Можно ли соединять аккумуляторы разной ёмкости: параллельно, последовательно, свинец и LiFePO4

Последовательно аккумуляторы разной ёмкости соединять нельзя: общая ёмкость цепочки равна ёмкости самого слабого звена, а меньший аккумулятор в каждом цикле перезаряжается и переразряжается. Параллельно можно соединять аккумуляторы одного напряжения и одной химии, ёмкости при этом складываются (100 А·ч и 60 А·ч дают 160 А·ч), но токи делятся неравномерно, и меньший или более старый аккумулятор изнашивается быстрее. Свинец с LiFePO4 не соединяют вообще, а литиевые модули с BMS — только если это прямо разрешает изготовитель.

Ниже — что именно происходит в каждой схеме, с расчётом, и что делать, если разные аккумуляторы уже есть и выбрасывать их жалко. Основы самих схем (где плюс, где минус, как получить 24 В из двух 12-вольтовых) мы не повторяем — они разобраны в статье о последовательном, параллельном и смешанном соединении аккумуляторов.

Что меняется при разной ёмкости: коротко по схемам

Ёмкость в ампер-часах показывает, сколько заряда аккумулятор отдаёт до отсечки по напряжению. У двух разных аккумуляторов запас заряда разный, но через них в цепочке течёт один и тот же ток (при последовательной схеме) или токи делятся по их сопротивлению (при параллельной). От этого и зависят все последствия.

Схема	Можно ли	Что произойдёт	Как сделать правильно
Последовательно, 100 и 60 А·ч	Нельзя	Рабочая ёмкость — 60 А·ч. Меньший аккумулятор первым достигает полного заряда и первым разряжается до нуля, при этом его продолжают заряжать и разряжать вместе с большим	Брать в цепочку аккумуляторы одной ёмкости, одной марки и одной партии
Параллельно, свинец, 100 и 60 А·ч, оба новые	Технически можно	Ёмкость складывается до 160 А·ч, токи делятся по внутреннему сопротивлению, меньший работает с повышенной нагрузкой относительно своей ёмкости	Одинаковые кабели равной длины, предохранитель на каждую ветвь, контроль напряжения каждого аккумулятора
Параллельно, свинец, один новый и один старый	Нежелательно	Новый «тянет» на себя нагрузку и быстрее стареет, старый тормозит всю сборку и греется при заряде	Заменять группу целиком
Параллельно, LiFePO4 разной ёмкости с BMS	Только с разрешения изготовителя	Каждая BMS видит свой модуль, но общий заряд и отсечки согласуются плохо, если модули не связаны общей шиной связи	Читать руководство на конкретную модель, брать модули одной линейки
LiFePO4 вместе со свинцом	Нельзя	Разные кривые напряжения и разные режимы заряда: один из аккумуляторов всегда заряжается или разряжается неправильно	Заменить свинцовую группу литиевой целиком вместе с настройками инвертора

Последовательное соединение: ёмкость определяет слабое звено

Возьмём два 12-вольтовых аккумулятора 100 А·ч и 60 А·ч и соберём из них систему на 24 В. Ток в такой цепочке один для обоих. Расчёт простой:

• наивный подсчёт «в среднем 80 А·ч» неверен: цепочка 24 В отдаёт заряд, пока в самом маленьком аккумуляторе он не закончился;
• реальная ёмкость цепочки — 60 А·ч, то есть 24 В × 60 А·ч = 1 440 Вт·ч ≈ 1,4 кВт·ч, а не 24 В × 80 А·ч = 1,9 кВт·ч;
• оставшиеся 40 А·ч большого аккумулятора в работе не участвуют, он весь срок службы заряжается и разряжается неглубоко.

Хуже другое. В конце разряда меньший аккумулятор уходит в глубокий разряд, а инвертор или контроллер видят только общее напряжение 24 В и этого не замечают. При заряде всё наоборот: когда меньший уже полон, большой ещё недозаряжен, но общее напряжение достигло уставки, и заряд прекращается. Большой аккумулятор хронически недозаряжен, малый регулярно перезаряжается или переразряжается. Для свинца это означает сульфатацию, для литиевых ячеек без балансировки — разбег по напряжению. Поэтому правило одно: в последовательной цепочке должны быть одинаковые аккумуляторы. Пример сборки на 24 В из четырёх одинаковых — в статье о схеме соединения четырёх аккумуляторов на 24 В.

Параллельное соединение: ёмкости складываются, токи делятся неровно

При параллельном соединении напряжение остаётся прежним, а ёмкость складывается. Те же два 12-вольтовых аккумулятора, 100 и 60 А·ч, дают 160 А·ч при 12 В: 160 А·ч × 12 В = 1 920 Вт·ч ≈ 1,9 кВт·ч. На бумаге всё сходится, сложности начинаются с токов.

Ток нагрузки делится между ветвями обратно пропорционально их сопротивлению (внутреннему сопротивлению аккумулятора плюс сопротивлению кабелей и контактов). Условный пример: внутреннее сопротивление большого аккумулятора 8 мОм, малого — 12 мОм (цифры условные, реальные значения указаны в паспорте или измеряются). При суммарном токе нагрузки 50 А:

• доля большого: 12 / (8 + 12) = 0,6, то есть около 30 А;
• доля малого: 8 / (8 + 12) = 0,4, то есть около 20 А;
• относительно ёмкости это 30 / 100 = 0,30 С для большого и 20 / 60 ≈ 0,33 С для малого.

В этом примере разница небольшая, потому что сопротивление малого аккумулятора выше, как и бывает у аккумуляторов меньшей ёмкости. Проблемы начинаются, когда сопротивления расходятся иначе: малый аккумулятор моложе и «звонче», а большой старше и просел. Тогда новый и меньший берёт на себя львиную долю тока и работает с нагрузкой в десятках процентов от своей ёмкости. Любая разница в кабелях тоже перераспределяет токи, поэтому ветви должны иметь равную длину и сечение.

Ещё одно следствие: если напряжения аккумуляторов до соединения заметно отличались, в момент подключения пойдёт ток, ограниченный только сопротивлением цепи. Поэтому перед подключением в параллель напряжения аккумуляторов нужно уравнять по мультиметру и на каждую ветвь поставить предохранитель. Работы с мощными аккумуляторными батареями выполняет подготовленный электрик или установщик: короткое замыкание на клеммах — это ожоги и пожар.

Свинцовые аккумуляторы: возраст важнее ёмкости

Для свинца разница в ёмкости при параллельной схеме — не самая большая проблема. Важнее, чтобы аккумуляторы были одной химии и одного типа (не смешивать AGM, гелевые и обычные кислотные), одного возраста и с одинаковой историей. Старый аккумулятор с выросшим сопротивлением в паре с новым даёт два плохих эффекта: новый принимает больший ток и стареет быстрее, а старый при заряде греется.

Добавлять новый аккумулятор к старой группе нежелательно. Эту тему мы разбирали в статье про параллельное соединение АКБ из разных партий.

LiFePO4 с BMS: что говорит руководство

У литиевых батарей картина другая. Каждый модуль содержит собственную систему управления (BMS), которая следит за напряжениями ячеек, током и температурой и может отключить батарею. При параллельной работе нескольких модулей возникают три вопроса: как делится ток, как считается общий уровень заряда и что видит инвертор.

• Деление тока. У лития малое внутреннее сопротивление и плоская кривая напряжения, поэтому небольшая разница в контактах сильно меняет распределение тока.
• Уровень заряда (SOC). Если модули связаны по шине, одна BMS работает «главной» и передаёт инвертору обобщённые данные. Если нет — инвертор видит данные одного модуля.
• Отсечки. Одна BMS может отключиться по перегрузке раньше других, и весь ток ляжет на оставшиеся.

Поэтому ответ производителя важнее общих рассуждений. В руководстве на конкретную линейку написано, можно ли ставить рядом модули разной ёмкости, сколько модулей допустимо в параллели и как их соединять. Если написано «только одинаковые модули одной серии» — это нужно выполнять, а не пытаться обойти. Если разрешены разные ёмкости внутри одной линейки — всё равно соблюдайте порядок включения и адресацию модулей, описанные в руководстве. Литиевые модули разных производителей без согласованного протокола связи в одну параллель собирать не следует.

Домашние модули 5 и 16 кВт·ч в одной стойке

Можно ли добавить к стоящему модулю на 5 кВт·ч второй на 16 кВт·ч? Если это модули одной серии одного изготовителя с общей шиной связи, ответ может быть положительным, но с условиями: в руководстве должна быть разрешена разная ёмкость, указано максимальное число модулей и допустимый общий ток разряда (его обычно ограничивает самое слабое звено). Инвертор должен получать данные от одной «главной» батареи, объединяющей все модули.

Если модули из разных линеек или поколений, безопаснее считать, что смешивать нельзя. Готовые системы хранения и совместимые комплекты собраны в разделе систем накопления энергии, а ёмкость нужного размера можно прикинуть в калькуляторе накопителя.

Как подключать несколько батарей правильно: шина и предохранители

Если решение о параллели принято, схема подключения должна быть симметричной. Самая частая ошибка — подключать нагрузку к клеммам первой батареи, а вторую «цеплять» рядом: тогда первая работает под полным током и перегружается. Как выглядит диагональное подключение и общая шина, мы разбирали в статье про параллель нескольких батарей, диагональное подключение и шину. Кратко:

• кабели от каждой батареи до общей шины — одинаковой длины и сечения;
• на каждую ветвь — свой предохранитель или автоматический выключатель, рассчитанный на ток ветви, а не всей сборки;
• перед первым включением напряжения всех батарей сверяют; при заметной разнице меньшую заряжают отдельно;
• контакты затягивают с контролем момента, указанным в паспорте.

Если сомневаетесь в сечении, ориентируйтесь на калькулятор сечения кабеля, а переводить ампер-часы в киловатт-часы поможет статья об амперах, ампер-часах и киловатт-часах.

Если станция уже собрана и сомнения остались, покажите схему установщику: проверка дешевле замены батареи. Подобрать решение можно через заявку на расчёт.

Частые вопросы

Можно ли параллельно подключить аккумуляторы с разной ёмкостью?

Для свинцовых аккумуляторов одного типа, одинакового напряжения и примерно одного возраста — технически можно, ёмкости складываются. Но токи делятся неравномерно, и ресурс обычно оказывается ниже, чем у двух одинаковых. Для литиевых модулей решает руководство изготовителя.

Какая ёмкость получится при последовательном соединении 100 и 60 А·ч?

Рабочая ёмкость цепочки — 60 А·ч, а не среднее 80. Напряжение при этом складывается, поэтому для 24 В получаем около 1,4 кВт·ч, часть большого аккумулятора не используется, а меньший испытывает перегрузки.

Можно ли соединять LiFePO4 и свинцовые аккумуляторы?

Нет. Напряжения заряда и поведение под нагрузкой у них разные, одна из химий всегда окажется в неподходящем режиме. Свинцовую группу меняют на литиевую целиком и перенастраивают инвертор.

Можно ли добавить к литиевой батарее ещё один модуль другой ёмкости?

Только если это прямо разрешено в руководстве на вашу линейку и модули связаны общей шиной связи. Если в руководстве требуются одинаковые модули, то разные ёмкости не подходят, и безопаснее поставить второй модуль той же модели.