Схемы и способы подключения радиаторов отопления в доме и квартире: одно- и двухстороннее

Сегодня в домах можно встретить самые разные схемы подключения радиаторов отопления к контуру системы обогрева. Одни из них более эффективны, другие немного отстают в плане теплопередачи, но каждая имеет право на существование. Потому как окончательный выбор нужного способа зависит от многих параметров: материалоемкости, типа радиаторов, планировки жилья. Схему следует подбирать также с учетом того, в частном доме выполняется монтаж или в обычной городской квартире.

Оглавление:

1. Одно- и двухтрубное отопление
2. Обогрев двухэтажного дома
3. Способы подключения радиаторов
4. Полезные советы

Виды систем

Простейшая классификация отопительных систем основывается на порядке подключения батарей к контуру обогрева. Варианта всего два:

1. Однотрубная последовательная система отопления.

Здесь радиаторы выстраиваются в своеобразную цепочку: горячая вода движется по трубам от котла к первому прибору, затем ко второму и далее – пока не пройдет через весь ряд батарей и не попадет в обратку.

В результате у ближайшего к котлу радиатора температура всегда выше, чем у самого последнего в цепи. Ведь теплоноситель, переходя из комнаты в комнату, постепенно растрачивает энергию на отопление и остывает. Однотрубную схему можно реализовать в типовой квартире или в частном доме небольшой площади. На таких объектах длина самого контура относительно невелика, поэтому первый радиатор отопления в цепи и последний будут иметь минимальный разрыв в нагреве. Но это правильно только для линий не длиннее 30 м.

К сожалению, подобный принцип часто встречается в многоквартирных домах, подключенных к центральной системе парового обогрева. В высотках однотрубная «цепочка» строится сверху вниз, так что жильцам на первом перепадают лишь жалкие крохи тепла, оставшегося от соседей. В постройках до 5 этажей она приобретает форму кольца. В этом случае в нижней квартире самый холодный радиатор отопления во всем подъезде встретится с самым горячим.

Решить такую проблему можно только одним способом: врезать на всех этажах перед секциями перемычки для смешивания теплоносителя. Главный плюс подобного отопления – простота и небольшая материалоемкость. Это значит, что стоимость комплектующих и собственно монтажа будет минимальной. Минусом остается невозможность регулировать производительность каждого отдельно взятого радиатора.

2. Двухтрубная система.

При такой схеме все обогреватели имеют собственное подключение к источнику горячей воды – котлу. Сам контур от этого становится сложнее и габаритнее, поскольку через каждую комнату проходят две трубы: подающая и обратная. Зато все обогреватели имеют примерно одинаковую температуру. Такая конструкция отлично себя показывает в частных домах большой площади и позволяет эффективно управлять каждым радиатором. При необходимости на отдельные приборы поток можно вообще перекрыть – это никак не скажется на работе остальных батарей.

Обогрев в двухэтажном доме

От грамотного монтажа системы обогрева во многом зависит комфорт загородного жилья. Здесь следует прислушаться к советам опытных мастеров:

• Сократите количество изгибов – каждый из них создает сопротивление, ухудшая циркуляцию воды и снижая эффективность батарей в частном доме.
• Не делайте слишком длинных прямых участков.

В остальном схема радиаторного отопления двухэтажного дома подчиняется тем же законам, что мы рассмотрели выше. При однотрубном варианте система будет работать максимально эффективно на втором этаже и очень слабо на первом. Если этого не избежать, позаботьтесь хотя бы о дополнительных перемычках для равномерного прогрева труб по ходу движения воды. Также правильно будет использовать радиаторы из стали или чугуна – через несколько дней они более-менее выровняют свою температуру за счет простого теплообмена.

Идеальное подключение к системе отопления в доме на два этажа выполняется по двухтрубной схеме. Для этого основная подача горячей воды сперва разделяется на две линии (по одной на каждый уровень), а там уже они параллельно подсоединяются к радиаторам в комнатах. Отработанный теплоноситель в обратном порядке собирается в общую «холодную» ветку отопления и возвращается к нагревательному котлу.

Способы подсоединения батарей

Здесь уже стоит вопрос о том, в какой части обогревателя будут размещены входное и выходное отверстия для теплоносителя. Так что перед покупкой приборов и труб отопления следует определить, какое подключение радиаторов окажется эффективнее.

1. Одностороннее.

Отопительные приборы по односторонней схеме (подача и обратный выход расположены на одном торце) обычно включаются в общую ветку центральных систем отопления многоквартирных домов. Так конструкция получается наиболее компактной и надежной. Подача, как правило, идет сверху, а нижнее отверстие выполняет функцию выхода для отработанного теплоносителя.

Горячая вода движется по всему внутреннему контуру батареи отопления, обеспечивая ее высокую производительность. А сама система получается проще и дешевле в монтаже, так как требует минимального количества труб и соединений. Еще один плюс – вы спокойно сможете добавить к радиатору секции или убрать лишние, не затрагивая основную магистраль.

В частном доме с автономным отоплением иногда можно встретить другие «версии» одностороннего подключения:

• Вход снизу, обратка сверху – применяется в закольцованных системах на первой линии подачи. При этом эффективность батареи снижается примерно на 5%.
• Нижнее подключение – частный случай односторонней схемы, когда обе ветки контура отопления подходят не к боковому торцу прибора, а действительно снизу. Применяется, если трубы необходимо спрятать в пол, чтобы не портили интерьер.

В принципе, эта схема считается неэффективной, но производители отопительного оборудования уже придумали, как исправить положение. Они предложили батареи, в которых подающая труба имеет продолжение внутри радиатора, а «излив» теплоносителя происходит уже в верхней его точке. Получается идеальное подключение при нижней подаче с классическим движением горячей воды сверху.

2 . Двухстороннее подключение к отоплению.

Здесь способов побольше:

• Верхнее диагональное – идеально подходит для многосекционных или просто длинных радиаторов (более 1 м). В этом случае горячая вода движется правильно и равномерно прогревает батарею. Хотя технически такая схема может оказаться более сложной, ее следует рассматривать в первую очередь. И только в многоквартирных домах от этого придется уйти. Еще один недостаток такой системы отопления – изменить количество секций на радиаторе будет крайне затруднительно.
• Нижнее двухстороннее – такое подключение батарей уже практически не используется, поскольку является самым неэффективным. Теплоноситель по радиатору практически не проходит, пробираясь к обратке понизу. Естественно, что производительность секций при этом падает на 12-15%, так как их верхняя часть просто не нагревается. Немного исправить положение могут биметаллические или алюминиевые приборы, которые скоро прогреют сами себя до необходимой температуры.
   Использовать подобный вариант можно только в одном случае – если вам нужна схема отопления одноэтажного дома со скрытыми коммуникациями. И категорически нельзя, если вы планируете в качестве теплоносителя антифризный раствор.
• Нижнее диагональное – способ исправить положение, описанное выше. Для этого обратную ветку отопления правильно будет соединить с верхним отверстием радиатора, чтобы хоть как-то заставить горячую воду подниматься по внутреннему контуру. Потери производительности при этом могут достигать 10%.

Все перечисленные способы можно использовать как для однотрубных линий, так и в случае, когда у вас двухтрубная отопительная система. Причем второй вариант всегда будет заметно эффективнее.

Резюме

Методов подключения обогревателей к общему контуру действительно немало. Не зная всех нюансов организации отопления на объекте, советовать что-то конкретное не возьмется ни один специалист.

Но мы предложим самые эффективные схемы обогрева для квартир и частных домов, на которые стоит ориентироваться в первую очередь. И только в случае, если какие-то особенности жилья не позволяют их реализовать, можно будет искать компромиссное решение.

Если ваша квартира подключена к центральной ветке, радиатор к однотрубной системе отопления нужно подсоединять по односторонней схеме с верхним входом. Нелишним будет врезать перемычку (байпас), после него установить на подающем патрубке терморегулятор, а на нижнем – запирающий кран на случай аварии. Только не забудьте согласовать такие переделки.

В больших квартирах с автономным обогревом и многосекционными радиаторами дешевле выйдет однотрубная система с диагональным подключением приборов. А чтобы свести все недостатки такой схемы к минимуму, поставьте циркуляционный насос. Отопление частного дома будет достаточно простым и эффективным, если при двухтрубной системе использовать одностороннее подключение отопительных приборов.

Дата: 15 апреля 2016

Схема подключения радиаторов отопления – варианты, преимущества и недостатки

Эффективность работы отопительной системы во многом зависит от такого критерия, как схема подключения радиаторов отопления. Не все обыватели понимают, в чем важность такого подхода, ведь основная масса проживает в многоквартирных домах, где радиаторы уже установлены в определенном порядке. Менять что-то никто не будет, да и никто не позволит. Ведь система отопления разрабатывается еще на стадии проектирования дома, поэтому эффективность теплоотдачи закладывается в расчеты и проект.

В частном домостроении каких-то сильных отличий не бывает. Отопительная система проектируется по тем же правилам и нормам, но именно в частном доме приходится учитывать и способы подключения радиаторов отопления, и схему разводки трубопроводов. Именно от этих двух показателей зависит, насколько будет тепло в доме, и как будет расходовано топливо.

Чтобы во всем этом разобраться, необходимо рассмотреть в первую очередь схему разводки труб, а затем и схему подключения батарей.

Схема разводки труб

Схем всего две:

1. Однотрубная.
2. Двухтрубная.

Однотрубная схема

По сути, это кольцо из труб, где в центре расположен нагревательный котел. Труба от котла проходит по всем комнатам, в нее врезаются радиаторы отопления, она же возвращается к котлу с уже остывшим теплоносителем. Схема проста, она не требует большого количества материалов. Но вот эффективность у такой модели отопления не очень высокая. Расположенные в последовательном порядке батареи принимают теплоноситель, который движется по кругу.

Получается так, что последующие приборы получают тепла меньше, чем предыдущие. В этом и вся проблема последовательного подключения радиаторов отопления. Особенно это касается тех батарей, которые в цепи расположены последними. В таких комнатах чаще всего температура невысокая и далека от нормальной. Что можно сделать, чтобы решить данную проблему? Есть два варианта:

1. Увеличить количество секций в последних батареях, тем самым увеличить площадь теплоотдачи.
2. Установить циркуляционный насос, с помощью которого можно равномерно распределить теплоноситель по всем отопительным приборам.

Внимание для тех, кто собирается воспользоваться вторым вариантом. Насос необходимо устанавливать на патрубке обратного контура ближе к нагревательному котлу, где теплоноситель имеет сниженную температуру. Это делается для того чтобы насос работал дольше. В его конструкции есть резиновые прокладки (манжеты), которые под действием высокой температуры быстро выходят из строя.

И хотя однотрубное подключение радиаторов отопления является экономически оправданным, все равно это не самый эффективный способ обогрева.

Двухтрубная схема

В чем отличие этой системы от однотрубной?

• Используются два отдельных контура: подающий и обратный.
• Равномерное распределение теплоносителя по радиаторам отопления.
• Есть возможность проводить ремонт каждой отдельной ветки, отключая ее от всей системы отопления. Для этого используются отсекающие краны (вентиля).
• Более экономичный подход к расходу топлива.
• Появляется возможность регулирования температурного режима в каждой отдельной комнате.

Двухтрубная система – это подающий контур, который поднимается от нагревательного котла вверх, проходит по всем комнатам по чердачному помещению или под потолком. От подачи к каждому отопительному прибору спускается стояк. Снизу по той же схеме проходит обратка, к которой все радиаторы также подсоединяются. Движение теплоносителя в подающем контуре и в обратке происходит в противоположные стороны. В первом случае от котла, во втором к котлу.

Нижнее подключение

Схема подключения радиаторов

Итак, переходим к основной теме нашей статьи и будем отвечать на вопрос, как подключить батарею отопления, чтобы вся система работала эффективно. Для этого придется разобрать все способы подключения. Их три основные:

1. Диагональное.
2. Боковое.
3. Нижнее.

Диагональное

Практически все специалисты едины во мнении, что диагональное подключение радиаторов отопления является самым лучшим. Почему? Дело все в движении теплоносителя внутри прибора. Подключение радиатора производится с двух сторон: подача теплоносителя с верхнего патрубка, обратка с нижнего с противоположной стороны. То есть, точки подключения расположены по диагонали прибора, отсюда и само название схемы.

Именно при помощи такого типа соединения достигается равномерное распределение теплоносителя внутри прибора. Он движется сверху вниз, заполняя собой все пространство внутри радиатора. Поэтому теплоотдача у такого прибора самая большая.

Боковое

Боковое подключение радиаторов отопления чаще всего используется в городских квартирах, потому что стояки отопительной системы проводят в углу помещений. Хотя это необязательное условие, ведь при таком расположении труб может применяться и диагональный вариант. Правда, смотрится он не презентабельно (слишком много отводов и труб как вертикальных, так и горизонтальных).

Но когда производители рассчитывают мощность отопительных приборов, они берут за основу именно боковое подключение. То, что указывается в паспорте радиатора, относится к данному виду, поэтому при общем расчете теплоотдачи используется коэффициент 1,0. При диагональном подключении можно принимать коэффициенты 1,1-1,2.

Правда, в данном виде подключения есть одно «НО». Подключать батарею можно боковым способом по-разному.

• Подача сверху, обратка снизу. Это стандартная схема, которая используется повсеместно. В этом случае теплопотери будут незначительны – до 2%.
• Подача снизу, обратка сверху. Схема применяется редко. Здесь теплопотери составляют до 7%.

Нижнее

Радиаторы отопления с нижним подключением – эта схема может быть использована только в однотрубной системе. Получается так, что в каждой комнате к трубе с помощью двух патрубков производится подключение радиатора. При этом теплоноситель, проходя по трубопроводу, попадает и внутрь отопительных приборов.

Скажем прямо, не очень эффективная схема, если система работает по принципу естественной циркуляции теплоносителя. Если в отопление устанавливается циркуляционный насос, то эффективность возрастает почти в два раза. Но в этом случае отопление становится энергозависимым. Есть электричество, теплоотдача увеличивается, нет его – она сразу же снижается. Вот почему теплопотери  в данном случае варьируются в диапазоне 20-40%.

Почему так происходит? Этот вид подключения батарей отопления основан на принципе постепенного заполнения прибора горячей водой. Основная масса теплоносителя проходит по трубопроводу, часть его попадает в радиаторы. При этом вода с большей температурой поднимается вверх, нагревая сам прибор, охлажденная опускается вниз, поступая в трубу. Такой цикл требует определенного времени, за которое теплоноситель сильно остывает, отсюда и теплопотери.

Боковое подключение

Выводы

Решая вопрос,как правильно подключить радиатор отопления, каждый должен сам для себя определить и выбрать схему. Во-первых, на это будет влиять бюджет, выделенный на сборку отопления. Если он не очень большой, то однотрубная схема с нижним подключением батарей к системе отопления – оптимальный вариант. Конечно, придется позаботиться о снижении теплопотерь, но это уже второй вопрос.

Если бюджет позволяет, то двухтрубная система – идеальное решение. Рекомендуем воспользоваться ее подвидом – коллекторной схемой. Она позволяет сократить контур подачи и сделать распределение теплоносителя по стоякам более равномерным. К такой схеме правильное подключение радиатора отопления будет диагональным.

Заключение

Итак, в этой статье были рассмотрены варианты подключения радиаторов отопления. Исходя из собственных возможностей, выбирается самый оптимальный вариант. Но чтобы сократить расходы на монтаж отопительной системы, можно его провести самостоятельно. Конечно, для этого необходимы кое-какие знания и навыки работы с инструментами. Но если постараться и не спешить, то проблем возникнуть не должно. Если с установкой трубопроводов могут возникнуть трудности, то подключение батарей отопления своими руками – дело простое.

Не забудьте оценить статью:

Вспомогательная система зарядки аккумулятора — Weekender Van Life

30 сентября 2018 г. от Ben Оставить комментарий

Процесс преобразования вашего фургона может быть сложным, особенно электрическая часть. Чтобы немного упростить нашу сборку, мы составили несколько простых электрических схем для кемперванов . В этой первой части нашей серии схем электрических соединений мы рассмотрим базовую систему зарядки вспомогательных аккумуляторов . Зарядка двух аккумуляторов от одного генератора.

*Электромонтажные работы должен выполнять только квалифицированный специалист по обслуживанию. Эти схемы находятся здесь для использования по вашему усмотрению*

Простые электрические схемы кемперов с боковым движением, серия, часть 1

Базовая система зарядки вспомогательных аккумуляторов

тип домашней аккумуляторной системы. Мы обсуждали портативные электростанции в этом предыдущем посте, но если вы хотите более «простую» постоянную установку, вам подойдет эта базовая вспомогательная система зарядки аккумуляторов. Это позволит заряжать два аккумулятора от одного генератора.

Требуемые детали:  (Некоторые советы и указания см. в нижней части поста)

• Вспомогательная батарея
• Встроенный держатель предохранителя и предохранители
• Реле контроля напряжения VSR
• Провод для подключения аккумулятора
• Внутренний блок предохранителей  

 

Наконечники и указатели

• Батарейки; Аккумуляторы типа AGM — один из лучших вариантов для такой ситуации. Они не проливают и не выделяют опасные газы. Емкость вашей батареи будет зависеть от загрузки системы.
• Предохранители; Обязательно используйте предохранители на всех плюсовых проводах и устанавливайте их как можно ближе к аккумулятору.
• ВСР; VSR или реле измерения напряжения очень важны, они автоматически отделят вашу домашнюю батарею от пусковой батареи автомобиля. Это необходимо, чтобы при выключенном двигателе системы вашего дома не потребляли энергию от пускового аккумулятора.
• Проволока; Сечение используемого провода зависит от емкости системы. Хотя вам может сойти с рук использование проволоки меньшего сечения, я рекомендую использовать максимально возможный. Это позволит максимально быстро перезарядить аккумулятор после запуска двигателя. Это также предотвратит возможность возгорания проводов.
• Заземление; Хотя можно просто заземлить Вспомогательную батарею. Я рекомендую подключить нейтраль к стартовой батарее, а также заземлить шасси на обеих батареях.

Еще не все

Ознакомьтесь со второй частью серии: Зарядка 6-вольтовых аккумуляторов последовательно с помощью зарядного устройства на 12 В.

Ознакомьтесь с некоторыми другими нашими сообщениями о переоборудовании электрических систем фургона

• Установка изолятора батареи в наш фургон
• Светодиодные фонари для фургонов
• Установка розеток на 12 В и зарядных устройств USB
• Портативная электростанция своими руками

Вам понадобится хорошая электрическая система, если вы планируете установить обогреватель или вентиляцию на крыше

• Установка подогревателя бензинового фургона
• Установка вентиляции на крыше фургона

Наконец, если вам интересно, ознакомьтесь с дополнительным контентом, связанным с #Vanlife. Здесь.
И помните, всегда идите по менее проторенной дороге!

Рубрики: #VANLIFE, Electric

Взаимодействие с читателями

BU-302: Последовательные и параллельные конфигурации батарей

BU-302: Конфигурации батарей в серии и паралело (Испания)

Батареи достигают требуемого рабочего напряжения путем последовательного соединения нескольких элементов; каждая ячейка добавляет свой потенциал напряжения, чтобы получить общее напряжение на клеммах. Параллельное соединение обеспечивает более высокую пропускную способность за счет суммирования общего ампер-часа (Ач).

Некоторые пакеты могут состоять из комбинации последовательных и параллельных соединений. Аккумуляторы для ноутбуков обычно состоят из четырех последовательно соединенных литий-ионных элементов на 3,6 В для достижения номинального напряжения 14,4 В и двух параллельно для увеличения емкости с 2400 мАч до 4800 мАч. Такая конфигурация называется 4s2p, что означает четыре ячейки последовательно и две параллельно. Изолирующая фольга между элементами предотвращает короткое замыкание из-за проводящей металлической оболочки.

Большинство химических элементов для аккумуляторов подходят для последовательного и параллельного соединения. Важно использовать аккумуляторы одного типа с одинаковым напряжением и емкостью (Ач) и никогда не смешивать аккумуляторы разных производителей и размеров. Более слабая клетка вызовет дисбаланс. Это особенно важно в последовательной конфигурации, потому что мощность батареи зависит от самого слабого звена в цепи. Аналогией является цепочка, в которой звенья представляют собой элементы батареи, соединенные последовательно ( Рисунок 1 ).

Рисунок 1: Сравнение батареи с цепью. Звенья цепи представляют собой ячейки, соединенные последовательно для увеличения напряжения, удвоение звена означает параллельное соединение для увеличения нагрузки по току.

Слабая ячейка может не выйти из строя сразу, но быстрее, чем сильные, при нагрузке. При зарядке батарея с низким уровнем заряда заполняется раньше, чем батарея с сильным зарядом, потому что ее меньше нужно заполнить, и она остается в состоянии перезарядки дольше, чем другие. При разряде слабая клетка опустошается первой, и ее забивают более сильные братья. Ячейки в мультиупаковках должны быть подобраны, особенно при использовании под большими нагрузками. (См. BU-803a: Несоответствие ячеек, Балансировка).

Одноэлементные приложения

Конфигурация с одним элементом представляет собой простейшую аккумуляторную батарею; ячейка не нуждается в согласовании, а схема защиты на небольшой литий-ионной ячейке может быть простой. Типичными примерами являются мобильные телефоны и планшеты с одним литий-ионным аккумулятором 3,60 В. Другими вариантами использования одного элемента являются настенные часы, в которых обычно используется щелочной элемент на 1,5 В, наручные часы и резервная память, большинство из которых являются приложениями с очень низким энергопотреблением.

Номинальное напряжение элемента для никелевой батареи 1,2 В, щелочной 1,5 В; оксид серебра — 1,6 В, а свинцово-кислотный — 2,0 В. Первичные литиевые батареи находятся в диапазоне от 3,0 В до 3,9 В.В. Li-ion 3,6В; Li-фосфат — 3,2 В, а Li-титанат — 2,4 В.

Литий-марганцевые и другие системы на основе лития часто используют напряжение элемента 3,7 В и выше. Это связано не столько с химией, сколько с продвижением более высоких ватт-часов (Втч), что стало возможным при более высоком напряжении. Аргумент состоит в том, что низкое внутреннее сопротивление ячейки поддерживает высокое напряжение под нагрузкой. Для оперативных целей эти элементы используются как кандидаты на 3,6 В. (См. BU-303 Путаница с напряжениями)

Последовательное соединение

Портативное оборудование, требующее более высокого напряжения, использует аккумуляторные блоки с двумя или более ячейками, соединенными последовательно. На рис. 2 показан аккумуляторный блок с четырьмя последовательно соединенными литий-ионными элементами 3,6 В, также известными как 4S, для получения номинального напряжения 14,4 В. Для сравнения, шестиэлементная свинцово-кислотная цепь с напряжением 2 В на элемент будет генерировать 12 В, а четыре щелочных элемента с напряжением 1,5 В на элемент — 6 В.

Рис. 2: Последовательное соединение четырех ячеек (4s) ^[1]
Добавление ячеек в цепочку увеличивает напряжение; емкость остается прежней.

Если вам нужно нечетное напряжение, скажем, 9,50 вольт, подключите последовательно пять свинцово-кислотных, восемь NiMH или NiCd или три Li-ion. Конечное напряжение батареи не обязательно должно быть точным, если оно выше, чем указано в устройстве. Источник питания 12 В может работать вместо 9,50 В. Большинство устройств с батарейным питанием могут выдерживать некоторое перенапряжение; однако необходимо соблюдать конечное напряжение разряда.

Высоковольтные батареи имеют небольшой размер проводника. Аккумуляторные электроинструменты работают от аккумуляторов 12 В и 18 В; модели высокого класса используют 24 В и 36 В. Большинство электронных велосипедов поставляются с литий-ионным аккумулятором на 36 В, некоторые на 48 В. Автомобильная промышленность хотела увеличить стартерную батарею с 12 В (14 В) до 36 В, более известную как 42 В, путем последовательного размещения 18 свинцово-кислотных элементов. Логистика замены электрических компонентов и проблемы с искрением на механических переключателях сорвали переезд.

Некоторые автомобили с мягким гибридом работают на литий-ионном аккумуляторе 48 В и используют преобразование постоянного тока в 12 В для электрической системы. Запуск двигателя часто осуществляется от отдельной свинцово-кислотной батареи 12 В. Ранние гибридные автомобили работали от батареи 148 В; электромобили обычно 450–500 В. Для такой батареи требуется более 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Высоковольтные батареи требуют тщательного подбора элементов, особенно при работе с большими нагрузками или при низких температурах. При наличии нескольких ячеек, соединенных в цепочку, вероятность отказа одной ячейки вполне реальна, и это приведет к отказу. Чтобы этого не произошло, твердотельный переключатель в некоторых больших блоках обходит неисправную ячейку, чтобы обеспечить непрерывный ток, хотя и при более низком напряжении цепи.

Сопоставление ячеек представляет собой проблему при замене неисправной ячейки в стареющем блоке. Новая ячейка имеет более высокую емкость, чем другие, что вызывает дисбаланс. Сварная конструкция усложняет ремонт, поэтому аккумуляторы обычно заменяют целиком.

Высоковольтные батареи в электромобилях, в которых полная замена была бы запредельной, разделяют на модули, каждый из которых состоит из определенного количества ячеек. Если одна ячейка выходит из строя, заменяется только поврежденный модуль. Небольшой дисбаланс может возникнуть, если новый модуль оснащен новыми ячейками. (см. БУ-910: Как отремонтировать блок батарей)

На рис. 3 показан блок батарей, в котором «ячейка 3» выдает только 2,8 В вместо полных номинальных 3,6 В. При пониженном рабочем напряжении эта батарея достигает конечной точки разрядки раньше, чем обычная батарея. Напряжение падает, и устройство выключается с сообщением «Низкий заряд батареи».

Рис. 3: Последовательное соединение с неисправной ячейкой ^[1]
Неисправная ячейка 3 снижает напряжение и преждевременно отключает оборудование.

Батареи в дронах и пультах дистанционного управления для любителей, требующих высокого тока нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в цепочке разряжен. Потребление максимального тока нагружает хрупкие клетки, что может привести к сбою. Чтение напряжения после зарядки не позволяет выявить эту аномалию; изучение баланса ячеек или проверка емкости с помощью анализатора батареи.

Подсоединение к последовательной цепочке

Существует обычная практика подсоединения к последовательной цепочке свинцово-кислотной батареи для получения более низкого напряжения. Тяжелому оборудованию, работающему от аккумуляторной батареи 24 В, может потребоваться источник питания 12 В для вспомогательной работы, и это напряжение удобно доступно на полпути.

Нажатие не рекомендуется, так как это создает дисбаланс ячеек, так как одна сторона блока батарей нагружена больше, чем другая. Если несоответствие не может быть исправлено специальным зарядным устройством, побочным эффектом является сокращение срока службы батареи. И вот почему:

При зарядке разбалансированного блока свинцово-кислотных аккумуляторов с помощью обычного зарядного устройства недозаряженная секция имеет тенденцию к сульфатации, поскольку элементы никогда не получают полного заряда. Высоковольтная часть батареи, которая не получает дополнительной нагрузки, имеет тенденцию к перезарядке, что приводит к коррозии и потере воды из-за газовыделения. Обратите внимание, что зарядное устройство, заряжающее всю цепочку, смотрит на среднее напряжение и соответствующим образом прекращает заряд.

Врезка также распространена в литий-ионных и никелевых батареях, и результаты аналогичны свинцово-кислотным: сокращается срок службы. (См. BU-803a: Сопоставление и балансировка ячеек.) В новых устройствах используется преобразователь постоянного тока для подачи правильного напряжения. В качестве альтернативы электрические и гибридные автомобили используют отдельную низковольтную батарею для вспомогательной системы.

Параллельное соединение

Если требуются более высокие токи, а более крупные элементы недоступны или не соответствуют конструктивным ограничениям, один или несколько элементов могут быть соединены параллельно. Большинство химических элементов аккумуляторов допускают параллельные конфигурации с небольшим побочным эффектом. На рис. 4 показаны четыре ячейки, соединенные параллельно по схеме P4. Номинальное напряжение показанного блока остается на уровне 3,60 В, но емкость (Ач) и время работы увеличены в четыре раза.

Рис. 4: Параллельное соединение четырех элементов (4p) ^[1]
При использовании параллельных элементов емкость в Ач и время работы увеличиваются, а напряжение остается прежним.

Ячейка, которая развивает высокое сопротивление или размыкается, менее критична в параллельной цепи, чем в последовательной конфигурации, но неисправная ячейка снизит общую нагрузочную способность. Это похоже на двигатель, работающий только на трех цилиндрах, а не на всех четырех. С другой стороны, короткое замыкание более серьезно, так как неисправная ячейка отбирает энергию у других ячеек, вызывая опасность возгорания. Большинство так называемых электрических коротких замыканий носят легкий характер и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Полное замыкание может произойти из-за обратной поляризации или роста дендритов. Большие блоки часто включают в себя предохранитель, который отключает неисправную ячейку от параллельной цепи в случае ее короткого замыкания. На рис. 5 показана параллельная конфигурация с одной неисправной ячейкой.

Рис. 5: Параллельное соединение/соединение с одной неисправной ячейкой ^[1]

Слабая ячейка не повлияет на напряжение, но обеспечит малое время работы из-за пониженной емкости. Закороченная ячейка может вызвать чрезмерный нагрев и стать причиной возгорания. В больших упаковках предохранитель предотвращает большой ток, изолируя ячейку.

Последовательное/параллельное соединение

Последовательное/параллельное соединение, показанное на рис. 6, обеспечивает гибкость конструкции и позволяет достичь требуемых значений напряжения и тока при стандартном размере ячейки. Полная мощность представляет собой сумму напряжения, умноженного на ток; ячейка 3,6 В (номинальное значение), умноженное на 3400 мАч, дает 12,24 Втч. Четыре энергоячейки 18650 по 3400 мАч каждая могут быть соединены последовательно и параллельно, как показано, чтобы получить номинальное напряжение 7,2 В и общую мощность 48,96 Втч. Комбинация с 8 ячейками даст 97,92 Втч, допустимый предел для провоза на борту самолета или перевозки без опасных материалов класса 9. (См. BU-704a: Перевозка литиевых батарей по воздуху.) Тонкая ячейка обеспечивает гибкую конструкцию упаковки, но необходима схема защиты.

Рис. 6: Последовательное/параллельное соединение четырех ячеек (2s2p) ^[1]
Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельное соединение ячеек помогает в управлении напряжением. Литий-ионные аккумуляторы

хорошо подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но ячейки нуждаются в мониторинге, чтобы оставаться в пределах ограничений по напряжению и току. Интегральные схемы (ИС) для различных комбинаций элементов позволяют контролировать до 13 литий-ионных элементов. Для более крупных блоков требуются специальные схемы, и это относится к батареям для электронных велосипедов, гибридным автомобилям и модели Tesla 85, которая потребляет более 7000 элементов 18650, чтобы составить 9 аккумуляторов.Пакет 0кВтч.

Терминология для описания последовательного и параллельного соединения

В производстве аккумуляторов сначала указывается количество элементов, соединенных последовательно, а затем количество элементов, размещенных параллельно. Пример 2с2п. При использовании литий-ионных аккумуляторов параллельные струны всегда изготавливаются первыми; завершенные параллельные блоки затем размещаются последовательно. Li-ion — это система, основанная на напряжении, которая хорошо подходит для параллельного формирования. Объединение нескольких ячеек в параллель, а затем последовательное добавление блоков снижает сложность управления напряжением для защиты батареи.

Сначала сборка последовательно соединенных цепочек, а затем размещение их параллельно может быть более распространенным с NiCd-аккумуляторами, чтобы обеспечить химический челночный механизм, который уравновешивает заряд в верхней части заряда. «2с2п» распространено; были выпущены официальные документы, в которых говорится о 2p2, когда последовательная строка параллельна.

Устройства безопасности при последовательном и параллельном соединении

Реле положительного температурного коэффициента (PTC) и устройства прерывания заряда (CID) защищают батарею от перегрузки по току и избыточного давления. Несмотря на то, что эти защитные устройства рекомендуются для обеспечения безопасности в небольших 2- или 3-элементных батареях с последовательной и параллельной конфигурацией, эти защитные устройства часто не используются в больших многоэлементных батареях, например, в батареях для электроинструментов. PTC и CID работают, как и ожидалось, переключая элемент при избыточном токе и внутреннем давлении в элементе; однако отключение происходит в каскадном формате. Хотя некоторые ячейки могут выйти из строя раньше, ток нагрузки вызывает избыточный ток в остальных ячейках. Такое состояние перегрузки может привести к тепловому разгону до того, как сработают остальные предохранительные устройства.

Некоторые ячейки имеют встроенные PCT и CID; эти защитные устройства также могут быть добавлены задним числом. Инженер-конструктор должен знать, что любое предохранительное устройство может выйти из строя. Кроме того, PTC индуцирует небольшое внутреннее сопротивление, уменьшающее ток нагрузки. (См. также BU-304b: Обеспечение безопасности литий-ионных батарей)

Простые рекомендации по использованию бытовых первичных батарей

• Поддерживайте чистоту контактов батареи. Конфигурация с четырьмя ячейками имеет восемь контактов, и каждый контакт добавляет сопротивление (ячейка к держателю и держатель к следующей ячейке).
• Никогда не смешивайте батарейки; заменить все клетки, когда слабые. Общая производительность соответствует самому слабому звену в цепи.
• Соблюдайте полярность. Перевернутая ячейка вычитает, а не добавляет к напряжению ячейки.
• Извлекайте батареи из оборудования, когда оно больше не используется, чтобы предотвратить утечку и коррозию.