Praktische Überlegungen – Batterien

Beim Zusammenschalten von Batterien zu größeren „Bänken“ (eine Batterie von Batterien?), müssen die einzelnen Batterien aufeinander abgestimmt sein, um keine Probleme zu verursachen.

Batterien in Serie

Zuerst betrachten wir die Reihenschaltung von Batterien für eine höhere Spannung:

Wir wissen, dass der Strom an allen Punkten in einer Reihenschaltung gleich ist, also muss die Strommenge, die in einer der in Reihe geschalteten Batterien vorhanden ist, auch für alle anderen gleich sein. Aus diesem Grund muss jede Batterie die gleiche Amperestundenzahl haben, sonst werden einige der Batterien früher entladen als andere, was die Kapazität der gesamten Bank beeinträchtigt. Bitte beachten Sie, dass die Gesamtkapazität in Amperestunden dieser Batteriebank dieser Serie nicht von der Anzahl der Batterien beeinflusst wird.

Batterien parallel

Als Nächstes werden wir erwägen, Batterien parallel zu schalten, um eine höhere Stromkapazität (geringerer Innenwiderstand) oder eine größere Amperestundenkapazität zu erzielen:

Wir wissen, dass die Spannung an allen Zweigen einer Parallelschaltung gleich ist, daher müssen wir sicherstellen, dass diese Batterien die gleiche Spannung haben. Wenn nicht, werden relativ große Ströme von einer Batterie durch eine andere zirkulieren, wobei die Batterien mit höherer Spannung die Batterien mit niedrigerer Spannung überwältigen. Das ist nicht gut.

Überstromschutz

Bei diesem Thema müssen wir sicherstellen, dass alle Überstromschutzeinrichtungen (Leistungsschalter oder Sicherungen) so installiert sind, dass sie wirksam sind. Für unsere Reihenbatteriebank reicht eine Sicherung aus, um die Verkabelung vor Überstrom zu schützen, da jede Unterbrechung in einer Reihenschaltung den Strom durch alle Teile der Schaltung unterbricht:

Bei einer parallel geschalteten Batteriebank reicht eine Sicherung aus, um die Verkabelung gegen Lastüberstrom (zwischen den parallel geschalteten Batterien und der Last) zu schützen, aber wir haben auch andere Bedenken, gegen die wir schützen müssen. Es ist bekannt, dass Batterien aufgrund eines Ausfalls des Elektrodenseparators intern kurzgeschlossen sind, was ein Problem verursacht, das dem bei parallel geschalteten Batterien mit ungleicher Spannung nicht unähnlich ist:Die guten Batterien überwältigen die ausgefallene Batterie (mit niedrigerer Spannung) und verursachen relativ große Ströme in den Anschlussdrähten der Batterien. Um dieser Möglichkeit vorzubeugen, sollten wir neben der Lastsicherung jede einzelne Batterie mit einzelnen Batteriesicherungen vor Überstrom schützen:

Beim Umgang mit Sekundärzellenbatterien ist besonderes Augenmerk auf die Art und den Zeitpunkt des Ladens zu legen. Unterschiedliche Batterietypen und -konstruktionen haben unterschiedliche Ladeanforderungen, und die Empfehlungen des Herstellers sind wahrscheinlich der beste Leitfaden für die Entwicklung oder Wartung eines Systems. Zwei unterschiedliche Probleme beim Laden von Akkus sind das Fahren und Überladen . Zyklen bezieht sich auf den Vorgang des Ladens einer Batterie auf einen „vollen“ Zustand und anschließendes Entladen in einen niedrigeren Zustand. Alle Batterien haben eine endliche (begrenzte) Zyklenlebensdauer und die zulässige „Tiefe“ des Zyklus (wie weit sie jederzeit entladen werden sollte) variiert von Design zu Design. Überladung ist der Zustand, bei dem der Strom über den Punkt hinaus, an dem die Zelle die volle Ladung erreicht hat, weiterhin durch eine Sekundärzelle zurückgezwungen wird. Insbesondere bei Blei-Säure-Zellen führt eine Überladung zur Elektrolyse des Wassers („Auskochen“ des Wassers aus der Batterie) und verkürzt die Lebensdauer.

Jede Batterie, die Wasser im Elektrolyten enthält, unterliegt der Erzeugung von Wasserstoffgas aufgrund der Elektrolyse. Dies gilt insbesondere für überladene Blei-Säure-Zellen, jedoch nicht ausschließlich für diesen Typ. Wasserstoff ist ein hochentzündliches Gas (insbesondere in Gegenwart von freiem Sauerstoff, der durch denselben Elektrolyseprozess entsteht), geruchs- und farblos. Solche Batterien stellen auch unter normalen Betriebsbedingungen eine Explosionsgefahr dar und müssen mit Respekt behandelt werden. Der Autor war aus erster Hand Zeuge einer Blei-Säure-Batterieexplosion, bei der ein Funke, der durch das Entfernen eines Batterieladegeräts (kleines Gleichstromnetzteil) aus einer Autobatterie entstand, Wasserstoffgas im Batteriegehäuse entzündete und die Oberseite der Batterie sprengte und überall Schwefelsäure spritzen. Dies geschah in einem Automobilgeschäft an einer High School, nicht weniger. Wenn nicht alle Schüler in der Nähe eine Schutzbrille und einen Overall mit geknöpftem Kragen trugen, hätte es zu erheblichen Verletzungen kommen können.

Nehmen Sie beim Anschließen und Trennen von Ladegeräten an eine Batterie den letzten Anschluss (oder die erste Trennung) immer an einer von der Batterie selbst entfernten Stelle vor (z. B. an einer Stelle an einem der Batteriekabel, die mindestens einen Fuß von der Batterie entfernt ist). , so dass entstehende Funken kaum oder keine Chance haben, Wasserstoffgas zu entzünden.

In großen, fest installierten Batteriebänken werden Batterien mit Entlüftungskappen über jeder Zelle ausgestattet und Wasserstoffgas wird durch Hauben direkt über den Batterien aus dem Batterieraum abgelassen. Wasserstoffgas ist sehr leicht und steigt schnell auf. Die größte Gefahr besteht darin, dass es sich in einem Bereich ansammelt und auf die Zündung wartet.

Modernere Blei-Säure-Batterie-Designs sind versiegelt, um den elektrolysierten Wasserstoff und Sauerstoff wieder in das Wasser zu kombinieren, im Inneren des Batteriegehäuses selbst. Eine ausreichende Belüftung kann dennoch eine gute Idee sein, falls eine Batterie auslaufen sollte.

RÜCKBLICK:

• Die Reihenschaltung von Batterien erhöht die Spannung, erhöht jedoch nicht die Amperestunden-Gesamtkapazität.
• Alle Batterien einer Reihenbank müssen haben die gleiche Amperestundenzahl.
• Das Parallelschalten von Batterien erhöht die Gesamtstromkapazität durch Verringerung des Gesamtwiderstands und erhöht auch die Amperestunden-Gesamtkapazität.
• Alle Batterien in einer Parallelbank müssen haben die gleiche Nennspannung.
• Batterien können durch übermäßiges Fahren beschädigt werden und Überladen .
• Elektrolytbatterien auf Wasserbasis können explosives Wasserstoffgas erzeugen, das sich in einem Bereich nicht ansammeln darf.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt Batterien
• Arbeitsblatt zum Üben von Gleichstromkreisen mit Lösungen