Четыре аккумулятора на 24 В: схема соединения, перемычки и подводные камни
Четыре аккумулятора по 12 В соединяют на 24 В так: два соединяют последовательно (плюс одного с минусом другого), получая две одинаковые цепочки по 24 В, а затем эти цепочки соединяют параллельно, плюс с плюсом и минус с минусом. Напряжение остаётся 24 В, а ёмкость удваивается: из четырёх батарей по 100 А·ч получается банк на 24 В и 200 А·ч, то есть 24 × 200 = 4 800 Вт·ч. Главное, чтобы все четыре батареи были одинаковыми по типу, ёмкости, возрасту и производителю.
Что делает последовательное и параллельное соединение
Два правила хватает для любой батареи. При последовательном соединении напряжения складываются, а ёмкость в ампер-часах остаётся такой же, как у одной батареи. При параллельном напряжение остаётся прежним, а ёмкость складывается. Из этого следует таблица для четырёх одинаковых батарей 12 В и 100 А·ч:
| Схема | Напряжение | Ёмкость | Энергия |
|---|---|---|---|
| 4 параллельно (4P) | 12 В | 400 А·ч | 4 800 Вт·ч |
| 2 последовательно × 2 параллельно (2S2P) | 24 В | 200 А·ч | 4 800 Вт·ч |
| 4 последовательно (4S) | 48 В | 100 А·ч | 4 800 Вт·ч |
Энергия во всех трёх вариантах одна и та же, меняется только соотношение напряжения и тока. Выбирает его инвертор: у каждого вход рассчитан на конкретное напряжение, 12, 24 или 48 В, и указано оно в паспорте. Схемы в общем виде разобраны в статье про последовательное, параллельное и смешанное соединение; здесь — конкретный случай четырёх батарей.
Как собрать 2S2P по шагам
- Проверьте, что все четыре батареи заряжены до одного напряжения. Разница в 0,1–0,2 В между батареями уже означает, что их стоит выровнять отдельной зарядкой до соединения.
- Соедините батареи 1 и 2 последовательно: плюс батареи 1 к минусу батареи 2. Получится цепочка А, свободны минус батареи 1 и плюс батареи 2.
- Так же соедините батареи 3 и 4, получится цепочка Б.
- Соедините минусы цепочек А и Б, а затем плюсы цепочек: так цепочки окажутся параллельны.
- Выход на инвертор снимайте с «противоположных» концов: плюс с цепочки А, минус с цепочки Б, то есть по диагонали, а не со стороны одной цепочки.
- Поставьте предохранитель или автомат DC на плюс сразу у батареи.
Диагональный съём нужен затем, чтобы ток разделялся между цепочками поровну. Если подключать нагрузку к концам одной цепочки, ближе к ней окажется более короткий путь с меньшим сопротивлением, она будет нести больше тока и разряжаться и стареть быстрее.
Одинаковые перемычки и их сечение
Все перемычки между батареями должны быть одинаковой длины и сечения, а контакты затянуты с одним и тем же усилием. Разница в сопротивлении даже в десятые доли миллиома приводит к тому, что одна ветвь работает больше другой. Начинать выбор сечения нужно с тока.
Пример: инвертор 3 кВт на 24 В. Ток при полной нагрузке: 3 000 Вт / 24 В = 125 А, и ещё около 10–15 % сверху на потери инвертора, то есть порядка 140 А. Для коротких толстых линий в DC-цепях часто закладывают плотность тока 3–4 А на мм²: 140 / 4 = 35 мм², а с запасом берут 50 мм². Точное значение допустимого тока для вашего кабеля и способа прокладки указано в паспорте кабеля, а напряжение нагрузки на батареях держится стабильнее, если кабель короткий. Хорошее правило: перемычки между батареями — не длиннее 30–50 см.
Если концевые наконечники и крепёж подобраны небрежно, греются именно они. Сведения по обжиму и порядку подключения собраны в статье про силовой кабель, наконечники и предохранитель, а моменты затяжки — в таблице моментов затяжки.
Какие ошибки встречаются чаще всего
- Разные батареи в одной цепочке. Новая рядом со старой, разная ёмкость или разные производители: слабая батарея определяет, когда садится всё, а сильные перезаряжаются. Почему это риск, объяснено в статье про разные партии АКБ в параллели.
- Нет диагонального съёма. Ток течёт неравномерно, и одна цепочка стареет быстрее.
- Нет предохранителя. Короткое замыкание на батареях даёт сотни ампер, а кабель без защиты воспламеняется.
- Слишком много параллельных цепочек. Две цепочки — нормальная практика, три и больше усложняют контроль выравнивания тока; для большой ёмкости лучше взять батареи с большей ёмкостью, а не множить цепочки.
- Неверная полярность на «последнем» соединении. Перед замыканием последней перемычки проверьте напряжение мультиметром: на 24 В оно должно быть около 25–27 В на заряженных свинцовых батареях.
Если батареи литиевые
Свинцовые батареи 12 В соединяются таким образом десятилетиями. С LiFePO4 нужна осторожность: у каждой литиевой батареи есть встроенная плата защиты, и при последовательном соединении они должны быть рассчитаны на такую схему, иначе платы будут отключать батарею независимо друг от друга. Чаще проще и надёжнее взять одну батарею на 24 В нужной ёмкости или современную 51,2 В систему с коммуникацией с инвертором, чем собирать 24 В из четырёх 12-вольтовых LFP. Про 48-вольтовые стойки и их плюсы читайте в статье про HV и LV батареи, а про выравнивание ячеек — в материале про балансировщики. Наши батареи для станций собраны в разделе аккумуляторов.
Почему в станциях редко используют 12 и 24 В
Чем ниже напряжение, тем выше ток при той же мощности: инвертор 5 кВт на 12 В потянет около 420 А, что требует толстых шин и дорогих предохранителей. Поэтому для домашних станций обычно берут 48 В (51,2 В у LFP) с током в четыре раза меньшим, чем при 12 В. Малые системы на 12 и 24 В остаются в кемперах, лодках и небольших автономных установках. Подробно подбор системы для вашей нагрузки разбирается в калькуляторе накопителя.
Как проверить банк после сборки
После соединения проверьте три вещи. Первая: общее напряжение мультиметром на выходных клеммах, для заряженных свинцовых батарей оно около 25–26 В. Вторая: напряжение на каждой батарее отдельно, все четыре должны показывать почти одинаковые значения. Третья: температуру перемычек и клемм под нагрузкой. Через 15–20 минут работы на заметной мощности они не должны быть горячими. Если одна клемма заметно теплее остальных, значит, контакт плохой, и его нужно перетянуть и обжать заново.
В первые недели эксплуатации стоит раз в неделю сверять напряжения на батареях в покое: расхождение больше 0,2–0,3 В говорит о том, что одна из батарей слабее. Тогда разумно заменить комплект, а не только одну батарею.
Частые вопросы
Как подключить 4 аккумулятора на 24 В, если у меня 6-вольтовые?
Четыре батареи по 6 В соединяют четырьмя последовательно и получают 24 В с ёмкостью одной батареи. Параллельных цепочек в этом случае нет.
Можно ли соединять новые и старые батареи?
Нежелательно. Старая батарея ограничивает ёмкость и греется, новая изнашивается быстрее. Меняйте комплект целиком.
Зачем снимать выход по диагонали?
Чтобы пути тока через обе цепочки были одинаковой длины и нагружались одинаково.
Сколько энергии даёт 4 батареи по 100 А·ч?
Около 4 800 Вт·ч по паспорту при любой схеме. Использовать можно примерно половину для свинцовых и 80–90 % для литиевых батарей.