Quando si acquista o si autocostruisce un pacco batterie solare al litio, i termini più comuni in cui ci si imbatte sono serie e parallelo e, naturalmente, questa è una delle domande più frequenti del team FlyKol. Se avete mai lavorato con le batterie, probabilmente vi sarete imbattuti nei termini serie, serie-parallelo e parallelo: l'atto di collegare due batterie tra loro, ma perché mai dovreste voler collegare due o più batterie tra loro? Collegando due o più batterie in serie, serie-parallelo o parallelo, è possibile aumentare la tensione o la capacità di ampere-ora, o anche entrambe, consentendo applicazioni a tensione più elevata o affamate di energia.
Per coloro che sono alle prime armi con le batterie solari al litio, la questione può essere molto confusa, e con questo articolo, FlyKolIn qualità di produttore professionale di batterie al litio, speriamo di potervi aiutare a semplificare questa domanda!
Nozioni di base
I pacchi batteria sono progettati collegando più celle in serie; ogni cella aggiunge la propria tensione alla tensione terminale della batteria. La Figura 1 mostra una tipica configurazione di celle della batteria di avviamento LiFePO4 da 13,2V.
Le batterie possono essere costituite da una combinazione di connessioni in serie e in parallelo. Le celle in parallelo aumentano la gestione della corrente; ogni cella si aggiunge al totale di ampere-ora (Ah) della batteria. La configurazione, 13,2V / 12,4Ah, è illustrata nella Figura 2.
Una cella più debole collegata in serie causerebbe uno squilibrio. Questo aspetto è particolarmente critico in una configurazione in serie, perché una batteria è forte solo quanto la cella più debole (analogamente all'anello debole della catena). Una cella debole può non guastarsi immediatamente, ma può scaricarsi (la tensione scende al di sotto di un livello di sicurezza, 2,8 V per cella) più rapidamente di quelle forti quando si scarica. Durante la carica, la cella debole può riempirsi prima di quelle sane ed essere sovraccaricata (tensione superiore a 3,9 V per cella). A differenza dell'anello debole di una catena, una cella debole causa stress alle altre celle sane di una batteria. Le celle dei pacchi multipli devono essere abbinate, soprattutto quando sono esposte a correnti di carica e scarica elevate. La Figura 3 mostra un esempio di batteria con una cella debole.
Come collegare le batterie agli ioni di litio in parallelo
Che cos'è il collegamento in serie e in parallelo?
In realtà, in parole povere, collegare due (o più) batterie in serie o in parallelo è l'atto di collegare due (o più) batterie tra loro, ma le operazioni di collegamento dei cavi eseguite per ottenere questi due risultati sono diverse. Ad esempio, se si desidera collegare due (o più) batterie LiPo in serie, è necessario collegare il terminale positivo (+) di ciascuna batteria al terminale negativo (-) della batteria successiva e così via, fino a quando tutte le batterie LiPo sono collegate. Se si desidera collegare due (o più) batterie al litio in parallelo, collegare tutti i terminali positivi (+) insieme e tutti i terminali negativi (-) insieme, e così via, fino a collegare tutte le batterie al litio.
Perché è necessario collegare le batterie in serie o in parallelo?
Per le diverse applicazioni delle batterie solari al litio, è necessario ottenere l'effetto più perfetto attraverso questi due metodi di collegamento, in modo che la nostra batteria solare al litio che tipo di effetto hanno i collegamenti in serie e in parallelo? La differenza principale tra il collegamento in serie e in parallelo delle batterie solari al litio è l'impatto sulla tensione di uscita e sulla capacità del sistema di batterie.
Le batterie solari al litio collegate in serie sommano le loro tensioni per far funzionare macchine che richiedono tensioni più elevate. Ad esempio, se si collegano due Batterie da 24V 100Ah in serie, si otterrà la tensione combinata di un Batteria al litio da 48 V. La capacità di 100 ampere/ora (Ah) rimane invariata. Tuttavia, è importante notare che è necessario mantenere la stessa tensione e capacità delle due batterie quando le si collega in serie; ad esempio, non è possibile collegare in serie una batteria da 12V 100Ah e una da 24V 200Ah!
Quali sono i vantaggi del collegamento in serie delle batterie solari al litio?
In primo luogo, i circuiti in serie sono facili da capire e da costruire. Le proprietà di base dei circuiti in serie sono semplici e ne facilitano la manutenzione e la riparazione. Questa semplicità significa anche che è facile prevedere il comportamento del circuito e calcolare la tensione e la corrente previste.
In secondo luogo, per le applicazioni che richiedono tensioni elevate, come un sistema solare trifase domestico o l'accumulo di energia industriale e commerciale, le batterie collegate in serie sono spesso la scelta migliore. Collegando più batterie in serie, la tensione complessiva del pacco batterie aumenta, fornendo la tensione necessaria per l'applicazione. In questo modo è possibile ridurre il numero di batterie necessarie e semplificare la progettazione del sistema.
In terzo luogo, le batterie solari al litio collegate in serie forniscono tensioni di sistema più elevate, che si traducono in correnti di sistema più basse. Questo perché la tensione viene distribuita tra le batterie del circuito in serie, riducendo la corrente che attraversa ogni batteria. Correnti di sistema più basse significano una minore perdita di potenza dovuta alla resistenza, che si traduce in un sistema più efficiente.
In quarto luogo, i circuiti in serie non si surriscaldano così rapidamente, il che li rende utili in prossimità di fonti potenzialmente infiammabili. Poiché la tensione è distribuita tra le batterie del circuito in serie, ogni batteria è sottoposta a una corrente inferiore rispetto a quella applicata a una singola batteria. Ciò riduce la quantità di calore generato e il rischio di surriscaldamento.
In quinto luogo, una tensione più elevata significa una corrente di sistema più bassa, quindi è possibile utilizzare un cablaggio più sottile. Anche la caduta di tensione sarà minore, il che significa che la tensione sul carico sarà più vicina alla tensione nominale della batteria. Ciò può migliorare l'efficienza del sistema e ridurre la necessità di cablaggi costosi.
Infine, in un circuito in serie, la corrente deve passare attraverso tutti i componenti del circuito. In questo modo, tutti i componenti trasportano la stessa quantità di corrente. In questo modo, ogni batteria del circuito in serie è sottoposta alla stessa corrente, il che contribuisce a bilanciare la carica tra le batterie e a migliorare le prestazioni complessive del pacco batterie.
Quali sono gli svantaggi del collegamento in serie delle batterie?
In primo luogo, quando un punto di un circuito in serie si guasta, l'intero circuito si guasta. Questo perché un circuito in serie ha un solo percorso per il flusso di corrente, e se c'è un'interruzione in questo percorso, la corrente non può passare attraverso il circuito. Nel caso dei sistemi compatti di accumulo di energia solare, se una batteria solare al litio si guasta, l'intero pacchetto può diventare inutilizzabile. Questo problema può essere mitigato utilizzando un sistema di gestione delle batterie (BMS) per monitorare le batterie e isolare una batteria guasta prima che si ripercuota sul resto del pacco.
In secondo luogo, quando il numero di componenti di un circuito aumenta, aumenta anche la resistenza del circuito. In un circuito in serie, la resistenza totale del circuito è la somma delle resistenze di tutti i componenti del circuito. Con l'aggiunta di altri componenti al circuito, la resistenza totale aumenta, il che può ridurre l'efficienza del circuito e aumentare la perdita di potenza dovuta alla resistenza. Questo problema può essere mitigato utilizzando componenti con una resistenza inferiore o utilizzando un circuito in parallelo per ridurre la resistenza complessiva del circuito.
In terzo luogo, il collegamento in serie aumenta la tensione della batteria e, senza un convertitore, potrebbe non essere possibile ottenere una tensione inferiore dal pacco batteria. Ad esempio, se un pacco batteria con una tensione di 24 V è collegato in serie con un altro pacco batteria con una tensione di 24 V, la tensione risultante sarà di 48 V. Se un dispositivo a 24 V viene collegato al pacco batteria senza un convertitore, la tensione sarà troppo alta e potrebbe danneggiare il dispositivo. Per evitare ciò, è possibile utilizzare un convertitore o un regolatore di tensione per ridurre la tensione al livello richiesto.
Quali sono i vantaggi del collegamento in parallelo delle batterie?
Uno dei principali vantaggi del collegamento in parallelo dei banchi di batterie solari al litio è che la capacità del banco di batterie aumenta mentre la tensione rimane invariata. Ciò significa che il tempo di funzionamento del pacco batterie è più lungo e più batterie sono collegate in parallelo, più a lungo il pacco batterie può essere utilizzato. Ad esempio, se si collegano in parallelo due batterie al litio con capacità di 100Ah, la capacità risultante sarà di 200Ah, raddoppiando così il tempo di funzionamento del pacco batterie. Ciò è particolarmente utile per le applicazioni che richiedono una maggiore autonomia.
Un altro vantaggio del collegamento in parallelo è che se una delle batterie solari al litio si guasta, le altre batterie possono comunque mantenere l'alimentazione. In un circuito parallelo, ogni batteria ha il proprio percorso per il flusso di corrente, quindi se una batteria si guasta, le altre batterie possono comunque fornire energia al circuito. Questo perché le altre batterie non sono influenzate dalla batteria guasta e possono mantenere la stessa tensione e capacità. Questo aspetto è particolarmente importante per le applicazioni che richiedono un elevato livello di affidabilità.
Quali sono gli svantaggi del collegamento in parallelo delle batterie solari al litio?
Il collegamento delle batterie in parallelo aumenta la capacità totale del banco di batterie solari al litio, con conseguente aumento del tempo di ricarica. Il tempo di ricarica può diventare più lungo e difficile da gestire, soprattutto se si collegano più batterie in parallelo.
Quando le batterie solari al litio sono collegate in parallelo, la corrente viene suddivisa tra di esse, il che può comportare un maggiore consumo di corrente e una maggiore caduta di tensione. Questo può causare problemi, come la riduzione dell'efficienza e persino il surriscaldamento delle batterie.
Il collegamento in parallelo delle batterie solari al litio può rappresentare una sfida quando si alimentano programmi di potenza più grandi o quando si utilizzano generatori, in quanto questi ultimi potrebbero non essere in grado di gestire le elevate correnti prodotte dalle batterie in parallelo. Quando le batterie solari al litio sono collegate in parallelo, può essere più difficile individuare i difetti nel cablaggio o nelle singole batterie. Ciò può rendere più difficile l'identificazione e la risoluzione dei problemi, con conseguente riduzione delle prestazioni o addirittura rischi per la sicurezza.
Sistema di gestione della batteria (BMS) Protezione delle cellule
Un BMS monitora continuamente la tensione di ogni cella. Se la tensione di una cella supera quella delle altre, i circuiti del BMS intervengono per ridurre il livello di carica di quella cella. In questo modo si garantisce che il livello di carica di tutte le celle rimanga uguale, anche in presenza di elevate correnti di scarica (> 100Amp) e di carica (>10Amp).
Una cella può subire danni permanenti se viene sovraccaricata (sovratensione) o scaricata (svuotata) una sola volta. Il BMS ha un circuito che blocca la carica se la tensione supera i 15,5 volt (o se la tensione di una cella supera i 3,9 V). Il BMS scollega inoltre la batteria dal carico se la carica residua è inferiore a 5% (condizione di sovrascarica). Una batteria sovra-scaricata ha in genere una tensione inferiore a 11,5 V (< 2,8 V per cella).
Batterie multiple in serie o in parallelo (ogni batteria con il proprio BMS)
Le batterie EarthX sono approvate per l'uso in applicazioni con un massimo di due batterie in parallelo, senza elettronica esterna aggiuntiva. La limitazione a due batterie consente le normali variazioni di una batteria senza influire negativamente sull'altra. Per applicazioni con più di due batterie in parallelo, contattare l'assistenza tecnica EarthX.
Le batterie EarthX NON sono approvate per il funzionamento in serie senza progettazione e approvazione. Questa restrizione è dovuta al fatto che l'impedenza, la capacità o i tassi di autoscarica variano tra le celle e tra le batterie. EarthX offre molte batterie da 26,4 volt. È sempre preferibile utilizzare una singola batteria da 26,4 volt rispetto a due batterie da 13,2 volt in serie, poiché la singola batteria può monitorare internamente ciascuna delle 8 celle in serie e garantire che il livello di carica di tutte le celle sia bilanciato.
Funzionamento in parallelo
Come per le singole celle, è possibile combinare le batterie in parallelo per ottenere una maggiore energia/potenza (amp-ora, amp). È possibile mettere in parallelo fino a due batterie. Per combinare le batterie in parallelo, collegare il positivo al positivo e il negativo al negativo come mostrato nella Figura 4 a destra.
È importante utilizzare lo stesso modello di batteria con lo stesso voltaggio e non mischiare mai batterie di età diversa.
Quando si collegano due batterie, è importante assicurarsi che i livelli di carica siano simili (tensioni comprese entro 0,3 volt) prima del collegamento. Se c'è una grande differenza nel livello di carica, tra le batterie può scorrere una corrente elevata.
Nelle situazioni in cui le batterie vengono collegate/discollegate automaticamente, deve essere presente un'apparecchiatura esterna per limitare la corrente al di sotto delle specifiche della corrente di carica massima delle batterie e/o delle specifiche di ampacità dei cavi di interconnessione.
Funzionamento in serie
A differenza del funzionamento in parallelo, il funzionamento in serie o in serie/parallelo richiede un'attenta progettazione e manutenzione per il corretto funzionamento del sistema. Contattare l'ufficio tecnico per l'approvazione del progetto. È importante utilizzare lo stesso modello di batteria con tensione e capacità (Ah) uguali e non mischiare mai batterie di età diversa. Entrambe le batterie in una configurazione in serie devono avere lo stesso carico ESATTO, il che significa che non è possibile collegare un carico a una sola batteria della serie. Se si carica una batteria, si deve caricare l'altra a un livello di carica uguale. Se si sostituisce una batteria, è necessario sostituire anche l'altra. Vedere l'esempio seguente per il cablaggio in serie (Figura 5).
FUNZIONAMENTO IN SERIE/PARALLELO
Di seguito è riportata la configurazione approvata in serie e in parallelo (Figura 6). Le batterie sono cablate come due percorsi separati in serie, il che significa che non ci sono legami incrociati tra i centri dei due percorsi separati. La Figura 7 mostra un collegamento errato con un collegamento incrociato tra i centri dei due percorsi separati in serie.
È possibile collegare le batterie solari al litio sia in serie che in parallelo?
Sì, è possibile collegare le batterie al litio sia in serie che in parallelo: si tratta del cosiddetto collegamento serie-parallelo. Questo tipo di collegamento consente di combinare i vantaggi delle connessioni in serie e in parallelo.
In una connessione serie-parallelo, si raggruppano due o più batterie in parallelo e poi si collegano più gruppi in serie. In questo modo è possibile aumentare la capacità e la tensione del pacco batterie, pur mantenendo un sistema sicuro e affidabile.
Ad esempio, se si dispone di quattro batterie al litio con una capacità di 50Ah e una tensione nominale di 24 V, è possibile raggruppare due batterie in parallelo per creare un pacco batterie da 100Ah e 24 V. Poi, si potrebbe creare un secondo pacco da 100Ah, Batteria da 24 V con le altre due batterie e collegare i due pacchi in serie per creare un pacco batterie da 100Ah, 48V.
Collegamento in serie e in parallelo della batteria solare al litio
La combinazione di un collegamento in serie e uno in parallelo consente una maggiore flessibilità per ottenere una determinata tensione e potenza con le batterie standard. Il collegamento in parallelo fornisce la capacità totale richiesta, mentre il collegamento in serie consente di ottenere la tensione di esercizio più elevata desiderata per il sistema di accumulo a batteria.
Esempio: 4 batterie da 24 volt e 50 Ah ciascuna producono 48 volt e 100 Ah in un collegamento in serie-parallelo.
Funzionamento in serie/parallelo e indicazione dei guasti
Ogni batteria EarthX richiede un proprio LED di segnalazione di guasto remoto. Il LED a 12 V è collegato al terminale positivo della batteria e al filo dell'indicatore di guasto remoto (filo a spirale che esce dal lato della batteria), vedi Figura 8 sotto. Il collegamento dell'indicatore di guasto remoto a un EFIS non è possibile in nessuna configurazione di serie (l'unica opzione è la luce LED a 12 V).
Funzionamento in serie/parallelo Carica (manutenzione)
Con un progetto ingegneristico approvato, quando si utilizzano due batterie da 13,2 volt in serie, è molto importante che le due batterie siano abbinate. Se è necessaria una ricarica, entrambe le batterie devono essere caricate allo stesso livello. Se è necessario sostituire una batteria, è necessario sostituirle entrambe. La capacità e il livello di carica di entrambe le batterie devono essere sempre uguali.
Domande frequenti
Collegare le batterie in parallelo aumenta gli ampere orari?
Sì. Quando si collegano le batterie in parallelo, si aumenta la capacità di ampere-ora delle batterie. La tensione rimane invariata.
Ad esempio, supponiamo che si colleghino due Batterie 12v 100ah in parallelo. Rimarrà un sistema a 12 volt, ma gli ampere raddoppieranno a 200ah. E naturalmente le batterie dureranno molto di più.
Cosa succede quando si mettono in serie due batterie da 12 volt?
Quando si hanno due o più batterie da 12 volt collegate in serie, si sviluppano 24 volt, ma gli ampere non cambiano. Se invece le batterie da 12 volt sono collegate in parallelo, si tratta sempre di un sistema a 12 volt, ma gli ampere aumentano. (Vedere l'esempio nella sezione sottostante).
Le batterie durano di più in serie o in parallelo?
Le batterie durano di più in parallelo, perché la tensione rimane la stessa, ma gli ampere aumentano. Se si collegano due batterie da 12v e 50ah in parallelo, si tratterà sempre di un sistema da 12 volt, ma gli ampere raddoppieranno a 100ah, quindi le batterie dureranno di più. Quando invece le batterie sono collegate in serie, la tensione aumenta mentre la capacità (ah) rimane invariata.
Si possono mettere in serie le batterie Lifepo4?
Dipende dalle batterie: se avete batterie ioniche, è probabile che possiate farlo (verificate comunque). Molte batterie Lifepo4 non possono essere collegate in serie perché si danneggiano. Ma la maggior parte delle batterie al litio Ionic possono essere collegate in serie. Tuttavia, non tutte lo sono, quindi è bene controllare il manuale d'uso della batteria per accertarsene.
È più potente la serie o il parallelo?
Un circuito in parallelo consuma più energia. Rispetto alla serie (entrambi hanno la stessa tensione), il parallelo fa sì che ogni resistenza dissipi molta più energia.
Cosa è più sicuro, serie o parallelo?
In generale, nessuno dei due è più sicuro dell'altro. Sono più o meno ugualmente sicuri. La tensione di alimentazione è la cosa più importante.
Le batterie durano di più in serie o in parallelo?
Le connessioni in serie forniscono una tensione più elevata che è leggermente più efficiente. Ciò significa che le batterie collegate in serie possono durare marginalmente di più di quelle collegate in parallelo. Tuttavia, le batterie collegate in serie rispetto a quelle in parallelo forniscono all'incirca la stessa autonomia. Vediamo un rapido esempio che spiega perché questo è vero.
Due batterie da 12 volt con capacità di 100 Ah alimentano un dispositivo da 240 watt. Le due batterie, collegate in serie, forniscono 24 volt e 100 Ah di capacità. L'assorbimento di corrente del dispositivo sarà di dieci ampere (24 x 10 = 240). Il tempo di funzionamento teorico del sistema in serie è 100 Ah diviso per dieci ampere, cioè dieci ore.
Al contrario, le stesse due batterie in parallelo forniscono 12 volt e 200 Ah di capacità. L'assorbimento di corrente del dispositivo in questa configurazione è di 20 ampere (12 x 20 = 240). Il tempo di funzionamento teorico del sistema in parallelo è 200 Ah diviso 20 ampere, ovvero dieci ore.
È possibile far funzionare due batterie in serie e in parallelo allo stesso tempo?
È possibile collegare le batterie in serie e in parallelo? Non è possibile collegare le stesse batterie in serie e in parallelo, in quanto il sistema andrebbe in cortocircuito, ma è possibile collegare gruppi di batterie in serie e in parallelo per creare un banco di batterie più grande con una tensione più elevata.
È possibile caricare 2 batterie in parallelo?
Il collegamento in parallelo accresce gli ampere/ora di ciascuna batteria, consentendo un uso più prolungato. Questo tipo di configurazione è indicato per i sistemi che utilizzano una tensione inferiore, ma per periodi di tempo più lunghi.
