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Quando compra ou faz o seu próprio pacote de baterias solares de lítio, os termos mais comuns que encontra são série e paralelo e, claro, esta é uma das perguntas mais feitas pela equipa FlyKol. Se alguma vez trabalhou com baterias, provavelmente já se deparou com os termos, Série, Série-Paralelo e Paralelo é o ato de ligar duas baterias, mas porque é que quereria ligar duas ou mais baterias em primeiro lugar? Ao ligar duas ou mais baterias em série, série-paralelo ou paralelo, pode aumentar a tensão ou a capacidade de amp/hora, ou mesmo ambas; permitindo aplicações de tensão mais elevada ou aplicações que consomem muita energia.

Para aqueles que são novos nas baterias solares de lítio, isto pode ser muito confuso, e com este artigo, FlyKolComo fabricante profissional de pilhas de lítio, esperamos poder ajudar a simplificar esta questão!

Noções básicas

Os conjuntos de baterias são concebidos ligando várias células em série; cada célula adiciona a sua tensão à tensão do terminal da bateria. A Figura 1 abaixo mostra uma configuração típica de células de bateria de arranque LiFePO4 de 13,2V.

As baterias podem ser constituídas por uma combinação de ligações em série e em paralelo. As células em paralelo aumentam o manuseamento da corrente; cada célula aumenta o total de amperes-hora (Ah) da bateria. A configuração, 13,2V / 12,4Ah, é mostrada na Figura 2.

Uma célula mais fraca em células ligadas em série causaria um desequilíbrio. Isto é especialmente crítico numa configuração em série porque uma pilha é tão forte como a célula mais fraca (análogo ao elo mais fraco da corrente). Uma célula fraca pode não falhar imediatamente, mas pode ser drenada (a tensão cai abaixo de um nível seguro, 2,8 V por célula) mais rapidamente do que as células fortes durante a descarga. Durante a carga, a célula fraca pode encher-se antes das células saudáveis e ficar sobrecarregada (tensão superior a 3,9 V por célula). Ao contrário da analogia do elo fraco numa corrente, uma célula fraca causa stress nas outras células saudáveis de uma bateria. As células em conjuntos múltiplos devem ser combinadas, especialmente quando expostas a correntes de carga e descarga elevadas. A Figura 3 abaixo mostra um exemplo de uma bateria com uma célula fraca.

Como ligar as baterias de iões de lítio em paralelo

O que é a ligação em série e em paralelo?

Na verdade, em termos simples, ligar duas (ou mais) baterias em série ou em paralelo é o ato de ligar duas (ou mais) baterias entre si, mas as operações de ligação do arnês realizadas para alcançar estes dois resultados são diferentes. Por exemplo, se pretender ligar duas (ou mais) baterias LiPo em série, ligue o terminal positivo (+) de cada bateria ao terminal negativo (-) da bateria seguinte, e assim sucessivamente, até todas as baterias LiPo estarem ligadas. Se pretender ligar duas (ou mais) baterias de lítio em paralelo, ligue todos os terminais positivos (+) em conjunto e ligue todos os terminais negativos (-) em conjunto, e assim sucessivamente, até todas as baterias de lítio estarem ligadas.

Porque é que é necessário ligar as pilhas em série ou em paralelo?

Para diferentes aplicações da bateria solar de lítio, precisamos de obter o efeito mais perfeito através destes dois métodos de ligação, de modo a que a nossa bateria solar de lítio pode ser maximizado, então que tipo de efeito as conexões paralelas e em série nos trazem? A principal diferença entre a ligação em série e em paralelo das baterias solares de lítio é o impacto na tensão de saída e na capacidade do sistema de baterias.

As baterias solares de lítio ligadas em série adicionam as suas tensões para fazer funcionar máquinas que requerem quantidades de tensão mais elevadas. Por exemplo, se ligar duas Baterias de 24V 100Ah em série, obterá a tensão combinada de um Bateria de lítio de 48V. A capacidade de 100 amperes-hora (Ah) permanece a mesma. No entanto, é importante notar que deve manter a tensão e a capacidade das duas baterias iguais quando as ligar em série, por exemplo, não pode ligar uma bateria de 12V 100Ah e uma de 24V 200Ah em série!

Quais são as vantagens de ligar as baterias solares de lítio em série?

Em primeiro lugar, os circuitos em série são fáceis de compreender e construir. As propriedades básicas dos circuitos em série são simples, tornando-os fáceis de manter e reparar. Esta simplicidade também significa que é fácil prever o comportamento do circuito e calcular a tensão e a corrente esperadas.

Em segundo lugar, para aplicações que requerem tensões elevadas, como um sistema solar trifásico doméstico ou armazenamento de energia industrial e comercial, as baterias ligadas em série são frequentemente a melhor escolha. Ao ligar várias baterias em série, a tensão global do conjunto de baterias aumenta, fornecendo a tensão necessária para a aplicação. Isto pode reduzir o número de baterias necessárias e simplificar a conceção do sistema.

Em terceiro lugar, as baterias solares de lítio ligadas em série fornecem tensões de sistema mais elevadas, o que resulta em correntes de sistema mais baixas. Isto deve-se ao facto de a tensão ser distribuída pelas baterias no circuito em série, o que reduz a corrente que passa por cada bateria. Correntes de sistema mais baixas significam menos perda de energia devido à resistência, o que resulta num sistema mais eficiente.

Em quarto lugar, os circuitos em série não sobreaquecem tão rapidamente, o que os torna úteis perto de fontes potencialmente inflamáveis. Uma vez que a tensão é distribuída pelas pilhas do circuito em série, cada pilha é sujeita a uma corrente mais baixa do que se a mesma tensão fosse aplicada a uma única pilha. Isto reduz a quantidade de calor gerado e diminui o risco de sobreaquecimento.

Em quinto lugar, uma tensão mais elevada significa uma corrente de sistema mais baixa, pelo que podem ser utilizadas cablagens mais finas. A queda de tensão também será menor, o que significa que a tensão na carga estará mais próxima da tensão nominal da bateria. Isto pode melhorar a eficiência do sistema e reduzir a necessidade de cablagem dispendiosa.

Finalmente, num circuito em série, a corrente tem de passar por todos os componentes do circuito. O resultado é que todos os componentes transportam a mesma quantidade de corrente. Isto assegura que cada bateria no circuito em série é sujeita à mesma corrente, o que ajuda a equilibrar a carga nas baterias e a melhorar o desempenho geral do conjunto de baterias.

Quais são as desvantagens de ligar as pilhas em série?

Em primeiro lugar, quando um ponto de um circuito em série falha, todo o circuito falha. Isto deve-se ao facto de um circuito em série ter apenas um caminho para o fluxo de corrente e, se houver uma interrupção nesse caminho, a corrente não pode fluir através do circuito. No caso dos sistemas compactos de armazenamento de energia solar, se uma bateria solar de lítio falhar, todo o conjunto pode ficar inutilizável. Isto pode ser atenuado utilizando um sistema de gestão de baterias (BMS) para monitorizar as baterias e isolar uma bateria avariada antes que afecte o resto do conjunto.

Em segundo lugar, quando o número de componentes de um circuito aumenta, a resistência do circuito aumenta. Num circuito em série, a resistência total do circuito é a soma das resistências de todos os componentes do circuito. À medida que mais componentes são adicionados ao circuito, a resistência total aumenta, o que pode reduzir a eficiência do circuito e aumentar a perda de potência devido à resistência. Isso pode ser atenuado usando componentes com resistência mais baixa ou usando um circuito paralelo para reduzir a resistência geral do circuito.

Em terceiro lugar, a ligação em série aumenta a tensão da bateria e, sem um conversor, pode não ser possível obter uma tensão mais baixa da bateria. Por exemplo, se uma bateria com uma tensão de 24V for ligada em série com outra bateria com uma tensão de 24V, a tensão resultante será de 48V. Se um dispositivo de 24V for ligado à bateria sem um conversor, a tensão será demasiado elevada, o que pode danificar o dispositivo. Para evitar esta situação, pode ser utilizado um conversor ou um regulador de tensão para reduzir a tensão para o nível necessário.

Quais são as vantagens de ligar as baterias em paralelo?

Uma das principais vantagens de ligar bancos de baterias solares de lítio em paralelo é que a capacidade do banco de baterias aumenta enquanto a tensão permanece a mesma. Isto significa que o tempo de funcionamento do conjunto de baterias é alargado, e quanto mais baterias estiverem ligadas em paralelo, mais tempo o conjunto de baterias pode ser utilizado. Por exemplo, se duas baterias com uma capacidade de 100Ah de lítio forem ligadas em paralelo, a capacidade resultante será de 200Ah, o que duplica o tempo de funcionamento do conjunto de baterias. Isto é especialmente útil para aplicações que requerem um tempo de funcionamento mais longo.

Outra vantagem de uma ligação paralela é que, se uma das baterias solares de lítio falhar, as outras baterias podem continuar a manter a energia. Num circuito paralelo, cada bateria tem o seu próprio caminho para o fluxo de corrente, pelo que, se uma bateria falhar, as outras baterias podem continuar a fornecer energia ao circuito. Isto acontece porque as outras baterias não são afectadas pela bateria avariada e podem manter a mesma tensão e capacidade. Isto é particularmente importante para aplicações que requerem um elevado nível de fiabilidade.

Quais são as desvantagens de ligar as baterias solares de lítio em paralelo?

A ligação de baterias em paralelo aumenta a capacidade total do banco de baterias de lítio solar, o que também aumenta o tempo de carregamento. O tempo de carregamento pode tornar-se mais longo e mais difícil de gerir, especialmente se forem ligadas várias baterias em paralelo.

Quando as baterias solares de lítio são ligadas em paralelo, a corrente é dividida entre elas, o que pode levar a um maior consumo de corrente e a uma maior queda de tensão. Este facto pode causar problemas, como a redução da eficiência e até o sobreaquecimento das baterias.

A ligação em paralelo de baterias solares de lítio pode ser um desafio quando se alimentam programas de energia maiores ou quando se utilizam geradores, uma vez que estes podem não ser capazes de lidar com as correntes elevadas produzidas pelas baterias em paralelo. Quando as baterias solares de lítio são ligadas em paralelo, pode ser mais difícil detetar defeitos na cablagem ou nas baterias individuais. Quando as baterias solares de lítio são ligadas em paralelo, pode ser mais difícil detetar defeitos na cablagem ou nas baterias individuais, o que pode dificultar a identificação e a correção de problemas, o que pode resultar numa redução do desempenho ou mesmo em riscos de segurança.

Sistema de gestão da bateria (BMS) Proteção celular

Um BMS monitoriza continuamente a tensão de cada célula. Se a tensão de uma célula exceder a das outras, os circuitos BMS actuarão para reduzir o nível de carga dessa célula. Isto assegura que o nível de carga de todas as células se mantém igual, mesmo com uma corrente de descarga (> 100Amps) e de carga (>10Amps) elevadas.

Uma célula pode ficar permanentemente danificada se for carregada em excesso (sobretensão) ou descarregada em excesso (drenagem) uma única vez. O BMS tem um circuito para bloquear o carregamento se a tensão exceder 15,5 volts (ou se a tensão de qualquer célula exceder 3,9V). O BMS também desliga a bateria da carga se esta for drenada para menos de 5% de carga restante (uma condição de descarga excessiva). Uma bateria com excesso de descarga tem normalmente uma tensão inferior a 11,5 V (< 2,8 V por célula).

Baterias múltiplas em série ou em paralelo (cada bateria com o seu próprio BMS)

As baterias EarthX estão aprovadas para utilização em aplicações com um máximo de duas baterias em paralelo, sem eletrónica externa adicional. A restrição a duas baterias permite variações normais numa bateria sem afetar negativamente a outra bateria. Para aplicações com mais de duas baterias em paralelo, contacte a assistência técnica da EarthX.

As baterias EarthX NÃO estão aprovadas para funcionamento em série sem projeto e aprovação de engenharia. Esta restrição deve-se ao facto de a impedância, a capacidade ou as taxas de auto-descarga variarem entre células e entre baterias. EarthX oferece muitas baterias de 26,4 volts. É sempre preferível utilizar uma única bateria de 26,4 volts em vez de duas baterias de 13,2 volts em série, uma vez que a única bateria pode monitorizar internamente cada uma das 8 células em série e garantir que o nível de carga de todas as células está equilibrado.

Funcionamento em paralelo

Tal como as células individuais, é possível combinar as baterias em paralelo para obter uma maior energia/potência (amperes-hora, amperes). Podem ser colocadas em paralelo até duas baterias. Para combinar pilhas em paralelo, ligue o positivo ao positivo e o negativo ao negativo, como mostra a Figura 4 à direita.

É importante utilizar o mesmo modelo de pilha com a mesma tensão e nunca misturar pilhas de idades diferentes.

Ao ligar duas baterias, é importante certificar-se de que os níveis de carga são semelhantes (as tensões estão dentro de 0,3 volts) antes da ligação. Se houver uma grande diferença no nível de carga, pode fluir uma corrente elevada entre as baterias.

Nas situações em que as baterias são ligadas/desligadas automaticamente, deve existir equipamento externo para limitar a corrente a um valor inferior à especificação da corrente máxima de carga das baterias e/ou à especificação da ampacidade do fio de interligação.

Funcionamento da série

Ao contrário do funcionamento em paralelo, o funcionamento em série ou em série/paralelo requer uma engenharia e manutenção cuidadosas para que o sistema funcione corretamente. Contacte a engenharia para obter a aprovação do projeto. É importante utilizar o mesmo modelo de bateria com a mesma tensão e capacidade (Ah) e nunca misturar baterias de idades diferentes. Ambas as baterias numa configuração em série têm de ter EXACTAMENTE a mesma carga, o que significa que não pode ligar uma carga a apenas uma bateria da série. Se carregar uma bateria, tem de carregar a outra com um nível de carga igual. Se substituir uma bateria, tem de substituir a outra bateria. Veja o exemplo abaixo para a cablagem em série (Figura 5).

FUNCIONAMENTO EM SÉRIE / PARALELO

Abaixo está a configuração em série e em paralelo aprovada (Figura 6). As baterias são ligadas como duas trajectórias de bateria em série separadas, o que significa que não existem ligações cruzadas entre os centros das duas trajectórias separadas. A Figura 7 mostra uma ligação incorrecta com uma ligação cruzada entre os centros dos dois percursos em série separados.

É possível ligar as baterias solares de lítio em série e em paralelo?

Sim, é possível ligar as baterias de lítio em série e em paralelo, o que se designa por ligação série-paralela. Este tipo de ligação permite-lhe combinar as vantagens das ligações em série e em paralelo.

Numa ligação série-paralela, agruparia duas ou mais baterias em paralelo e depois ligaria vários grupos em série. Isto permite-lhe aumentar a capacidade e a tensão do seu conjunto de baterias, mantendo um sistema seguro e fiável.

Por exemplo, se tiver quatro baterias de lítio com uma capacidade de 50Ah e uma tensão nominal de 24V, pode agrupar duas baterias em paralelo para criar um conjunto de baterias de 100Ah e 24V. Depois, pode criar uma segunda bateria de 100Ah, Bateria de 24V com as outras duas baterias, e ligue os dois conjuntos em série para criar um conjunto de baterias de 100Ah e 48V.

Ligação em série e em paralelo da bateria solar de lítio

A combinação de uma ligação em série e de uma ligação em paralelo permite uma maior flexibilidade para atingir uma determinada tensão e potência com baterias padrão. A ligação em paralelo fornece a capacidade total necessária e a ligação em série fornece a tensão de funcionamento mais elevada pretendida para o sistema de armazenamento de baterias.

Exemplo: 4 baterias com 24 volts e 50 Ah cada resultam em 48 volts e 100 Ah numa ligação em série-paralelo.

Funcionamento em série/paralelo e indicação de avarias

Cada bateria EarthX requer o seu próprio LED de indicação de falha remota. O LED de 12V é ligado através do terminal positivo da bateria e do fio do indicador remoto de avaria (fio de rabo de porco no lado da bateria), ver Figura 8 abaixo. A ligação do indicador remoto de avaria a um EFIS não é uma opção em qualquer configuração em série (a luz LED de 12V é a única opção).

Funcionamento em série / paralelo Carregamento (manutenção)

Com um projeto de engenharia aprovado, quando se utilizam duas baterias de 13,2 volts em série, é muito importante manter as duas baterias emparelhadas. Se for necessário carregar, ambas as baterias devem ser carregadas a um nível igual. Se uma bateria precisar de ser substituída, ambas as baterias devem ser substituídas. As duas baterias devem ter sempre a mesma capacidade e o mesmo nível de carga.

Perguntas mais frequentes