Independentemente do processo de produção, do tipo de uso ou da capacidade da bateria de chumbo-ácido, a tensão nominal de uma única bateria é geralmente de 2 V. Portanto, a tensão nominal do conjunto de baterias (24 V, 48 V, etc.) deve ser composta por várias baterias individuais em série.
A capacidade da bateria é determinada de acordo com os requisitos de uso do equipamento elétrico, variando de alguns amperes-hora a milhares ou dezenas de milhares de amperes-hora. No entanto, devido a vários fatores, como produção, transporte, manuseio, instalação e conexão, é impossível fabricar uma bateria muito grande. Isso requer a resolução da capacidade nominal e da tensão de trabalho necessárias a partir da combinação de conexão de baterias individuais.
Conexão em série (aumento da tensão)
O método de conexão em série do conjunto de baterias consiste em conectar os eletrodos positivo (+) e negativo (-) de várias baterias em sequência, com a primeira e a última extremidades representando a saída total. Nesse método de conexão, a tensão total = tensão da célula individual × número de baterias, e a capacidade total = capacidade da célula individual (permanece inalterada). Por exemplo, após 4 baterias de 12 V e 100 Ah serem conectadas em série, a tensão total é 12 V × 4 = 48 V, e a capacidade total ainda é de 100 Ah (o mesmo que uma única célula).
Este é o método de conexão mais comum. Uma vez determinada a capacidade necessária da bateria e a tensão do conjunto de baterias, quando a capacidade for inferior a 1000 Ah, as células individuais são geralmente conectadas em série para formar um conjunto de baterias. Este método é mais intuitivo e conveniente para instalar, conectar, manter e reparar o conjunto de baterias. A capacidade real do conjunto de baterias pode ser determinada encontrando a menor capacidade de célula individual no conjunto de baterias.
A conexão em série é adequada para dispositivos que requerem tensão mais alta, como veículos elétricos, sistemas solares e equipamentos industriais. No entanto, deve-se observar que todas as baterias conectadas em série devem ser do mesmo modelo, capacidade e idade para evitar sobrecarga ou descarga excessiva devido à irregularidade da alimentação. Além disso, deve-se usar um carregador com a mesma voltagem (como um carregador de 48 V) durante o carregamento para garantir a segurança e a vida útil da bateria.
Conexão paralela (aumento da capacidade)
O método de conexão paralela do conjunto de baterias consiste em conectar os polos positivo e negativo de todas as baterias, e a saída total é obtida de ambas as extremidades do grupo paralelo. Nesse método de conexão, a voltagem total = voltagem de uma única célula (permanece inalterada) e a capacidade total = capacidade de uma única célula × número de baterias. Por exemplo, após 4 baterias de 12 V e 100 Ah serem conectadas em paralelo, a tensão total ainda é de 12 V, mas a capacidade total aumenta para 100 Ah × 4 = 400 Ah.
Este método não tem nada a ver com a tensão de trabalho, apenas expande a capacidade. Geralmente, dois conjuntos de baterias independentes, compostos por células individuais conectadas em série, são usados em paralelo. Dessa forma, os dois grupos de baterias podem ser mantidos e reparados separadamente e, após os conjuntos de baterias serem operados em paralelo, a corrente de descarga de um único grupo é reduzida. Portanto, a capacidade real de descarga dos dois grupos paralelos de baterias será maior do que a soma das capacidades nominais de cada grupo sob a mesma tensão de terminação.
A conexão paralela é adequada para dispositivos que exigem maior capacidade e maior vida útil da bateria, como sistemas de armazenamento de energia para veículos recreacionais (RVs), fontes de alimentação UPS, etc. No entanto, deve-se prestar atenção especial ao fato de que as tensões das baterias paralelas devem ser estritamente consistentes (a diferença é preferencialmente ≤ 0,1 V), caso contrário, a diferença de tensão pode causar refluxo de corrente e danificar a bateria. Para garantir uma operação segura e estável, recomenda-se o uso de um balanceador de bateria ou a adição de diodos para isolamento, a fim de evitar problemas de circulação entre as baterias.
Híbrido (série-paralelo, considerando a tensão e a capacidade)
O método de conexão híbrido (série-paralelo) do conjunto de baterias visa otimizar simultaneamente a tensão e a capacidade, conectando-o primeiro em série para aumentar a tensão e, em seguida, em paralelo para aumentar a capacidade (ou operação reversa). Nesse método de conexão, a tensão total é igual à tensão de um único grupo em série, e a capacidade total é igual à capacidade de um único grupo em paralelo multiplicada pelo número de grupos em paralelo.
Tomemos como exemplo 8 baterias de 12 V 100 Ah conectadas em 2 séries e 4 em paralelo: primeiro, conecte 2 baterias em série para formar um grupo (12 V × 2 = 24 V, a capacidade permanece 100 Ah) e, em seguida, conecte 4 grupos dessas baterias em série em paralelo, e a saída final do sistema será 24 V 400 Ah (100 Ah × 4).
Este método híbrido é particularmente adequado para situações que precisam atender a requisitos de alta tensão e grande capacidade, como grandes usinas de armazenamento de energia, navios elétricos e outras aplicações industriais. Em operação real, a consistência dos parâmetros da bateria deve ser rigorosamente controlada, exigindo que os parâmetros de desempenho de cada grupo de baterias em série sejam altamente compatíveis, e a diferença de tensão entre os grupos paralelos não deve exceder 0,2 V.
Para sistemas híbridos complexos, é altamente recomendável configurar um sistema profissional de gerenciamento de baterias (BMS) para obter monitoramento em tempo real, gerenciamento de balanceamento e proteção de segurança, garantindo uma operação estável e eficiente do sistema.
Observe os seguintes pontos-chave.
Ao misturar baterias (ou seja, combinar baterias em série e em paralelo), atenção especial deve ser dada aos seguintes pontos-chave para garantir a segurança e a estabilidade do sistema:
Consistência da bateria
Todas as baterias devem usar o mesmo modelo, a mesma capacidade e a mesma idade dos conjuntos de baterias, e garantir que a diferença de tensão entre cada bateria não exceda 0,1 V. Se o desempenho da bateria for inconsistente, a bateria com maior potência pode efetuar a carga reversa da bateria com menor potência, causando superaquecimento ou até mesmo danos, afetando seriamente a vida útil e a segurança do sistema.
Seleção de fios e conectores
Para reduzir a impedância da linha, recomenda-se o uso de cabos de cobre de baixa impedância com seção transversal suficiente (por exemplo, um fio de 25 mm² pode suportar uma corrente de 100 A). Além disso, os terminais de conexão devem ser estanhados ou prateados para evitar corrosão por chumbo-ácido e garantir uma conexão elétrica estável a longo prazo.
Medidas de proteção de segurança
Em cada circuito em série, um fusível com especificações apropriadas (como 1,25 vez a corrente nominal) deve ser instalado para evitar danos por sobrecorrente. Se for utilizada uma conexão paralela, recomenda-se o uso de isolamento por diodo ou um balanceador de bateria para evitar a circulação de corrente entre as baterias, reduzindo assim a perda de energia e os riscos de superaquecimento.
Gerenciamento de carga
O carregador deve corresponder à tensão total do sistema híbrido (por exemplo, um carregador de 24 V é adequado para uma bateria de 24 V). Se as condições permitirem, uma porta de carregamento independente pode ser configurada para cada grupo de baterias em série para garantir um carregamento equilibrado e prolongar a vida útil da bateria.
Seguir as precauções acima pode melhorar efetivamente a confiabilidade e a segurança do sistema de bateria híbrida e evitar riscos potenciais.
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