Параллель нескольких батарей: диагональное подключение, равные перемычки и шина — чтобы модули работали поровну

Чтобы несколько батарей 51,2 В в параллель работали поровну, нужно обеспечить одинаковое сопротивление пути от каждого модуля до инвертора: либо диагональным подключением (плюс снимают с первого модуля, минус — с последнего), либо звездой через шину или распределитель с кабелями одинаковой длины и сечения. Цепочка «паровозиком», где всё снимается с первого модуля, перегружает ближний модуль и недогружает дальние. В этом уроке вы посчитаете перекос токов на примере двух и четырёх батарей, соберёте схему, поставите предохранители и проверите результат по показаниям BMS под нагрузкой.

Предыдущий урок, о параллели старой и новой АКБ, был про разные партии и ток перетока при подключении. Здесь батареи одинаковые, а вопрос другой: как разложить кабели и перемычки, чтобы токи заряда и разряда разошлись по модулям равномерно. От этого зависят нагрев клемм и скорость старения отдельных модулей.

Почему токи идут неровно

Модули в параллели соединены с общей шиной, и общий ток делится между ними обратно пропорционально сопротивлению пути. Путь складывается из внутреннего сопротивления модуля (ячейки, шины, силовые ключи BMS), сопротивления кабелей и перемычек и сопротивления контактов. Если у одного модуля путь короче или контакты лучше, он берёт на себя больше тока.

У хорошей батареи внутреннее сопротивление измеряется единицами или десятками миллиом, и большая его часть одинакова для всех модулей. Поэтому перекос чаще создают не сами модули, а наша прокладка: разная длина перемычек, разное сечение, плохо затянутая клемма. Посчитаем, насколько это серьёзно.

Расчёт 1: два модуля и разная длина кабелей

Сопротивление медного кабеля: R = ρ × L ÷ S, где ρ = 0,0175 Ом·мм²/м, L — длина проводника, S — сечение. Возьмём сечение 35 мм². Один метр такого провода имеет:

0,0175 × 1 ÷ 35 = 0,0005 Ом, то есть 0,5 мОм на метр.

Условия примера. Два модуля подключены к шине кабелями: у модуля A длина плюсового и минусового проводов по 0,5 м, у модуля B — по 1,0 м. Разница длин по каждому проводу 0,5 м, по петле (плюс и минус вместе) 1 м. Внутреннее сопротивление модуля возьмём условно 20 мОм (реальное значение — в паспорте). Общий ток 150 А.

Путь A: 20 мОм + 2 × 0,5 м × 0,5 мОм/м = 20 + 0,5 = 20,5 мОм.
Путь B: 20 мОм + 2 × 1,0 м × 0,5 мОм/м = 20 + 1,0 = 21,0 мОм.

Ток делится обратно пропорционально сопротивлению: I_A = 150 × 21,0 ÷ (20,5 + 21,0) ≈ 75,9 А, I_B = 150 × 20,5 ÷ 41,5 ≈ 74,1 А. Перекос — меньше 2 А, около 2,4 % от среднего значения. С хорошей затяжкой и толстыми кабелями разница длин в полметра почти не влияет, потому что внутренние 20 мОм модуля перекрывают её.

Теперь добавим типичный дефект: окисленная или недотянутая клемма на модуле B даёт ещё 3 мОм. Путь B вырастает до 24,0 мОм:

I_A = 150 × 24,0 ÷ (20,5 + 24,0) ≈ 80,9 А, I_B ≈ 69,1 А. Перекос уже 8 % от среднего, а на плохом контакте выделяется 69,1² × 0,003 ≈ 14 Вт: клемма заметно нагревается за час работы. Вывод: один плохой контакт вредит сильнее, чем полметра разницы в кабелях.

Расчёт 2: четыре модуля «паровозиком»

В схеме «паровозик» инвертор подключён к клеммам первого модуля, а второй, третий и четвёртый подключены перемычками друг к другу по цепочке. Через первую перемычку течёт ток трёх модулей, через вторую — двух, через последнюю — одного. Падение напряжения копится по цепочке, и дальние модули получают чуть меньше напряжения при разряде и берут меньше тока.

Численный пример при общем токе 200 А (по 50 А на модуль в идеале), внутреннем сопротивлении модуля 20 мОм (условно) и длине каждой перемычки в одну сторону 0,5 м, то есть 1 м по петле:

• перемычка 35 мм² (0,5 мОм на петлю): токи модулей 54,2; 50,6; 48,2; 47,0 А. Первый перегружен на 8 % относительно среднего, последний недогружен на 6 %;
• перемычка 16 мм², длина в одну сторону 1,0 м, петля 2 м (около 2,2 мОм на каждый участок): токи 66,5; 51,9; 42,9; 38,7 А. Первый модуль несёт на треть больше среднего, последний — на 23 % меньше.

Именно поэтому в многомодульных системах ближний к инвертору модуль чаще греется сильнее, достигает ограничения тока раньше и срабатывает защитой по току, хотя общий ток далёк от суммарного допустимого. Остальные модули в это время заряжены и разряжены неравномерно, SOC расходится, и со временем расходится ресурс.

Три схемы подключения

Диагональное подключение. Плюсовой кабель инвертора подключается к плюсу первого модуля, а минусовой — к минусу последнего. Перемычки между модулями идут одинаково: плюс к плюсу, минус к минусу. Теперь для первого модуля путь по плюсу самый короткий, а по минусу самый длинный, для последнего — наоборот. Суммарная длина пути одинакова у всех модулей: в нашем примере три участка перемычек в каждом пути. В идеале все четыре модуля несут по 50 А.

Звезда через шину (распределитель, busbar). От инвертора кабели идут к двум шинам: плюсовой и минусовой, а каждый модуль подключается к шинам собственной парой кабелей одной длины и сечения. Это лучшая схема: никакой зависимости от порядка модулей, понятно, где ставить предохранители, легко добавить пятый модуль. Цена — шины и больше кабеля.

Равные по длине кабели к каждому модулю — частный случай звезды, который особенно важен для стоечных систем. Одинаковая длина нужна и тем модулям, которые стоят ближе к шине: лишний кабель придётся свернуть в бухту, это нормально, но бухту держите неплотной, чтобы кабель не грелся сам от себя.

Схема	Перекос токов (оценка)	Когда допустима
Паровозик (всё с первого модуля)	До нескольких процентов при толстых коротких перемычках, до 20–30 % и более при тонких и длинных	Два модуля, малые токи, толстые перемычки; для остального нежелательна
Диагональ (плюс с первого, минус с последнего)	Минимальный, ограничен лишь разбросом контактов	2–4 модуля в стойке, когда нет места под шину
Звезда через шину с равными кабелями	Минимальный и предсказуемый	Любое число модулей, особенно от трёх и больше; рекомендуемый вариант
Звезда с разными длинами кабелей	Зависит от разницы длин, как в расчёте 1	Допустима, если разница мала по сравнению с внутренним сопротивлением модуля

Если сомневаетесь в сечении перемычек, посчитайте его по калькулятору сечения кабеля под максимальный ток инвертора, а не под ток одного модуля.

Предохранители и защита

Каждый модуль должен иметь собственную защиту от короткого замыкания: предохранитель или автоматический выключатель на плюсовом проводе у модуля либо внутри распределителя. Это правило важнее, чем кажется: при замыкании внутри одного модуля остальные батареи подают на него ток всей параллели, и без защиты на каждом ответвлении повреждённым окажется сам кабель. Номинал выбирается по паспорту модуля и сечению кабеля, а отключающую способность — под ток короткого замыкания батарей. Общие принципы построения защит описаны в материале про щит СЭС и DC-предохранители.

Отдельный общий аппарат (рубильник или автомат) между шиной и инвертором тоже нужен, чтобы всё можно было обесточить одной рукой при обслуживании.

Связь BMS: ведущий и ведомые

Большинство литиевых модулей общаются с инвертором по CAN или RS485 и в параллели делятся на ведущий и ведомые. Ведущий собирает данные со всех и показывает инвертору суммарный SOC, суммарные допустимые токи заряда и разряда, а ведомые передают ему свои значения. Каждому модулю при этом выставляется адрес (обычно DIP-переключателями) и порядок соединения связных кабелей. Конкретная схема, адреса и разъёмы — в руководстве вашей модели, их нельзя придумывать, а если связь не поднимается, помогает урок «Инвертор не видит батарею».

Важно: силовая схема и связная схема независимы. Даже при идеальной силовой диагонали ошибка в адресах даст неверные лимиты и срабатывание защит.

Выравнивание SOC перед объединением

Перед первым соединением все модули должны быть заряжены до близкого уровня. Если один заряжен на 100 %, а другой на 60 %, при замыкании контактов потечёт выравнивающий ток, определённый разностью напряжений и сопротивлением цепи; на LFP кривая плоская, и разница напряжений мала, но при разном SOC ток всё равно может быть опасным для шин и клемм. Правило: выровнять модули по напряжению отдельным зарядом, а разницу напряжений на клеммах проверить мультиметром до подключения. Допустимая разность указана в руководстве. Подробнее о соединении батарей разных партий и токе выравнивания смотрите в уроке по ссылке выше, а о расхождении ячеек внутри модулей — в материале про разбаланс ячеек LiFePO4.

Порядок сборки по шагам

1. Проверьте, что все модули одной модели и прошивки, и уровни заряда близки (разница напряжений на клеммах в пределах руководства).
2. Рассчитайте сечение перемычек и кабелей под ток инвертора, а не под ток одного модуля. Заготовьте провода одной длины и из одного материала.
3. Выберите схему: звезда через шину или диагональ. Нарисуйте её на листе с номерами модулей.
4. Отключите все автоматы, установите предохранители на каждый модуль в разомкнутом состоянии.
5. Подключите силовые кабели, затяните клеммы динамометрическим ключом на момент из паспорта. Проверьте полярность дважды.
6. Подключите связные кабели CAN или RS485, выставьте адреса DIP-переключателями, ведущий и ведомые назначьте по руководству.
7. Включайте модули по одному, затем общий автомат. Убедитесь, что инвертор видит суммарную ёмкость и все модули.
8. Создайте нагрузку не менее 50 % от номинального тока и снимите показания токов модулей в приложении BMS.
9. Через час работы проверьте нагрев клемм на ощупь осторожно, лучше тепловизором или бесконтактным термометром.

Как понять, что токи распределены поровну

В приложении или на дисплее BMS каждый модуль показывает свой ток, напряжение, температуру и SOC. Под нагрузкой около 100–150 А токи модулей не должны отличаться больше чем на несколько процентов. Разброс 10 % и более — повод искать причину: чаще всего это плохой контакт, разная длина кабелей или перепутанная схема. Температура клемм после часа работы должна быть одинаковой у всех модулей; одна клемма заметно горячее остальных — признак плохого контакта, по нашему расчёту 3 мОм дают около 14 Вт.

Затем проверьте SOC: при регулярной работе значения должны оставаться близкими. Если один модуль постоянно впереди, значит, он либо больше нагружен, либо его BMS калибруется иначе. Если вы позже расширяете систему, см. также урок о расширении станции.

Типичные ошибки

• Подключили инвертор к первому модулю и цепочкой запитали остальные: ближний модуль перегружен и нагрет.
• Взяли разные сечения или разные длины кабелей «потому что так получилось».
• Выбрали перемычки под ток одного модуля вместо тока всей параллели.
• Не поставили предохранитель на каждый модуль.
• Перепутали адреса BMS или забыли назначить ведущий модуль.
• Объединили модули с разным SOC без выравнивания напряжений.
• Недотянули клеммы или поставили кабели с окислившимися лужёными наконечниками: дополнительное сопротивление создаёт перекос и нагрев.
• Не проверили токи модулей под нагрузкой после монтажа.

Частые вопросы

Сколько батарей можно соединять в параллель?

Предел задан производителем: обычно это несколько модулей, а точное число и поддерживаемые схемы указаны в руководстве и в инструкции инвертора. Превышать их нельзя, даже если силовая схема это позволяет.

Можно ли смешивать модули разной ёмкости?

Иногда да, если производитель допускает это и они одной химии и напряжения, но распределение токов получится неравномерным, а совместимость BMS нужно проверять отдельно. Надёжнее одинаковые модули.

Диагональ или шина: что выбрать, если стойка на четыре модуля?

Если места под шину нет, диагональ с одинаковыми перемычками даст хороший результат. Если место есть и модули могут расширяться, выбирайте шину: она проще в обслуживании и предсказуемее.

Нужно ли менять схему при замене одного модуля?

Схема остаётся той же, но новый модуль перед подключением нужно выровнять по напряжению с остальными, проверить адрес в BMS и повторить замер токов под нагрузкой.

Урок модуля «Аккумуляторы и накопители». Как рассчитать резерв по часам и понять, хватит ли ёмкости до утра, показано в уроке о почасовом балансе батареи.