Несколько аккумуляторов в параллель: правила сборки, длины перемычек и как проверить, что они работают поровну
Несколько одинаковых аккумуляторных модулей в параллель не гарантируют, что они будут работать поровну. Ток выбирает путь с наименьшим сопротивлением, и если до одного модуля кабель короче или толще, он нагружается сильнее, быстрее изнашивается и первым упирается в защиту. Поэтому в параллели важны три вещи: одинаковое сопротивление пути до каждого модуля, предохранитель на каждом и согласованная работа BMS. Вопросы совместимости и порядка добавления нового модуля к работающей станции разобраны в статье как добавить аккумулятор к работающей станции; здесь речь о монтаже и электрике.
Почему токи делятся неравномерно
Каждый модуль подключён к общим шинам через собственную цепочку: внутреннее сопротивление ячеек и BMS, клеммы, перемычка до общей точки. Если вы подключили два модуля, а общий ток 150 А, он делится обратно пропорционально сопротивлениям этих цепочек. Различие в 1 мОм на цепочке в 10 мОм даёт перекос в несколько процентов, и именно поэтому на практике длина и сечение перемычек важнее, чем кажется. Кроме того, перекос усиливается на больших токах, потому что падение напряжения растёт пропорционально току, а при малых токах его почти не видно.
Сопротивление перемычки
Сопротивление медного провода: R = ρ × L ÷ S, где ρ для меди 0,0175 Ом·мм²/м, L — длина в метрах, S — сечение в мм². Для кабеля длиной 0,5 м сечением 35 мм²: R = 0,0175 × 0,5 ÷ 35 = 0,00025 Ом, то есть 0,25 мОм. При токе 150 А падение напряжения на нём 150 × 0,00025 ≈ 0,0375 В, то есть около 38 мВ. Для 48-вольтовой системы это немного, но на фоне внутренних сопротивлений модулей это разница, которая и создаёт перекос.
Пример с двумя модулями. Общий ток 150 А. Внутреннее сопротивление каждого модуля вместе с клеммами возьмём 5 мОм (условно; реальное значение в паспорте). Модуль А подключён перемычками общей длиной 0,5 м (по плюсу и минусу вместе), модуль Б — 1 м, сечение 35 мм². Сопротивление перемычек: А — 0,25 мОм, Б — 0,5 мОм. Полное сопротивление цепочек: А — 5,25 мОм, Б — 5,5 мОм. Токи делятся обратно пропорционально: ток А = 150 × 5,5 ÷ (5,25 + 5,5) ≈ 76,7 А, ток Б ≈ 73,3 А. Перекос около 3,4 А, или 2,3 % от среднего. Для двух модулей это терпимо, но при 4 модулях и цепочке из трёх перемычек картина хуже, ниже мы её посчитаем.
Схемы подключения
- «Паровозик». Силовые кабели идут от инвертора к первому модулю, от него ко второму, от второго к третьему и так далее. Это самый простой вариант и самый плохой: первый модуль ближе всех к инвертору и берёт больше тока, последний меньше. Кроме того, перемычки между первыми модулями несут ток всех последующих.
- Диагональное подключение. Плюс инвертора подключается к первому модулю, минус — к последнему. Путь тока через любой модуль складывается из участка плюсовой и участка минусовой цепи, и общая длина оказывается одинаковой для всех. Хорошая схема для двух–четырёх модулей, когда кабели одинакового сечения проложены аккуратно.
- Через шину или распределитель. К каждому модулю идёт отдельный кабель одинаковой длины и сечения от общей шины (или от распределительного блока). Лучший вариант: перекос определяется только разбросом внутренних сопротивлений самих модулей. Его используют на больших массивах.
Расчёт перекоса для четырёх модулей
Возьмём четыре модуля, общий ток 200 А, внутреннее сопротивление каждого 5 мОм, перемычка между соседними модулями (плюс и минус вместе) 0,5 мОм. В схеме «паровозик», когда инвертор подключён у первого модуля, дополнительное сопротивление пути: для первого 0, для второго 0,5, для третьего 1,0, для четвёртого 1,5 мОм. Полное сопротивление цепочек: 5; 5,5; 6; 6,5 мОм. Проводимости (1 ÷ R): 0,200; 0,182; 0,167; 0,154, сумма 0,702. Токи: 200 × 0,200 ÷ 0,702 ≈ 57 А; 52 А; 47,5 А; 44 А. Первый модуль несёт примерно на 30 % больше тока, чем последний (57 А против 44 А). Это упрощённая оценка: на деле участки между первыми модулями несут больший ток и теряют больше, так что перекос будет заметнее.
В диагональной схеме и при подключении через шину добавочное сопротивление пути у всех модулей одинаково, и токи отличаются только за счёт разброса самих модулей.
| Схема | Перекос токов | Когда допустима |
|---|---|---|
| «Паровозик» | Заметный, растёт с числом модулей и током (в примере до 30 % между крайними) | Два модуля на небольшом токе, с короткими перемычками |
| Диагональное подключение | Малый, определяется разбросом модулей | Два–четыре модуля, одинаковые кабели |
| Шина или распределитель, равные кабели | Минимальный | Четыре и более модулей, большие токи |
Предохранитель на каждый модуль
Если в одном из модулей возникнет внутреннее замыкание, остальные модули отдадут в него ток всей батареи. Без предохранителя на каждом модуле этот ток ограничит только сопротивление цепи, а оно очень мало. Поэтому на каждый модуль ставится свой предохранитель или автомат постоянного тока, рассчитанный на напряжение системы и отключающую способность не ниже возможного тока короткого замыкания. Обычные бытовые автоматы переменного тока для этого не годятся, и мы объясняли почему в статье про автоматы постоянного тока. Номинал выбирают по паспорту модуля, а сечение кабеля проверяют по току и допустимому нагреву; метод описан в статье про сечение кабеля, а для расчёта можно воспользоваться калькулятором сечения. Защитные аппараты — в разделе кабелей и защитного оборудования.
Связь BMS и подготовка к объединению
Многие модули объединяются по схеме «ведущий — ведомые»: один BMS собирает данные остальных и передаёт их инвертору по CAN или RS485. Порядок адресации, перемычки на DIP-переключателях и очередность включения указаны в руководстве конкретной модели, и их нельзя угадывать. Основные правила общие:
- Модули одной модели, одной ёмкости и желательно одного возраста.
- Перед объединением все модули заряжаются до одного уровня, лучше до полного. Если подключить модуль с напряжением заметно ниже или выше соседних, между ними пойдёт выравнивающий ток, ограниченный только сопротивлением цепи.
- Первое включение — по руководству: сначала связь, потом силовая часть, потом проверка в приложении.
- Что делает BMS при защите, разобрано в статье про BMS.
Проверка после сборки
- Включите нагрузку, близкую к рабочей, и посмотрите в приложении ток каждого модуля. Разница между модулями должна быть небольшой; допустимое значение в руководстве.
- Замерьте температуру клемм и перемычек тепловизором или бесконтактным термометром. Горячая клемма говорит о плохом контакте или перегруженном модуле.
- Через несколько циклов сравните напряжения ячеек и SOC модулей. Постоянно отстающий модуль нужно искать: причиной может быть контакт, длина перемычки или сам модуль.
- Протяните силовые клеммы с моментом из паспорта; через пару недель работы затяжку проверьте ещё раз.
Модули и комплектующие — в разделе аккумуляторов.
Частые вопросы
Сколько модулей можно соединять в параллель?
Предел определяет производитель: в руководстве указано максимальное число модулей и условия объединения. Превышать его нельзя, даже если схема физически собирается.
Можно ли объединять модули разной ёмкости?
Часто производитель это запрещает, а если разрешает, то с оговорками. Модуль меньшей ёмкости будет работать с большей относительной нагрузкой и износится раньше.
Нужна ли шина, если модулей два?
Не обязательно. Для двух модулей достаточно диагональной схемы с равными кабелями. Шина оправдана при трёх и более модулях.
Что делать, если один модуль постоянно нагружен сильнее?
Проверьте длину и сечение перемычек, затяжку клемм и состояние контактов. Если схема собрана «паровозиком», переделайте её на диагональную или шинную.