Il collegamento errato delle batterie può comportare prestazioni ridotte, degrado prematuro delle celle o, in casi gravi, guasti alla sicurezza.
Sia che tu stia progettando a sistema di batterie per l’accumulo solare, apparecchiature industriali, applicazioni marine o veicoli elettrici commerciali, comprendere le configurazioni in serie, parallelo e serie-parallelo è un requisito fondamentale.
Questa guida spiega chiaramente ogni configurazione, con i dettagli tecnici necessari per prendere la decisione giusta per la tua applicazione.
Il principio fondamentale
Ogni decisione sulla connessione della batteria si riduce a due variabili.
Voltaggio Ecapacità (Ah).
- Per aumentare la tensione, collegare in serie.
- Per aumentare la capacità, collegare in parallelo.
- Per aumentarli entrambi, utilizzare una configurazione serie-parallelo.
Collegamento di batterie in serie
Come funziona
In una connessione in serie, il terminale positivo di una batteria si collega al terminale negativo della successiva.
Ciò continua finché tutte le batterie della stringa non vengono collegate.
La tensione totale del sistema è la somma di tutte le tensioni delle singole batterie.
La capacità rimane uguale alla capacità di una singola batteria.
Esempio
Tre 12 V 100 Ah batterie collegate in serie:
| Configurazione | Voltaggio | Capacità |
| Batteria singola | 12V | 100 Ah |
| 3 batterie in serie | 36v | 100 Ah |
Istruzioni di cablaggio
- Collegare il terminale negativo della batteria 1 al terminale positivo della batteria 2.
- Collegare il terminale negativo della batteria 2 al terminale positivo della batteria 3.
- Collegare il carico o l'applicazione al terminale negativo della batteria 1 e al terminale positivo dell'ultima batteria della stringa.
L'ordine di connessione è importante.
Collegare sempre prima il terminale negativo e scollegare prima il terminale positivo.
Ciò riduce il rischio di cortocircuiti accidentali durante l'installazione e la rimozione.
Soffitto di tensione e sicurezza
I collegamenti in serie aumentano la tensione totale del sistema.
A tensioni superiori a 50 V CC, il rischio di scosse elettriche aumenta notevolmente.
La maggior parte degli standard di sicurezza regionali classificano una tensione pari o superiore a 50 V CC come tensione pericolosa che richiede misure protettive aggiuntive.
Per i sistemi che funzionano al di sopra di 120 V CC, che rappresenta la soglia di sicurezza di bassissima tensione secondo gli standard UE, sono necessari isolamento aggiuntivo, dispositivi di protezione e personale di installazione qualificato.
Verificare sempre gli standard di sicurezza elettrica applicabili per la propria regione e applicazione prima di progettare una stringa in serie ad alta tensione.
Requisiti chiave
Tutte le batterie di una stringa in serie devono avere:
- La stessa tensione nominale
- La stessa capacità (Ah)
- La stessa chimica
- Idealmente la stessa età e la stessa storia del ciclo
Mischiare batterie con tensioni diverse in serie non è sicuro e causerà squilibrio delle celle e potenziali danni.
A differenza delle connessioni parallele, la capacità deve corrispondere in una stringa in serie.
Una cella più debole in una stringa in serie verrà portata a uno scaricamento eccessivo prima che le celle più forti si esauriscano, causando danni permanenti a quella cella e riducendo le prestazioni complessive del sistema.
Considerazioni sulla ricarica
La ricarica di una stringa in serie richiede un'attenta gestione.
Se le batterie di una stringa in serie presentano differenze anche minime nella resistenza interna o nello stato di carica, alcune celle raggiungeranno la carica completa prima di altre.
Senza una corretta gestione, le celle che si caricano per prime verranno sovraccaricate mentre le altre rimarranno sottocariche.
Raccomandazioni:
- Caricare ciascuna batteria individualmente, ove possibile
- Se si caricano insieme le stringhe in serie, utilizzare a sistema di gestione della batteria (BMS) con capacità di bilanciamento delle celle
- Il bilanciamento attivo BMS è preferibile al bilanciamento passivo per le stringhe in serie di grandi dimensioni poiché ridistribuisce l'energia tra le celle anziché dissiparla sotto forma di calore
Collegare le batterie in parallelo
Come funziona
In una connessione parallela, tutti i terminali positivi si collegano insieme e tutti i terminali negativi si collegano insieme.
Ciò aumenta la capacità totale mentre la tensione rimane la stessa di una singola batteria.
Esempio
Quattro batterie da 24V 50Ah collegate in parallelo:
| Configurazione | Voltaggio | Capacità |
| Batteria singola | 24 V. | 50 Ah |
| 4 batterie in parallelo | 24 V. | 200ah |
Istruzioni di cablaggio
- Misurare la tensione di tutte le batterie prima di collegarle. Procedere solo quando tutte le batterie si trovano entro 0,1 V l'una dall'altra.
- Collegare prima i terminali negativi, poi quelli positivi.
- Collegare insieme tutti i terminali positivi.
- Collegare insieme tutti i terminali negativi.
- Collega il tuo carico dagli angoli opposti del banco batterie. Prendi la connessione positiva dalla prima batteria e la connessione negativa dall'ultima batteria. Ciò distribuisce l'assorbimento di corrente in modo uniforme su tutte le batterie e impedisce alle singole celle di sostenere un carico sproporzionato.
Requisiti chiave
Tutte le batterie in un banco parallelo devono avere:
- La stessa tensione nominale
- La stessa chimica
- Uno stato di carica entro 0,1 V l'uno dall'altro prima della connessione
Per quanto riguarda la capacità:
La capacità corrispondente è fortemente consigliata ma non è un requisito elettrico rigoroso per le connessioni parallele.
È possibile collegare in parallelo batterie di diversa capacità purché la tensione e la composizione chimica corrispondano.
Ad esempio, è possibile collegare in parallelo una batteria da 12 V 100 Ah e una da 12 V 200 Ah, per un totale di 12 V 300 Ah.
Tuttavia, la batteria più piccola raggiungerà la carica completa e si scaricherà completamente più velocemente di quella più grande durante ciascun ciclo.
Senza un BMS che gestisca attivamente questo squilibrio, la batteria più piccola verrà sovraccaricata e scaricata eccessivamente più frequentemente, causandone un degrado significativamente più rapido rispetto alla batteria più grande.
Se si collegano batterie di capacità diverse in parallelo, un BMS capace non è un optional. È un requisito.
Per il sistema più semplice e affidabile utilizzare batterie della stessa capacità.
Resistenza interna e condivisione di corrente
Quando batterie con resistenze interne diverse sono collegate in parallelo, la corrente non si distribuisce uniformemente tra loro.
La batteria con una resistenza interna inferiore trasporterà una percentuale maggiore di corrente sia durante la carica che durante la scarica.
Nel tempo ciò fa sì che la batteria si surriscaldi e si degradi più velocemente delle altre.
Man mano che si degrada, la sua resistenza interna aumenta ulteriormente, il che aggrava lo squilibrio e accelera il problema.
Per ridurre al minimo questo rischio:
- Ove possibile, utilizzare batterie dello stesso lotto di produzione
- Non mischiare mai batterie vecchie e nuove nello stesso banco parallelo
- Non mischiare mai batterie di marche o modelli diversi nello stesso banco parallelo
- Monitora le temperature delle singole batterie in grandi sistemi paralleli
Numero massimo di stringhe parallele
Per la maggior parte delle applicazioni, limitare le connessioni parallele a un massimo di quattro stringhe.
Al di là delle quattro stringhe, la distribuzione della corrente e la gestione termica diventano molto più difficili da controllare.
Gli squilibri tra le stringhe sono più difficili da rilevare e correggere e un guasto in una stringa può influenzare più gravemente l'intero banco.
Per i sistemi che richiedono una capacità superiore a quella che possono fornire quattro stringhe parallele, consultare il proprio produttore della batteria o un integratore di sistema qualificato.
Requisiti di fusione
Ciascuna stringa parallela deve avere il proprio fusibile o interruttore automatico installato il più vicino possibile al terminale della batteria.
Senza la protezione individuale delle stringhe, un guasto in una stringa attira la corrente di scarica da tutte le altre stringhe attraverso il punto di guasto.
A seconda della capacità totale della banca, questa corrente può essere sufficientemente elevata da provocare un incendio o un'esplosione.
Questo è un requisito di sicurezza fondamentale per tutti i sistemi paralleli e in serie-parallelo.
Considerazioni sulla ricarica
Le batterie collegate in parallelo si caricano alla stessa tensione di una batteria singola.
Un caricabatterie standard adatto alla tensione della batteria funzionerà correttamente.
Il tempo di ricarica sarà più lungo rispetto a quello di una batteria singola perché la capacità totale della batteria è maggiore.
Verifica che il caricabatterie abbia una corrente in uscita sufficiente per caricare l'intera batteria entro un periodo di tempo accettabile per la tua applicazione.
Batterie collegate in serie-parallele
Come funziona
Una configurazione in serie-parallelo combina entrambi i metodi per aumentare simultaneamente la tensione e la capacità.
Le batterie vengono prima raggruppate in stringhe in serie per raggiungere la tensione target.
Tali stringhe vengono quindi collegate in parallelo per raggiungere la capacità target.
Esempio
Sei batterie da 12V 50Ah in configurazione 2S3P:
| Fare un passo | Azione | Risultato |
| Corde di serie | 2 batterie in serie per stringa | 24V 50Ah per stringa |
| Connessione parallela | 3 corde in parallelo | 24V 150Ah totali |
Requisiti chiave
In una configurazione in serie-parallelo, tutte le batterie devono essere identiche per voltaggio, capacità, composizione chimica e, idealmente, età e cronologia del ciclo.
Ciascuna stringa parallela deve essere protetta individualmente.
Tutte le stringhe devono trovarsi nello stesso stato di carica, entro 0,1 V l'una dall'altra, prima di essere collegate in parallelo.
Qualsiasi squilibrio tra le stringhe causerà correnti circolanti, con conseguente carica non uniforme, degrado accelerato e potenziali problemi di sicurezza.
Per tutti i sistemi serie-parallelo è fortemente consigliato un BMS in grado di gestire sia il bilanciamento delle celle in serie che il monitoraggio delle stringhe in parallelo.
Scegliere la giusta configurazione
| Requisito | Configurazione consigliata |
| Solo tensione più alta | Serie |
| Solo capacità superiore | Parallelo |
| Voltaggio e capacità più elevati | Serie-parallelo |
| Gestione del sistema più semplice | Parallelo |
| Lunga autonomia alla tensione esistente | Parallelo |
| Compatibilità con apparecchiature a voltaggio più elevato | Serie |
Regole critiche per tutte le configurazioni
1. Adattare sempre la tensione.
La tensione deve corrispondere sia per le connessioni in serie che per quelle in parallelo, senza eccezioni.
2. Capacità di corrispondenza per serie, consigliata per parallelo.
Nelle stringhe in serie, la capacità deve corrispondere per evitare che le celle più deboli si scarichino eccessivamente. Nei banchi paralleli, la capacità di adattamento è fortemente consigliata ma non è un requisito elettrico rigido. Le capacità non corrispondenti in parallelo richiedono una gestione BMS attiva.
3. Abbina lo stato di carica prima della connessione.
Tutte le batterie devono trovarsi entro 0,1 V l'una dall'altra prima di essere collegate in parallelo. Una differenza di tensione maggiore provoca correnti di equalizzazione elevate che possono danneggiare le celle e generare un calore pericoloso.
4. Connettersi nell'ordine corretto.
Collegare prima i terminali negativi. Scollegare prima i terminali positivi. Ciò riduce il rischio di cortocircuiti accidentali durante l'installazione e la rimozione.
5. Fondere ciascuna stringa parallela individualmente.
Installare un fusibile o un interruttore automatico su ciascuna stringa parallela il più vicino possibile al terminale della batteria. Questo è un requisito di sicurezza non negoziabile per tutti i sistemi paralleli e serie-paralleli.
6. Utilizzare in modo appropriato dimensionamento del cavo.
Dimensionare i cavi per la corrente massima che il sistema trasporterà con un margine di sicurezza adeguato. I cavi sottodimensionati generano calore, riducono l'efficienza e creano rischio di incendio.
7. Utilizza un BMS.
Un sistema di gestione della batteria protegge da sovraccarico, scarica eccessiva, cortocircuito e problemi termici. Per le configurazioni in serie è essenziale il bilanciamento attivo delle celle. Per configurazioni parallele con capacità non corrispondenti, è necessario un BMS.
8. Verifica la compatibilità con il produttore della batteria.
Non tutti i modelli di batteria supportano collegamenti in serie o in parallelo. Alcuni batterie LFP con unità BMS integrate non sono progettati per collegamenti esterni in serie o in parallelo. Confermare sempre la compatibilità prima di costruire un sistema multi-batteria.
FAQ
Le batterie di collegamento in parallelo aumentano le ore di amplificatore?
SÌ. Il collegamento delle batterie in parallelo aumenta la capacità totale in ampere/ora mantenendo la stessa tensione. Due batterie da 12 V 100 Ah in parallelo producono un sistema da 12 V 200 Ah, fornendo il doppio dell'autonomia prima che sia necessaria la ricarica.
Cosa succede quando colleghi due batterie da 12V in serie?
Ottieni un sistema da 24 V con la stessa capacità di ampere/ora di una singola batteria. Se ciascuna batteria ha una potenza nominale di 12 V 100 Ah, la combinazione in serie fornisce 24 V 100 Ah. La tensione raddoppia, la capacità rimane la stessa.
Cos'è meglio, in serie o in parallelo?
Nessuno dei due è universalmente migliore. La scelta giusta dipende dai requisiti di tensione e capacità. Se l'apparecchiatura funziona a una tensione più elevata, è necessario il collegamento in serie. Se hai bisogno di una maggiore autonomia alla stessa tensione, il parallelo è la risposta. Molti sistemi più grandi utilizzano il parallelo in serie per ottenere entrambi.
Le batterie LFP possono essere collegate in serie o in parallelo?
La maggior parte delle batterie LFP di qualità supporta entrambe le configurazioni, ma ciò dipende dal prodotto specifico e dal design BMS interno. Alcune batterie LFP con unità BMS integrate non sono adatte per il collegamento in serie perché i circuiti BMS non sono isolati elettricamente gli uni dagli altri, il che può causare problemi di loop di terra e guasti di sicurezza. Verificare sempre la compatibilità con il produttore della batteria prima di collegare le batterie LFP in serie.
Qual è la massima differenza di tensione consentita prima di collegare le batterie in parallelo?
Non più di 0,1 V di differenza tra due batterie qualsiasi prima di collegarle in parallelo. Una differenza di tensione maggiore provoca un flusso immediato di corrente di equalizzazione elevata tra le batterie quando collegate, che può danneggiare le celle, generare calore significativo e, in casi gravi, causare guasti alla sicurezza. Misurare e abbinare sempre le tensioni della batteria prima di effettuare collegamenti in parallelo.
