Последовательное и параллельное соединение источников питания |

Источник питания – это специальное устройство, которое может генерировать ЭДС. К источникам питания постоянного тока можно отнести аккумуляторы, батарейки, различные генераторы постоянного тока (лабораторный блок питания), элементы Пельтье и тд. То есть это все те устройства, которые создают ЭДС.

Небольшое введение

Давайте рассмотрим водобашню, в которой есть автоматическая подача воды. То есть сколько бы мы не потребляли воды из башни, ее уровень воды будет неизменным.

Схематически это будет выглядеть вот так:

Башню с автоматической подачей воды можно считать источником питания. В химических же источниках питания происходит разряд, что ведет к тому, что уровень напряжения понижается при длительной работе. А что такое напряжение по аналогии с гидравликой? Это тот же самый уровень воды)

Давайте отпилим у водобашни верхнюю часть для наглядности. У нас получится цилиндр, который заполнен водой. Возьмем за точку отсчета уровень земли. Пусть он у нас будет равняться нулю.

Теперь вопрос на засыпку. В каком случае давление на дно будет больше? Когда в башне немного воды

либо когда башня полностью залита водой так, что даже вода выходит за ее края

Разумеется, когда башня наполнена только наполовину водой, на дне башни давление меньше, чем тогда, когда в башне воды под завязку.

Думаю, не надо объяснять, что если в башне вообще нет воды, то никакого давления на дне башни не будет.

 

По тому же самому принципу работает батарейка или аккумулятор

На электрических схемах ее обозначение выглядит примерно вот так:

Также, чтобы получить необходимое напряжение, одноэлементные источники питания соединяют последовательно. На схеме это выглядит вот так:

Любой аккумулятор или источник постоянного тока имеет два полюса: “плюс” и “минус”. Минус – это уровень земли, как в нашем примере с водобашней, а плюс – это напряжение, по аналогии с гидравликой это и будет тот самый уровень воды.

Последовательное соединение

Теперь давайте представим вот такую ситуацию. Что будет, если в нашей обрезанной водобашне полной воды добавим еще одну такую же сверху полную воды? Схематически это будет выглядеть примерно вот так:

Как вы думаете, уменьшится давление на землю, или увеличится? Понятное дело, что увеличится! Да еще и ровно в два раза! Почему так произошло? Уровень воды стал выше, следовательно, давление на дно увеличилось.

Если “минус” одной батарейки соединить с “плюсом” другой батарейки, то их общее напряжение суммируется.

Полностью заряженная батарейка будет выглядеть как башня, полностью залитая водой с учетом того, что работает насос автоматической подачи воды. По аналогии, насос – это ЭДС.

Наполовину разряженная батарейка будет уже выглядеть примерно вот так:

Можно сказать, насос уже не справляется.

Батарейка посаженная в “ноль” будет выглядеть вот так:

Насос автоматической подачи воды сломался.

Естественно, что если вы соедините полностью заряженную и наполовину дохлую батарейку последовательно, то их общее напряжение будет выглядеть примерно вот так:

Давайте все это продемонстрируем на практике. Итак, у нас есть 2 литий-ионных аккумулятора. Я их пометил цифрами 1 и 2. С плюса каждого аккумулятора я вывел красный провод, а с минуса – черный.

Давайте замеряем напряжение аккумулятора под №1 с помощью мультиметра. Как это сделать, я еще писал в статье Как измерить ток и напряжение мультиметром.

На первом аккумуляторе у нас напряжение 3,66 Вольт. Это типичное значение литий-ионного аккумулятора.

Таким же способом замеряем напряжение на аккумуляторе №2

О, как совпало). Те же самые 3,66 Вольт.

Для того, чтобы соединить последовательно эти аккумуляторы, нам надо сделать что-то подобное:

Также как и в башнях, нам надо соединить основание одной башни с верхушкой другой башни. В источниках питания, типа аккумуляторов или батареек, нам надо соединить минус одной батарейки с плюсом другой. Так мы и сделаем. Соединяем плюс одной батарейки с минусом другой и получаем… сумму напряжений каждой батарейки! Как вы помните, на первой батарейке у нас было напряжение 3,66 В, на второй тоже 3,66 В. 3,66+3,6=7,32 В.

Мультиметр показывает 7,33 В. 0,01В спишем на погрешность измерений.

Это свойство прокатывает не только с двумя аккумуляторами, но также с их бесконечным множеством. Думаю, не стоит говорить, что если выставить в ряд штук 100 таких аккумуляторов, соединить последовательно и коснуться крайних полюсов голыми руками, то все это может завершиться даже летальным исходом.

Параллельное соединение

Но что будет, если источники питания соединить параллельно? Давайте же рассмотрим это с точки зрения той же самой гидравлики. Имеем те же самые башни, в которых воды до самых краев:

Нет, здесь мы не будет извращаться. Мы просто соединим наши башни у самого основания трубой:

Давление на дно у каждой башни изменится? Думаю, нет. Оно останется таким же, как в одной из башен. А что поменялось? Поменялся просто объем воды. Ее стало в 2 раза больше.

Но вы можете сказать, что в первом случае у нас тоже воды стало в 2 раза больше!

Да, все оно так, но здесь важное значение имеет именно то, что давление на дно башни изменилось и стало также в два раза больше. Если сделать врезку одинакового диаметра прямо у подножия водобашни, то  в случае, когда водобашни стоят одна на другой сила потока воды будет в два раза быстрее, чем если бы мы делали точно такую же врезку на картинке, где мы соединяли водобашни трубой. Более подробно эту мысль я еще озвучивал в статье про Закон Ома.

Если всю эту мысль спроецировать на наши источники питания, то получается, что при последовательном соединении у нас суммировалась напряжение, а при параллельном должна суммироваться сила тока. Но это не значит, что нагрузка, которая кушала, к примеру, 1 Ампер, после того, как мы ее цепанем к двум параллельным источникам питания, будет кушать 2 Ампера.

При параллельном соединении у нас напряжение остается таким же, а вот емкость батарей увеличивается. Но нагрузка все равно будет кушать тот же самый 1 Ампер, иначе бы все это противоречило закону Ома.

Настало время все это рассмотреть на реальном примере. Итак, замеры мы уже делали. Осталось соединить два источника питания параллельно, в нашем случае это аккумуляторы li-ion:

Как вы видите, напряжение не изменилось.

При параллельном соединении источников питания должно соблюдаться условие, что на них должно быть одинаковое напряжение.

Вот сами подумайте, что может произойти, если одна из башен будет пустая?

Думаю, нетрудно догадаться, что вода из одной башни будет перетекать в другую башню, пока их уровень не выровняется (закон сообщающихся сосудов), если у одной башни сломался насос и она пустая.

То же самое и с источниками питания. Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно. Это чревато тем, что вы убьете здоровые аккумуляторы, а дохлые так и останутся дохлыми или чуток зарядятся. Если разница между напряжениями аккумулятора большая, то в такой цепи может течь бешеная сила тока, которая вызовет нагрев и даже возгорание аккумуляторов.

[stextbox id=’warning’]

Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно

[/stextbox]

Последовательно-параллельное соединение

А кто вам мешает соединять аккумуляторы или батарейки сразу и последовательно и параллельно? Но разве так можно? Можно). На примере с водобашнями это может выглядеть вот так:

Здесь мы видим две башни, каждая из которых состоит их двух башенок, и эти две большие башни соединены с помощью трубы.

Очень часто последовательно-параллельное соединение используется в электротранспорте. Недавно я делал батарею для своего электровелосипеда из li-ion аккумуляторов 18650. Для моего электробайка требовалось напряжение в 36 Вольт. Итак, теперь включаем логику. Один аккумулятор выдает 3,6 Вольт. Чтобы получить 36 Вольт, мне надо соединить 10 аккумуляторов последовательно.

Чтобы было проще для понимания, я их нарисую не по ГОСТу:

Ура! Я получил 36 Вольт для своего электровелосипеда. Но вот проблема в том, что один такой аккумулятор может отдать в нагрузку силу тока 2800 миллиАмпер в течение 1 часа или 2,8 Ампер в течение 1 часа. Такой параметр указывается на аккумуляторах как mAh. Об этом я подробно писал в этой статье “Как измерить ток и напряжение мультиметром“.

То, что я все аккумуляторы соединил последовательно, не означает, что их емкость возросла в 10 раз. В 10 раз возросло только напряжение, так как я их соединил последовательно. То есть общая сумма получилась 36 Вольт и все те же самые 2800 mAh как и у одного аккумулятора.

Поэтому, чтобы увеличить емкость, я должен в параллель этой ветви соединить точно такую же ветвь из аккумуляторов, иначе мой электровелосипед не проедет и пару тройку километров. Я ведь хочу кататься весь день!

Сказано – сделано. Цепляем еще одну ветвь в 36 Вольт. Вы ведь не забыли правило, что при параллельном соединении у нас напряжение должно быть одинаково? В результате мы получаем что-то типа этого:

Итого, мы получили те же самые пресловутые 36 Вольт, но вот емкость увеличилась в два раза. 2800 mAh +2800 mAh = 5600 mAh. Ну вот, с такой батареей можно проехать уже чуть дальше. Но мне этого тоже показалось мало, поэтому я добавил еще 2 ветви. В результате моя самопальная батарея для электровелосипеда схематически, по идее, должна выглядеть вот так:

Пару слов о BMS (Battery Management System)

Дело в том, что для того, чтобы управлять зарядом, предохранять от короткого замыкания и управлять силой выдаваемого тока к такой батарее надо приделать плату BMS (Battery Managment System). Самые простые выглядят вот так:

 

Чуть получше и дороже:

10S 36V на BMS говорит нам о том, что эта BMS рассчитана для 10 аккумуляторов, включенных последовательно. Если на каждом аккумуляторе будет по 3,6 В, следовательно, 10х3,6=36 Вольт что и написано на самой BMS.

Discharge current  – ток разрядки, то есть максимальный выдаваемый ток

Charge current – ток зарядки, то есть максимальный ток заряда

Внутри такой платы имеется все, чтобы полностью управлять состоянием батареи.

Схемы подключения таких BMS выглядят примерно вот так:

Как вы видите, у нас BMS вроде как должна заряжать только 10 банок в ряд. Но в нашей самопальной батарее их 40. Что же делать? Почему бы вместо одной банки не поставить в параллель 4 банки и не обмануть BMS?

Получается, схема с BMS 10s4p под плату с BMS будет выглядеть вот так:

В сообществе электронщиков и самоделкиных такая батарея называется 10S4P. Расшифровывается очень просто:

S – serial – с англ.  – последовательный.

P – parallel – параллельный.

В нашем случае 10 аккумуляторов последовательно и 4 в параллель – 10S4P. Все до боли просто)

А вот выглядит моя самопальная батарея для электровелосипеда пока что без модуля BMS.

Резюме

Последовательное соединение источников питания увеличивает напряжение.

Параллельное соединение увеличивает емкость, а следовательно такая батарея уже может выдавать бОльшую силу тока в нагрузку.

Последовательно-параллельное соединение увеличивает как напряжение, так и силу тока.

Соединения проводников — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: параллельное и последовательное соединение проводников, смешанное соединение проводников.

Есть два основных способа соединения проводников друг с другом — это последовательное и параллельное соединения. Различные комбинации последовательного и параллельного соединений приводят к смешанному соединению проводников.

Мы будем изучать свойства этих соединений, но сначала нам понадобится некоторая вводная информация.

Проводник, обладающий сопротивлением , мы называем резистором и изображаем следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Резистор

Напряжение на резисторе — это разность потенциалов стационарного электрического поля между концами резистора. Между какими именно концами? В общем-то, это неважно, но обычно удобно согласовывать разность потенциалов с направлением тока.

Ток в цепи течёт от «плюса» источника к «минусу». В этом направлении потенциал стационарного поля убывает. Напомним ещё раз, почему это так.

Пусть положительный заряд перемещается по цепи из точки в точку , проходя через резистор (рис. 2):

Рис. 2.

Стационарное поле совершает при этом положительную работу .

Так как и , то и , т. е. .

Поэтому напряжение на резисторе мы вычисляем как разность потенциалов в направлении тока: .

Сопротивление подводящих проводов обычно пренебрежимо мало; на электрических схемах оно считается равным нулю. Из закона Ома следует тогда, что потенциал не меняется вдоль провода: ведь если и , то . (рис. 3):

Рис. 3.

Таким образом, при рассмотрении электрических цепей мы пользуемся идеализацией, которая сильно упрощает их изучение. А именно, мы считаем, что потенциал стационарного поля изменяется лишь при переходе через отдельные элементы цепи, а вдоль каждого соединительного провода остаётся неизменным. В реальных цепях потенциал монотонно убывает при движении от положительной клеммы источника к отрицательной.

Последовательное соединение

При последовательном соединении проводников конец каждого проводника соединяется с началом следующего за ним проводника.

Рассмотрим два резистора и , соединённых последовательно и подключённых к источнику постоянного напряжения (рис. 4). Напомним, что положительная клемма источника обозначается более длинной чертой, так что ток в данной схеме течёт по часовой стрелке.

Рис. 4. Последовательное соединение

Сформулируем основные свойства последовательного соединения и проиллюстрируем их на этом простом примере.

1. При последовательном соединении проводников сила тока в них одинакова.
В самом деле, через любое поперечное сечение любого проводника за одну секунду будет проходить один и тот же заряд. Ведь заряды нигде не накапливаются, из цепи наружу не уходят и не поступают в цепь извне.

2. Напряжение на участке, состоящем из последовательно соединённых проводников, равно сумме напряжений на каждом проводнике.

Действительно, напряжение на участке — это работа поля по переносу единичного заряда из точки в точку ; напряжение на участке — это работа поля по переносу единичного заряда из точки в точку . Складываясь, эти две работы дадут работу поля по переносу единичного заряда из точки в точку , то есть напряжение на всём участке:

Можно и более формально, без всяких словесных объяснений:

3. Сопротивление участка, состоящего из последовательно соединённых проводников, равно сумме сопротивлений каждого проводника.

Пусть — сопротивление участка . По закону Ома имеем:

что и требовалось.

Можно дать интуитивно понятное объяснение правила сложения сопротивлений на одном частном примере. Пусть последовательно соединены два проводника из одинакового вещества и с одинаковой площадью поперечного сечения , но с разными длинами и .

Сопротивления проводников равны:

Эти два проводника образуют единый проводник длиной и сопротивлением

Но это, повторяем, лишь частный пример. Сопротивления будут складываться и в самом общем случае — если различны также вещества проводников и их поперечные сечения.
Доказательство этого даётся с помощью закона Ома, как показано выше.
Наши доказательства свойств последовательного соединения, приведённые для двух проводников, переносятся без существенных изменений на случай произвольного числа проводников.

Параллельное соединение

При параллельном соединении проводников их начала подсоединяются к одной точке цепи, а концы — к другой точке.

Снова рассматриваем два резистора, на сей раз соединённые параллельно (рис. 5).

Рис. 5. Параллельное соединение

Резисторы подсоединены к двум точкам: и . Эти точки называются узлами или точками разветвления цепи. Параллельные участки называются также ветвями; участок от к (по направлению тока) называется неразветвлённой частью цепи.

Теперь сформулируем свойства параллельного соединения и докажем их для изображённого выше случая двух резисторов.

1. Напряжение на каждой ветви одинаково и равно напряжению на неразветвлённой части цепи.
В самом деле, оба напряжения и на резисторах и равны разности потенциалов между точками подключения:

Этот факт служит наиболее отчётливым проявлением потенциальности стационарного электрического поля движущихся зарядов.

2. Сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в каждой ветви.
Пусть, например, в точку за время из неразветвлённого участка поступает заряд . За это же время из точки к резистору уходит заряд , а к резистору — заряд .

Ясно, что . В противном случае в точке накапливался бы заряд, меняя потенциал данной точки, что невозможно (ведь ток постоянный, поле движущихся зарядов стационарно, и потенциал каждой точки цепи не меняется со временем). Тогда имеем:

что и требовалось.

3. Величина, обратная сопротивлению участка параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям ветвей.
Пусть — сопротивление разветвлённого участка . Напряжение на участке равно ; ток, текущий через этот участок, равен . Поэтому:

Сокращая на , получим:

(1)

что и требовалось.

Как и в случае последовательного соединения, можно дать объяснение данного правила на частном примере, не обращаясь к закону Ома.
Пусть параллельно соединены проводники из одного вещества с одинаковыми длинами , но разными поперечными сечениями и . Тогда это соединение можно рассматривать как проводник той же длины , но с площадью сечения . Имеем:

Приведённые доказательства свойств параллельного соединения без существенных изменений переносятся на случай любого числа проводников.

Из соотношения (1) можно найти :

(2)

К сожалению, в общем случае параллельно соединённых проводников компактного аналога формулы (2) не получается, и приходится довольствоваться соотношением

(3)

Тем не менее, один полезный вывод из формулы (3) сделать можно. Именно, пусть сопротивления всех резисторов одинаковы и равны . Тогда:

откуда

Мы видим, что сопротивление участка из параллельно соединённых одинаковых проводников в раз меньше сопротивления одного проводника.

Смешанное соединение

Смешанное сединение проводников, как следует из названия, может являться совокупностью любых комбинаций последовательного и параллельного соединений, причём в состав этих соединений могут входить как отдельные резисторы, так и более сложные составные участки.

Расчёт смешанного соединения опирается на уже известные свойства последовательного и параллельного соединений. Ничего нового тут уже нет: нужно только аккуратно расчленить данную схему на более простые участки, соединённые последовательно или параллельно.

Рассмотрим пример смешанного соединения проводников (рис. 6).

Рис. 6. Смешанное соединение

Пусть В, Ом, Ом, Ом, Ом, Ом. Найдём силу тока в цепи и в каждом из резисторов.

Наша цепь состоит из двух последовательно соединённых участков и . Сопротивление участка :

Ом.

Участок является параллельным соединением: два последовательно включённых резистора и подключены параллельно к резистору . Тогда:

Ом.

Сопротивление цепи:

Ом.

Теперь находим силу тока в цепи:

A.

Для нахождения тока в каждом резисторе вычислим напряжения на обоих участках:

B;

B.

(Заметим попутно, что сумма этих напряжений равна В, т. е. напряжению в цепи, как и должно быть при последовательном соединении.)

Оба резистора и находятся под напряжением , поэтому:

A;

A.

(В сумме имеем А, как и должно быть при параллельном соединении.)

Сила тока в резисторах и одинакова, так как они соединены последовательно:

А.

Стало быть, через резистор течёт ток A.

Последовательное и параллельное соединение проводников

1.	Закономерности физических величин	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Проверка знания закономерностей между физическими величинами при различных видах соединения проводников.
2.	Соединение потребителей в быту	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Проверяются знания о соединении потребителей в быту.
3.	Напряжение на резисторах при параллельном соединении	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Требуется сделать вывод о величине напряжения на резисторе с учётом его подключения.
4.	Сопротивление ступенчатого реостата	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Использование формулы для нахождения сопротивления проводников при последовательном соединении и нахождение сопротивления включённой части ступенчатого реостата.
5.	Расчёт количества потребителей при параллельном соединении	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Требуется рассчитать количество потребителей при их параллельном соединении.
6.	Расчёт количества потребителей при последовательном соединении	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Требуется рассчитать количество потребителей при их последовательном соединении.
7.	Последовательное соединение двух проводников (вычисление величин)	2 вид — интерпретация	среднее	6 Б.	Учащиеся вычисляют силу тока, напряжение и сопротивление последовательно соединённых проводников.
8.	Параллельное соединение двух проводников	2 вид — интерпретация	среднее	6 Б.	Учащиеся вычисляют силу тока, напряжение и сопротивление параллельно соединённых проводников.
9.	Последовательное соединение трёх проводников 1	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся вычисляют силу тока, напряжение и сопротивление последовательно соединённых проводников.
10.	Последовательное соединение трёх проводников 2	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся вычисляют силу тока, напряжение и сопротивление последовательно соединённых проводников.
11.	Последовательное соединение трёх проводников 3	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся вычисляют силу тока, напряжение и сопротивление последовательно соединённых проводников.
12.	Напряжение на резисторах при последовательном соединении	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Учащиеся делают вывод о величине напряжения на резисторе с учётом его подключения.
13.	Параллельное соединение трёх проводников 1	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся находят силу тока, напряжение и сопротивление параллельно соединённых проводников.
14.	Параллельное соединение трёх проводников 2	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся находят силу тока, напряжение и сопротивление параллельно соединённых проводников.
15.	Параллельное соединение трёх проводников 3	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся находят силу тока, напряжение и сопротивление параллельно соединенных проводников.
16.	Параллельное соединение трёх проводников 4	2 вид — интерпретация	среднее	8 Б.	Учащиеся находят силу тока, напряжение и сопротивление параллельно соединённых проводников.
17.	Сравнение сопротивлений проводников, соединённых последовательно	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Учащиеся сравнивают сопротивление проводников, соединённых последовательно, используя диаграмму напряжений.
18.	Сравнение физических величин при параллельном соединении проводников	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Требуется сравнить силу тока и напряжение на параллельно соединённых потребителях.
19.	Сравнение физических величин при последовательном соединении проводников	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Требуется сравнить силу тока и напряжение на последовательно соединённых потребителях.
20.	Сопротивление второго проводника	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Проверяется умение читать круговую диаграмму и использовать её для нахождения сопротивления проводника.
21.	Последовательное соединение двух проводников	2 вид — интерпретация	среднее	6 Б.	Учащиеся находят силу тока, напряжение и сопротивление последовательно соединённых проводников.
22.	Последовательное соединение	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Определение диапазона сопротивления, если в цепи имеется реостат.
23.	Электрические цепи	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Расчёт общей силы тока в цепи (последовательное или параллельное соединение).
24.	Электрические цепи	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Расчёт падения напряжения на каждом проводнике, если дано общее напряжение.
25.	Параллельное соединение	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Вычисление общей силы тока в цепи.
26.	Электрические цепи	2 вид — интерпретация	среднее	2 Б.	Расчёт общего сопротивления при смешанном подключении.
27.	Параллельное соединение	2 вид — интерпретация	среднее	1 Б.	Расчёт общего сопротивления, если сопротивление всех потребителей одинаково.
28.	Вычисление силы тока в смешанном соединении	3 вид — анализ	сложное	1 Б.	Учащиеся вычисляют силу тока в цепи со смешанным соединением проводников.

Параллельные и последовательные соединения

   Прежде чем приступить к созданию аккумулятора, важно разобраться, в чем разница между параллельным и последовательным подключением, в противном случае вы можете оказаться в опасной ситуации – произойдет короткое замыкание аккумуляторных элементов и, возможно, возгорание.

   Не волнуйтесь, параллельные и последовательные соединения очень просты для понимания. Когда вы узнаете, как они работают, вы точно сможете избежать опасных сценариев и безопасно построить свой аккумулятор.

 

Параллельные соединения

   Начнем с параллельных соединений. Параллельное соединение между элементами батареи представляет собой соединение, в котором все положительные клеммы ячеек соединены вместе, и все отрицательные клеммы также соединены вместе, но отдельно от положительных.

   На приведенном выше рисунке,  показаны одна, две и три ячейки, соединенные параллельно. Теоретически, вы можете соединить бесконечное количество ячеек параллельно, просто выстроив их в ряд и соединив все положительные, а затем и все отрицательные клеммы вместе.

   При параллельном соединении элементов батареи вы увеличиваете их емкость. По сути, вы создаете один большой аккумулятор из нескольких меньших. Общая емкость объединенных ячеек равна количеству параллельно соединенных ячеек, умноженному на емкость каждой ячейки. Например, если вы используете ячейки 3,5Ач (3500мАч) и параллельно соединяете две ячейки, вы создали одну ячейку 7Ач. Если бы вы сделали то же самое с тремя ячейками, вы бы создали ячейку 10,5Ач. Это показано на рисунке ниже.

   Итак, теперь вы понимаете, как работают параллельные соединения и как с их помощью можно создать более крупные аккумуляторные батареи с большей емкостью. Такие крупные батареи часто называют параллельными модулями или параллельными группами (иногда просто «модулями», «параллелями» для краткости).

   Международное обозначение «Р» (Parallel).

   Другое дополнительное преимущество создания параллельных групп, заключается в том, что они могут поддерживать больший ток, чем отдельные ячейки, из которых они собраны. Допустим, что ячейки, которые мы подключаем параллельно, могут поддерживать по 5 А. Это означает, что одна ячейка может питать нагрузку только в 5 А, иначе она может перегреться. Если у нас есть две ячейки, соединенные параллельно, мы можем удвоить текущую пропускную способность ячеек. Создав этот двухэлементный модуль, мы теперь можем питать нагрузку 10 А. Если мы объединяем три ячейки параллельно, этот трехэлементный модуль может поддерживать нагрузку 15 А и так далее.

   Именно так вы можете создавать аккумуляторы большей мощности, просто добавляя больше элементов параллельно. Даже «слабые» элементы, подключенные параллельно, могут питать мощную нагрузку. 

 

Последовательные соединения

   Теперь пришло время поговорить о последовательных соединениях. Последовательные соединения, по сути, являются противоположностью параллельных. При последовательном соединении вы соединяете положительную клемму одной ячейки с отрицательной клеммой следующей ячейки. Можно провести аналогию с расположением батареек в обычном фонарике — они выстраиваются в линию, и положительный конец одной батарейки, прижимается к отрицательному концу другой.

    При использовании наборов E-WOLF, вы не можете расположить батарейки в горизонтально, как на картинке выше. Вместо этого вы будете использовать шины для создания такого же электрического соединения, но уже в другой физической ориентации. Таким образом, клетки будут размещены вертикально, но это будет то же самое, если говорить на языке электрика.

   На рисунке ниже показано, как можно создать последовательное соединение между тремя батарейками, используя крышки E-WOLF.

    Это соединение может быть продлено, теоретически до бесконечности, для создания длинных последовательных соединений. Рисунок ниже показывает восемь ячеек, соединенных последовательно.

  Обратите внимание, что на схеме ниже, каждая шина, выполняющая последовательное соединение, чередуется. Например, верх первых двух ячеек соединен, но днища тех же первых двух ячеек не соединены. Для каждой шины, выполняющей последовательное соединение в верхней части ячеек, одно и то же местоположение не подключается в нижней части ячеек, и наоборот. Это чрезвычайно важно. Если бы вы соединяли верхнюю и нижнюю части ячеек, произошло бы короткое замыкание.

   ВАЖНО: помните, параллельные ячейки соединены как сверху, так и снизу ячеек, только потому, что они обращены в одну сторону. Когда ячейки обращены в разные стороны (при последовательном соединении), вы должны быть осторожны, чтобы не соединить верх и низ одинаковых ячеек. Вы сразу поймете, что совершили эту ошибку, ведь шины будут создавать искры, когда они касаются клемм ячейки.

  Последовательные соединения не изменяют емкость ячеек, измеряемых в ампер-часах, как это делают параллельные соединения. Вместо этого последовательные соединения изменяют напряжение комбинированных ячеек.

Международное обозначение «S» (Series).

   Например, в нашем примере  у нас есть группа из 3 ячеек. Если каждая из них имеет номинальное напряжение 3,7 В, то мы просто сложим напряжения всех ячеек последовательно. Для нашего модуля это даст нам 3,7 В + 3,7 В + 3,7 В = 11,1 В. В качестве альтернативы, вы можете умножить количество последовательно соединенных ячеек на напряжение каждой ячейки. Так для модуля с 8 ячейками 29,6 В напряжения.

  Даже если общее напряжение изменяется при последовательном подключении, емкость в ампер-часах останется неизменной. Следовательно, в итоге аккумулятор из 3 ячеек дает 11,1 В на 3,5 Ач.

 

Комбинирование параллельных и последовательных соединений

   Чтобы собрать аккумулятор, почти наверняка придётся сочетать как параллельные, так и последовательные соединения. Параллельные соединения увеличат емкость батарейного блока, а последовательные соединения увеличат напряжение. Контролируя количество ячеек подключенных последовательно и параллельно, вы можете получить характеристики для удовлетворения всех ваших потребностей.

   Предположим, что мы хотим построить аккумулятор на 36 В 10 Ач. Начнем с емкости. Чтобы достичь 10 Ач, нам понадобится соединить несколько ячеек параллельно. Если у нас есть ячейки 2 Ач, то нам понадобится пять ячеек, если у нас есть ячейки по 2,5 Ач — четыре ячейки. Далее рассмотрим напряжение. Если нам нужно достичь напряжения в 36 В, то соединив десять ячеек по 3,7 В последовательно,  получим 37 В.

   Существует несколько способов создания аккумулятора, подобного этому, но общий метод состоит в том, чтобы сначала создать 10 параллельных групп по три ячейки в каждой, а затем соединить их вместе последовательно (Международное обозначение этой сборки 3p10s). Тем не менее, с помощью набора E-WOLF мы могли бы соединить все 30 крышек для каждой стороны, затем поместить в них ячейки и прижать обе стороны крышек вместе. Тогда нужно использовать наши шины для последовательного и параллельного подключения.