole e rubinetti manuali. Ti permetteranno di scollegare il prodotto dall'impianto di riscaldamento;
devi mettere i tocchi Mayevsky sui dispositivi, come nella foto. Con il loro aiuto, l'aria intrappolata nel sistema viene rimossa.

Collegamento seriale delle sorgenti

Questa è una ben nota batteria di celle, "lattine". Coerentemente - questo significa che viene evidenziato il più del primo - ci sarà un terminale positivo dell'intera batteria e il meno è collegato al più del secondo. Il meno del secondo - con il più del terzo. E così via fino all'ultimo. Il meno del penultimo è collegato al suo più e il suo meno viene evidenziato: il secondo terminale della batteria.

Quando le batterie sono collegate in serie, viene aggiunta la tensione di tutte le celle e all'uscita - i terminali più e meno della batteria - si otterrà la somma delle tensioni.

Ad esempio, una batteria per auto, con circa 2,14 volt in ciascun banco carico, fornisce un totale di 12,84 volt su sei lattine. 12 di tali lattine (batteria per motori diesel) forniranno 24 volt.

E la capacità di una tale connessione rimane uguale alla capacità di una lattina. Poiché la tensione di uscita è maggiore, la potenza nominale del carico aumenterà e il consumo energetico sarà più veloce. Cioè, tutti verranno scaricati contemporaneamente come un unico elemento.

Collegamento in serie delle batterie

Anche queste batterie vengono caricate in serie. Il più della tensione di alimentazione è collegato al più, il meno al meno. Per la normale carica è necessario che tutte le batterie siano uguali nei parametri, dello stesso lotto e ugualmente scariche.

Altrimenti, se si scaricano in modo leggermente diverso, durante la ricarica, uno finirà di caricarsi prima degli altri e inizierà a ricaricarsi. E questo potrebbe finire male per lui. Lo stesso si osserverà con diverse capacità degli elementi, che, in senso stretto, sono gli stessi.

Il collegamento in serie delle batterie è stato provato fin dall'inizio, quasi contemporaneamente all'invenzione delle celle elettrochimiche. Alessandro Volta ha creato il suo famoso pilastro voltaico da cerchi di due metalli - rame e zinco, che ha spostato con panni imbevuti di acido. La costruzione si rivelò un'invenzione di successo, pratica, e fornì persino una tensione abbastanza sufficiente per gli allora audaci esperimenti nello studio dell'elettricità - arrivò a 120 V - e divenne una fonte di energia affidabile.

Ingegneria della sicurezza

utilizzare guanti dielettrici;
non toccare i terminali a mani nude;
le batterie devono essere scollegate dai carichi;
utilizzare strumenti con manici isolati;
controllare i terminali e i pin di connessione prima del collegamento;
non utilizzare batterie con parametri e grado di usura diversi;
fare attenzione alla polarità;
utilizzare fili adatti per il collegamento;
isolare l'assieme dall'umidità

ATTENZIONE! L'importante è proteggersi dalle scosse elettriche.

Errori di commutazione e loro conseguenze

Gli errori di commutazione possono essere suddivisi in errori della connessione stessa (più e meno confusi) e la scelta sbagliata di batterie e cavi di collegamento.

Collegamento in parallelo delle batterie

Con un collegamento in parallelo di alimentatori, tutti i vantaggi devono essere collegati a uno, creando un polo positivo della batteria, tutti i lati negativi all'altro, creando un negativo della batteria.

Parte della batteria

Collegamento in parallelo

Con una tale connessione, la tensione, come vediamo, dovrebbe essere la stessa su tutti gli elementi. Ma cos'è? Se le batterie hanno tensioni diverse prima del collegamento, subito dopo il collegamento inizierà immediatamente il processo di "equalizzazione". Gli elementi con un voltaggio più basso inizieranno a ricaricarsi molto intensamente, traendo energia da quelli con un voltaggio più alto. Ed è bene se la differenza di tensioni è spiegata dal diverso grado di scarica degli stessi elementi. Ma se sono diversi, con diversi valori di tensione, inizierà una ricarica, con tutti gli incantesimi che ne derivano: riscaldamento dell'elemento carico, ebollizione dell'elettrolita, perdita del metallo degli elettrodi e così via. Pertanto, prima di collegare gli elementi tra loro in una batteria parallela, è necessario misurare la tensione su ciascuno di essi con un voltmetro per assicurarsi che l'operazione imminente sia sicura.

Come possiamo vedere, entrambi i metodi sono abbastanza praticabili: sia la connessione parallela che quella seriale delle batterie. Nella vita di tutti i giorni, abbiamo abbastanza di quegli elementi che sono inclusi nei nostri gadget o fotocamere: una batteria, o due o quattro. Sono collegati nel modo in cui è definito dal design e non pensiamo nemmeno se si tratta di una connessione parallela o seriale.

Ma quando nella pratica tecnica è necessario fornire immediatamente una grande tensione e, anche per un lungo periodo, vengono costruiti enormi campi di accumulatori nei locali.

Ad esempio, per l'alimentazione di emergenza di una stazione di comunicazione con relè radio con una tensione di 220 volt durante il periodo in cui è necessario eliminare qualsiasi guasto nel circuito di alimentazione, sono necessarie 3 ore ... Ci sono molte batterie.

Fattori che influenzano l'efficienza del riscaldamento

L'efficienza della struttura di riscaldamento dipende da diversi fattori:

Disposizione degli elementi dell'impianto di riscaldamento
... Il grado e l'uniformità del riscaldamento della stanza dipendono dalla correttezza di questo lavoro e, di conseguenza, dalla quantità di denaro speso per riscaldare una casa o un appartamento.
Selezione di apparecchiature di riscaldamento
... Tutto ciò che è necessario per creare un sistema di riscaldamento viene acquisito sulla base di un calcolo eseguito professionalmente di indicatori tecnici e finanziari. Il fatto è che la decisione su come collegare correttamente i radiatori per il riscaldamento e la scelta dell'attrezzatura appropriata contribuisce al raggiungimento del massimo trasferimento di calore con il minimo consumo di carburante.