Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов: что меняется и что выбрать

Два одинаковых аккумулятора по 12 В и 100 А·ч дают либо 24 В и 100 А·ч, либо 12 В и 200 А·ч. Что именно получится, решает схема. Последовательно собирают, когда оборудованию нужно напряжение выше, параллельно — когда нужен запас на долгую работу. Если требуется и то и другое, обе схемы комбинируют.

Что увеличивается при каждом соединении

• Последовательно растёт напряжение: 12 В + 12 В = 24 В. Ёмкость в ампер-часах остаётся как у одного аккумулятора.
• Параллельно растут ёмкость и допустимый ток: 100 А·ч + 100 А·ч = 200 А·ч. Напряжение остаётся прежним.
• Запас энергии в ватт-часах складывается при любой схеме: два аккумулятора по 12 В и 100 А·ч — это 2,4 кВт·ч и в последовательной, и в параллельной сборке.

Коротко: сравнение в таблице

Правила для любой схемы:

• Аккумуляторы только одного типа, одной ёмкости, одного возраста и с одинаковым уровнем заряда (SoC).
• Предохранители обязательны, система управления аккумулятором (BMS) крайне желательна.
• Заряжать по спецификации производителя и регулярно проверять сборку.

Последовательное соединение

Плюс одного аккумулятора соединяют с минусом следующего, и так до нужного напряжения. Напряжения складываются, ёмкость в ампер-часах остаётся как у одной: два аккумулятора по 12 В дают 24 В, а ампер-часы не меняются.

Через всю цепочку идёт один и тот же ток, поэтому аккумуляторы подбирают одинаковые по химии, ёмкости, возрасту и уровню заряда. Если в цепочке окажутся разные элементы, напряжение перекосит и сборка станет опасной.

Общее напряжение измеряют между свободными плюсом и минусом. Разъёмы и изоляцию рассчитывают на рабочий ток, иначе греются контакты.

Так собирают аккумуляторы на 24 и 48 В для автономных солнечных электростанций и автодомов, а в электротранспорте — под контроллер двигателя: этим устройствам нужно именно заданное повышенное напряжение. По тому же принципу устроены аккумуляторы электроинструмента, ИБП, телеком-оборудования.

В каталоге Deye так устроены высоковольтные стойки BOS-G Pro: модули на 51,2 В и 100 А·ч соединены последовательно. Пять модулей дают BOS-G25-PRO на 256 В, двенадцать — BOS-G60-PRO на 614 В, шестнадцать — BOS-G80-PRO на 819 В.

Ёмкость у всех трёх одна, 100 А·ч, а запас энергии растёт вместе с напряжением: 25,6, 61,4 и 81,9 кВт·ч. Баланс цепочки держит BMS стойки. Работают такие стойки с высоковольтными гибридами Deye.

Параллельное соединение

Все плюсы соединяют между собой, все минусы тоже. Напряжение остаётся как у одного аккумулятора, ёмкость складывается: два аккумулятора на 12 В по 100 А·ч превращаются в 12 В и 200 А·ч. Вместе с ёмкостью растёт и ток, который сборка может отдать или принять.

Ток делится между аккумуляторами, в идеале поровну. Но при разном возрасте или уровне заряда ток делится неравномерно: часть аккумуляторов работает с перегрузкой и изнашивается быстрее, поэтому в параллель ставят только одинаковые.

Кабели делают короткими и одной длины, сводят на шину или штатные разъёмы. На плюсовой шине ставят предохранитель или автомат, а на время обслуживания и замены аккумуляторы отключают друг от друга. Место под дополнительные аккумуляторы закладывают сразу, как и BMS или систему мониторинга.

Так собирают всё, что должно долго работать при одном напряжении: бортовые аккумуляторы автодомов и катеров на 12 В, накопители автономных солнечных электростанций на ночь, резерв для роутеров, небольших серверов, телеком-оборудования. Электролодки, электроскутеры, светодиодные установки — та же схема.

Низковольтные аккумуляторы Deye устроены именно так: SE-F5 и SE-G5.1-PRO-B — модули на 51,2 В и 100 А·ч (5,12 кВт·ч), которые соединяются только параллельно. Два модуля дают 51,2 В и 200 А·ч, четыре — 400 А·ч, а гибриды Deye принимают до 16 модулей в одной сборке. Напряжение остаётся тем же, поэтому ёмкость можно наращивать, не трогая инвертор.

Параллель добавляет и допустимый ток заряда. У SE-F5 максимальный ток заряда 100 А, рекомендуемый 50 А, а гибрид SUN-6K-SG05LP1 умеет заряжать током до 135 А. С одним модулем ток придётся ограничить в настройках инвертора. С двумя-тремя в параллели он делится между модулями, и на каждый приходится меньше максимума. Как связаны ток, ёмкость и скорость заряда и разряда (C-rate), разбирали в отдельной статье.

Примеры на 12 В: как получить 24 и 48 В

У литиевых LiFePO4 номинал 12,8 В, поэтому четыре последовательно дают 51,2 В — столько же, сколько у модулей Deye. Но собирать так аккумулятор для гибридного инвертора стоит, только если паспорт 12-вольтовых аккумуляторов разрешает последовательное соединение: встроенная BMS каждого рассчитана на своё напряжение. И связи BMS с инвертором у такой сборки не будет — заряд придётся настраивать по напряжению вручную.

Как обозначают схему: 4S, 2P, 4S2P

Буква S (series) показывает, сколько элементов стоит последовательно, P (parallel) — сколько параллельно. Аккумулятор из четырёх последовательно соединённых элементов обозначают 4S. 4S2P — две параллельные цепочки по четыре элемента, всего восемь.

Внутри модуля Deye на 51,2 В — 16 ячеек LiFePO4 по 3,2 В последовательно, то есть 16S. На электрической схеме аккумулятор из нескольких элементов рисуют рядом пар чёрточек: длинная обозначает плюс, короткая — минус.

Как соединить два аккумулятора параллельно

1. Проверьте, что аккумуляторы одинаковые: тип, ёмкость, производитель, примерно один возраст.
2. Зарядите каждый отдельно до полного заряда, чтобы напряжения совпадали. Иначе в момент соединения между ними пойдёт большой уравнивающий ток.
3. Отключите нагрузку и зарядное устройство.
4. Соедините плюс с плюсом и минус с минусом кабелями одного сечения и одной длины.
5. Нагрузку подключите по диагонали: плюс — с первого аккумулятора, минус — с последнего. Так ток делится между ними ровнее.
6. На плюсовой провод к нагрузке поставьте предохранитель или автомат по току сборки.

Что выбрать

Сначала решают, что нужнее: напряжение под инвертор или двигатель либо ёмкость и время работы. Дальше схему подгоняют под напряжение оборудования и место под аккумуляторы. И ещё один вопрос: сколько внимания вы готовы уделять сборке.

• Последовательно, если нагрузке нужно повышенное входное напряжение, например 24 или 48 В у инвертора или контроллера двигателя, и хочется снизить ток ради более тонких проводов.
• Параллельно, если нужно продлить работу потребителей на 12 В или добавить ёмкость к существующему аккумулятору того же напряжения.
• Последовательно-параллельно, если нужно и то и другое. Сначала собирают одинаковые последовательные цепочки до нужного напряжения, затем эти цепочки соединяют параллельно ради ёмкости. Цепочки должны быть полностью идентичны, а BMS — надёжной.

В домашней электростанции на Deye выбирают не схему соединения, а класс аккумулятора. Низковольтная система: 51,2 В и параллельные модули SE-F5 или SE-G5.1-PRO-B, ток растёт вместе с ёмкостью. Высоковольтная: стойка BOS-G Pro с модулями последовательно, 256–819 В и небольшой ток при большой мощности. Чем отличаются эти два подхода и когда какой выгоднее — в статье гибрид LV или HV.

Смотреть в каталоге: купить гибридный инвертор Deye · все солнечные инверторы · аккумуляторы Deye

Главное

Последовательно — ради напряжения, параллельно — ради ёмкости. Безопасность в обеих схемах держится на одинаковых аккумуляторах, правильном сечении кабелей, предохранителях и надёжных контактах.

Порядок расчёта простой. Входное напряжение главного потребителя задаёт напряжение аккумулятора: 12, 24, 48 В или выше. Затем считают ёмкость под нужное время работы; для дома есть отдельный разбор, сколько нужно панелей и аккумуляторов. Этих двух чисел хватает, чтобы выбрать схему сборки.