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Batterie al litio ferro fosfato (Le LiFePO4) occupano una posizione importante grazie alla loro elevata sicurezza, alla lunga durata dei cicli e alle prestazioni stabili e sono in `, sono ampiamente diffusi nei veicoli elettrici e negli impianti solari. Nella pratica, tuttavia, dobbiamo spesso utilizzare un collegamento in parallelo o in serie per soddisfare diverse esigenze di tensione e capacità. Questo articolo descrive in dettaglio le conoscenze pertinenti sul collegamento in parallelo e in serie di Batterie LiFePO4, per aiutarvi nella corretta configurazione dei pacchi batteria.
Collegamento in serie di batterie LiFePO4
Collegare le batterie in serie
Nel collegamento in serie, più batterie vengono connesse da testa a coda, cioè il polo positivo di una batteria viene collegato al polo negativo della batteria successiva. Le principali caratteristiche di questa configurazione sono l’aumento della tensione totale del sistema a capacità invariata.
Esempio: Quando quattro batterie LiFePO4 da 12V 100Ah sono collegate in serie, si ottiene un sistema con una tensione di 48V e una capacità di 100Ah.
Il collegamento in serie è particolarmente adatto per applicazioni che richiedono una tensione più elevata, come ad esempio bus in corrente continua ad alta tensione in sistemi di energia solare.
Funzioni del collegamento in serie
- Aumento della tensione di uscita: Collegando le batterie in serie è possibile aumentare la tensione di uscita per soddisfare i requisiti delle applicazioni ad alta tensione.
- Gestione della batteria: Durante la carica o la scarica di batterie collegate in serie, l’intero sistema può essere gestito controllando la tensione di ciascuna batteria.
- Alimentazione elettrica efficiente: I collegamenti in serie possono offrire un'alimentazione efficiente per dispositivi che richiedono un'elevata tensione e una bassa corrente.
- Espandibilità: Il collegamento in serie è ampliabile, cioè a seconda delle esigenze è possibile aggiungere batterie supplementari per aumentare la tensione totale del sistema.
- Sicurezza: Nei collegamenti in serie si verifica più raramente un surriscaldamento, poiché ogni cella della batteria condivide il carico in modo uniforme.
collegamento in parallelo di batterie LiFePO4
Collegare le batterie in parallelo
Nel collegamento in parallelo, tutti i poli positivi delle batterie vengono collegati tra loro e tutti i poli negativi vengono collegati tra loro. La caratteristica distintiva di questa configurazione è che la tensione rimane costante, mentre la capacità totale aumenta.
Esempio: Quando quattro batterie LiFePO4 da 12V 100Ah sono collegate in parallelo, la tensione del sistema rimane a 12V, ma la capacità aumenta a 400Ah.
La configurazione in parallelo è particolarmente adatta per applicazioni in cui si desidera prolungare il tempo di funzionamento senza modificare la tensione, come ad esempio sistemi di alimentazione autonoma in camper o alimentazioni ausiliarie a bordo delle navi.
Funzioni del collegamento in parallelo
- ` La funzione principale del collegamento in parallelo consiste nell’aumentare la capacità totale del sistema di batterie mantenendo costante la tensione di uscita.
- Gestione semplice: Poiché ogni batteria in un collegamento in parallelo riceve la stessa tensione, possono essere caricate e scaricate indipendentemente l'una dall'altra.
- Affidabilità aumentata: Collegando in parallelo più batterie, si riduce la dipendenza del sistema da una singola batteria.
- Uso efficiente dell’energia: Il collegamento in parallelo consente ai dispositivi di assorbire più corrente senza influenzare la tensione del sistema.
- Durata più lunga: I collegamenti in parallelo sono spesso utilizzati in applicazioni che richiedono una durata operativa più lunga, come ad esempio i sistemi di energia solare off-grid.
Corrette Collegamento in serie e in parallelo di batterie LiFePO4
Passaggi per il collegamento in serie:
- Allineamento della batteria: Assicurarsi che tutte le batterie collegate in serie abbiano la stessa capacità, tensione e le stesse caratteristiche di resistenza interna. Idealmente, utilizzare batterie dello stesso modello.
- Cablaggio corretto: Utilizzare cavi con sezione adeguata e collegare le batterie nell’ordine positivo-a-negativo.
- ` Dopo il collegamento, isolare i terminali, ad esempio con nastro isolante o guaina termorestringente, per evitare cortocircuiti.
- Test di sistema: Dopo il collegamento, verificare la tensione totale con un multimetro e controllare la solidità di tutti i punti di connessione.
Passaggi per il collegamento in parallelo:
- Bilanciamento della tensione: Prima di collegarle, misurare la tensione di ogni batteria con un multimetro per assicurarsi che la tensione nominale sia uguale. Idealmente, caricare completamente tutte le batterie singolarmente per garantire uno stato di carica (SOC) uniforme. Con batterie dotate di Bluetooth è possibile leggere direttamente la tensione, ad es. su Batterie al litio Li Think.
- Cablaggio simmetrico: Assicurati che la lunghezza e lo spessore dei cavi da ogni batteria al punto di connessione comune siano identici, per ottenere una distribuzione della corrente equilibrata.
- Dimensionamento adeguato dei cavi: Scegli cavi con una sezione adeguata in base al fabbisogno di corrente totale. In genere, per ogni 100A di corrente si consiglia almeno un cavo in rame di alta qualità 4AWG.
- Protezione di sicurezza: Installare fusibili in ogni ramo parallelo per impedire che un guasto della batteria comprometta l’intero sistema.
Vantaggi e svantaggi dei diversi circuiti
// collegamento in serie
La configurazione in serie offre notevoli vantaggi in termini di prestazioni per i sistemi di batterie LiFePO4. Il più evidente è l’aumento della tensione, che consente al sistema di alimentare dispositivi più potenti o di ridurre le perdite di trasmissione. Nei sistemi di energia solare, una tensione continua più elevata significa che per trasferire la stessa potenza si possono utilizzare cavi più sottili, riducendo in modo significativo i costi del sistema e la complessità dell’installazione.
Un altro importante vantaggio del collegamento in serie è il miglioramento dell’efficienza di archiviazione. Nella configurazione in serie, tutte le batterie condividono la stessa corrente e i processi di carica e scarica avvengono in modo sincronizzato, così le batterie teoricamente hanno lo stesso stato di carica. Questa caratteristica rende i collegamenti in serie relativamente facili da gestire e particolarmente adatti ad applicazioni che richiedono un controllo preciso dei processi di carica e scarica.
Vantaggi:
- Aumento della tensione totale del pacco batteria per soddisfare i requisiti dei dispositivi ad alta tensione
- Metodo di collegamento relativamente semplice
Svantaggi:
- La capacità totale corrisponde alla capacità di una singola batteria e non può essere aumentata
- Se una delle batterie si guasta, ciò influisce sul normale funzionamento dell’intero pacco batteria
Collegamento in parallelo
Il collegamento in parallelo è il metodo standard per aumentare la capacità dei sistemi a batteria LiFePO4 ed è particolarmente adatto per applicazioni in cui si desidera prolungare il tempo di funzionamento senza modificare la tensione del sistema. Nei camper off-grid, nei sistemi di alimentazione ausiliaria marittimi e nei sistemi di accumulo dell’energia solare, la configurazione in parallelo può fornire un’alimentazione più duratura e soddisfare le esigenze degli utenti in termini di energia affidabile.
Il principio fondamentale del collegamento in parallelo consiste nel collegare tra loro tutti i poli positivi delle batterie e contemporaneamente tutti i poli negativi, in modo da formare un bus di tensione comune. In questa configurazione, la tensione del sistema rimane uguale a quella di una singola batteria, mentre la capacità totale corrisponde alla somma delle capacità delle singole batterie.
Vantaggi:
- Aumento della capacità totale del pacco batteria e prolungamento della durata d’uso dei dispositivi
- In caso di un lieve guasto di una singola batteria, l’impatto sull’intero pacco batterie è relativamente ridotto
Svantaggi:
- La tensione totale corrisponde alla tensione di una singola batteria e non può essere aumentata
- Con l’aumentare del numero di batterie collegate in parallelo crescono i requisiti di uniformità tra le batterie, altrimenti si generano facilmente correnti di circolazione che compromettono le prestazioni della batteria
`
Il collegamento serie-parallelo consiste nel collegare inizialmente una parte delle batterie in serie e poi collegare in parallelo i pacchi batteria in serie, oppure collegarle prima in parallelo e poi in serie. Nella pratica, spesso i requisiti non possono essere soddisfatti utilizzando esclusivamente configurazioni in serie o in parallelo. Le configurazioni miste serie-parallelo combinano i vantaggi di entrambi i metodi di collegamento, possono sia aumentare la tensione sia ampliare la capacità e offrono soluzioni flessibili per esigenze energetiche complesse.
(Batterie per camper Lithink 12v 100Ah dispongono di complete funzioni di protezione BMS e possono essere utilizzati direttamente per collegamenti in serie-parallelo, sicuri e affidabili)
Vantaggi:
- Può sia aumentare la tensione sia incrementare la capacità ed è adatto per dispositivi che richiedono sia alta tensione sia alta capacità
- Alta flessibilità, combinabile in base alle esigenze effettive
Svantaggi:
- Il metodo di collegamento è relativamente complesso e richiede requisiti più elevati per l'uniformità delle batterie
- Se una batteria presenta un problema, la diagnosi e la riparazione sono più difficili
Confronto tra collegamento in serie, in parallelo e in serie-parallelo
| Punto di confronto | Collegamento in serie | Collegamento in parallelo | Circuito serie-parallelo |
|---|---|---|---|
| Variazione di tensione | La tensione totale è la somma delle singole tensioni | La tensione totale corrisponde alla tensione individuale | La tensione totale è la somma delle tensioni dei componenti collegati in serie |
| Modifica della capacità | La capacità totale corrisponde alla capacità singola | La capacità totale è la somma delle singole capacità | La capacità totale è la somma delle capacità dei componenti collegati in parallelo |
| Scenari di applicazione | Per dispositivi con alta tensione e requisiti di capacità inferiori | Per dispositivi ad alta capacità e con requisiti di tensione inferiori | Per dispositivi con requisiti elevati di tensione e capacità (ad es. grandi sistemi di accumulo, veicoli elettrici) |
| /// Requisiti per la coerenza delle batterie | Relativamente alto | Alto | Molto alto |
| Impatto di un'interruzione | Il guasto di una batteria influisce sull’intero pacco batteria | Un lieve guasto di una batteria ha effetti relativamente limitati | Il guasto di una batteria può influenzare il gruppo serie/parallelo interessato, rendendo difficile la ricerca dei guasti |
Importanti avvertenze per il collegamento in serie e in parallelo di LiFePO4
- Allineamento della capacità: Nelle configurazioni in serie-parallelo è necessario assicurarsi che le capacità delle batterie corrispondano. Se le differenze di capacità sono troppo grandi, le batterie con capacità inferiore saranno le prime a caricarsi completamente o a scaricarsi durante i cicli di carica e scarica, compromettendo le prestazioni dell’intero pacco batteria.
- Protezione di carica e scarica: Indipendentemente dal fatto che si utilizzi un collegamento in serie o in parallelo, è necessario installare circuiti di protezione adeguati per la carica e la scarica. I circuiti di protezione possono prevenire sovraccarico, scarica profonda, sovracorrente e cortocircuito, aumentando così la sicurezza delle batterie.
- Dissipazione del calore: I pacchi batteria collegati in serie e in parallelo generano calore durante il funzionamento. Assicurare buone condizioni di dissipazione del calore. Evitare il funzionamento del pacco batteria in un ambiente ad alta temperatura, per non compromettere la durata e la sicurezza delle batterie.
- Affidabilità della connessione: I punti di connessione devono essere solidi e affidabili. Evitare connessioni allentate dovute a vibrazioni o urti, che possono causare cattivi contatti o cortocircuiti.
- Grado di invecchiamento delle batterie: Quando possibile, utilizzare batterie con durata d’uso e livello di invecchiamento simili per i collegamenti serie-parallelo. La combinazione di batterie con livelli di invecchiamento molto diversi accelera l’invecchiamento delle batterie.
Gestione del carico per sistemi in serie e in parallelo
Indipendentemente dal fatto che si tratti di un pacco batteria in serie o in parallelo, il principio fondamentale della ricarica consiste nell’adattare la tensione e controllare la corrente, tenendo allo stesso tempo in considerazione le differenze di configurazione del pacco batteria.
Caricamento di batterie collegate in serie
Quando le batterie sono collegate in serie, è necessario adeguare la tensione totale del pacco batteria. Serve un caricabatterie che corrisponda alla tensione del sistema. Ad esempio, se si collegano in serie due batterie da 12V per formare un sistema da 24V, è necessario un caricabatterie per batterie da 24V.
Carica di batterie LiFePO4 collegate in parallelo
La ricarica di pacchi batteria LiFePO4 collegati in parallelo presenta alcune particolarità. La tensione di una singola batteria deve essere adeguata, mentre la corrente deve corrispondere al fabbisogno di capacità totale. Poiché il collegamento in parallelo aumenta la capacità complessiva, il caricabatterie deve fornire corrente sufficiente per completare la ricarica in un tempo ragionevole. Ad esempio, per un sistema in parallelo da 400Ah è necessaria una corrente di carica di almeno 40A per raggiungere un tasso di carica di 0,1C. I sistemi di ricarica solare devono prestare particolare attenzione a questo aspetto e garantire che il regolatore solare possa fornire corrente sufficiente.
Domande frequenti sul collegamento in serie e in parallelo LiFePO4
F1: Si possono mescolare batterie LiFePO4 con capacità diverse?
No. Il collegamento in serie fa sì che la batteria con capacità minore si scarichi per prima, mentre il collegamento in parallelo porta a una distribuzione di corrente irregolare.
F2: Le batterie collegate in serie devono essere caricate separatamente?
Sì, meglio di sì. Caricare prima le batterie separatamente in modo bilanciato, per assicurarsi che tutte le batterie abbiano lo stesso SOC (State of Charge) prima di collegarle in serie.
F3: Le batterie LiFePO4 possono essere collegate sia in serie che in parallelo?
Sì, ma è necessario assicurarsi che i parametri di ogni gruppo di batterie coincidano e utilizzare un BMS (sistema di gestione della batteria) adeguato.
Conclusione: configurazione ottimale per la tua applicazione
Il collegamento in parallelo e in serie di ` è un aspetto fondamentale nella progettazione di Sistemi di accumulo di energia. I collegamenti in parallelo sono adatti per aumentare la capacità, quelli in serie per aumentare la tensione. Indipendentemente dal metodo scelto, assicuratevi che i parametri della batteria corrispondano e un adeguato ` utilizzare un (BMS) per garantire la sicurezza e la durata del pacco batteria.
Comprendendo le diverse opzioni di collegamento e i rispettivi pro e contro, è possibile configurare il sistema di batterie ottimale per le proprie esigenze specifiche - che si tratti di Impianti fotovoltaici, veicoli elettrici o soluzioni di alimentazione fuori rete.
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