Collegamento in serie o in parallelo delle batterie domestiche: quali fattori determinano la compatibilità?

Due batterie al litio possono avere la stessa tensione nominale e la stessa capacità nominale, ma non essere comunque adatte al collegamento diretto.

La differenza non si limita alle specifiche nominali. La progettazione del sistema di gestione della batteria (BMS), i limiti di carica e scarica, i requisiti di comunicazione e le configurazioni approvate dal produttore influiscono sulla possibilità che le batterie funzionino insieme.

Nell'ambito dell'accumulo di energia residenziale, comprendere queste limitazioni è fondamentale quando si valuta un sistema di batterie o si aggiungono unità di accumulo. I principi elettrici di base dei collegamenti in serie e in parallelo sono semplici, ma la loro applicazione ai prodotti finiti richiede un'analisi più approfondita del funzionamento di ciascun prodotto.

Serie o parallelo: quali cambiamenti elettrici si verificano?

I collegamenti in serie e in parallelo influenzano la tensione e la capacità in ampere-ora in modo diverso. Comprendere queste differenze fornisce un punto di partenza per valutare una configurazione di batteria proposta.

Come funzionano i collegamenti tra le serie

Quando batterie compatibili vengono collegate in serie, le loro tensioni nominali si sommano, mentre la loro capacità in ampere-ora generalmente rimane invariata.

Ad esempio, due batterie da 51,2 V e 100 Ah formerebbero teoricamente un banco batterie da 102,4 V e 100 Ah, con un'energia nominale combinata di circa 10,24 kWh.

Questa configurazione aumenta la tensione totale. Tuttavia, il calcolo non stabilisce che due batterie residenziali finite da 51,2 V siano approvate per il collegamento in serie. La progettazione del loro BMS, i requisiti di isolamento e altri limiti tecnici devono supportare la configurazione prevista.

Come funzionano le connessioni parallele

Quando si collegano in parallelo batterie compatibili, la loro tensione nominale rimane invariata mentre la loro capacità in ampere-ora aumenta.

Utilizzando lo stesso esempio, due batterie da 51,2 V e 100 Ah collegate in parallelo formerebbero teoricamente un banco batterie da 51,2 V e 200 Ah, con una capacità energetica nominale combinata di circa 10,24 kWh.

La tensione di sistema rimane invariata, ma la capacità nominale totale del banco batterie aumenta.

Confronto tra connessioni in serie e in parallelo

Quando si utilizza lo stesso numero di batterie identiche e compatibili, entrambe le configurazioni forniscono approssimativamente la stessa energia nominale complessiva. La differenza sta nel modo in cui tale energia viene erogata in termini di tensione e corrente.

L'energia effettivamente utilizzabile dipende dalle specifiche della batteria, dalle condizioni operative, dalle perdite del sistema e dall'intervallo di funzionamento consentito.

1. I prodotti completi per batterie non sono la stessa cosa delle singole celle.

Una fonte comune di confusione è la convinzione errata che i principi di connessione utilizzati per le singole celle della batteria possano essere applicati direttamente ai prodotti finiti a base di batterie al litio.

Le singole celle vengono combinate in un pacco batteria secondo un progetto elettrico ben definito. Il prodotto finito può includere un BMS (Battery Management System), dispositivi di protezione, funzioni di monitoraggio e altri componenti che ne determinano i limiti operativi.

Le batterie per l'accumulo di energia residenziale sono prodotti completi progettati per applicazioni specifiche. I loro terminali esterni consentono i collegamenti elettrici, ma ciò non significa che siano supportati tutti i possibili tipi di connessione.

Una batteria progettata per l'espansione in parallelo, ad esempio, potrebbe non essere adatta al collegamento in serie. Un altro prodotto potrebbe supportare solo un numero specifico di unità in parallelo o richiedere particolari impostazioni di comunicazione quando più batterie funzionano insieme.

Questa distinzione è importante perché il risultato elettrico teorico di una connessione non corrisponde alla configurazione di un prodotto approvato.

Prima di combinare le batterie, la prima domanda da porsi è se i modelli specifici siano progettati e omologati per funzionare insieme nella configurazione proposta.

2. In che modo la progettazione del BMS influisce sulla compatibilità della batteria

Il sistema di gestione della batteria è uno dei fattori principali che determinano se una batteria al litio può essere utilizzata in una configurazione multi-batteria.

A seconda del prodotto, il BMS può monitorare la tensione, la corrente e la temperatura delle celle, gestire i limiti di carica e scarica, bilanciare le celle e attivare risposte di protezione quando le condizioni operative escono dagli intervalli consentiti.

Queste caratteristiche non rendono automaticamente una batteria adatta a qualsiasi configurazione in serie o in parallelo.

Restrizioni di connessione in serie

Il collegamento in serie aumenta la tensione totale del sistema. Il BMS di ciascuna batteria e i relativi componenti elettrici devono essere adatti alla configurazione prevista.

Se una batteria raggiunge una soglia di protezione e interrompe il funzionamento, l'intera stringa in serie potrebbe risentirne. La tensione complessiva deve inoltre rimanere entro i limiti consentiti dall'inverter, dal caricabatterie, dal sistema di isolamento e dalle altre apparecchiature collegate.

Il fatto che una singola batteria disponga di un BMS non significa che il suo sistema di protezione supporti il ​​funzionamento in serie.

Per questo motivo, alcuni modelli di batterie per uso domestico consentono l'espansione in parallelo ma vietano il collegamento in serie. La restrizione precisa dipende dalla progettazione del prodotto e dalle sue applicazioni approvate.

Restrizioni sulla connessione parallela

Il funzionamento in parallelo introduce considerazioni diverse.

Sebbene le batterie condividano il carico, la corrente potrebbe non essere distribuita in modo uniforme in tutte le condizioni. Differenze nella tensione ai terminali, nella resistenza interna, nello stato della batteria e nella configurazione dei collegamenti possono influenzare la quantità di corrente erogata o ricevuta da ciascuna unità.

La disconnessione di una batteria a causa di un evento di protezione del BMS può anche modificare il carico sulle unità rimanenti. Il sistema deve pertanto essere configurato entro i limiti di corrente consentiti per le batterie e le apparecchiature associate.

Per le batterie compatibili, il produttore può specificare i requisiti relativi alla carica iniziale, all'allineamento dello stato di carica, alla disposizione dei cavi e alla corrente operativa massima.

È opportuno verificare questi requisiti prima del collegamento, anziché sostituirli con una regola generale che presuppone che tutte le batterie al litio si comportino allo stesso modo.

3. Perché l'abbinamento di tensione e capacità non è sufficiente

Due batterie con tensione nominale e capacità nominale identiche possono comunque differire per importanti caratteristiche tecniche.

Limiti di carica e scarica

La corrente di carica massima, la corrente di scarica continua e le condizioni operative consentite possono variare tra prodotti con specifiche principali simili.

Collegare due batterie non rende identici i loro limiti individuali. La configurazione complessiva deve rimanere entro i limiti stabiliti per le batterie e per i dispositivi elettronici di potenza collegati.

Condizioni della batteria e stato di carica

Anche le condizioni di ciascuna batteria sono un fattore da considerare.

Quando le batterie sono collegate in parallelo, una differenza di tensione ai terminali può causare il passaggio di una corrente di equalizzazione tra di esse. La differenza di tensione accettabile e le eventuali procedure di preparazione necessarie dipendono dalle istruzioni del produttore.

In una configurazione in serie, le differenze nelle condizioni o nello stato di carica delle batterie possono contribuire a uno squilibrio durante il funzionamento.

Per questi motivi, i produttori possono specificare requisiti relativi all'età della batteria, alla carica iniziale, allo stato di carica o alle combinazioni di modelli. Tali requisiti sono particolarmente importanti quando si aggiungono batterie a un sistema esistente.

Modelli e produttori diversi

La corrispondenza di tensione e capacità non garantisce che batterie di modelli o produttori diversi possano funzionare insieme.

I prodotti possono utilizzare design BMS, limiti di carica, soglie di protezione, protocolli di comunicazione o impostazioni di controllo differenti. Queste differenze possono influire sia sul funzionamento della batteria sia sul modo in cui un inverter gestisce il sistema.

Alcuni produttori potrebbero approvare combinazioni specifiche di modelli, mentre altri potrebbero limitare il funzionamento con più batterie a una determinata serie di prodotti.

La compatibilità deve pertanto essere confermata utilizzando i numeri di modello esatti e la configurazione approvata dal produttore, anziché dedurla solo da valori elettrici simili.

4. Protocolli di comunicazione e quantità massima di batteria

Molte batterie per l'accumulo di energia in ambito residenziale comunicano con un inverter tramite interfacce come CAN o RS485. Nei sistemi multibatteria, la comunicazione può essere necessaria anche tra le singole batterie o tramite un sistema di controllo dedicato.

A seconda del prodotto, il corretto funzionamento potrebbe richiedere impostazioni di comunicazione specifiche, versioni del firmware, indirizzi della batteria o un'unità master dedicata.

Tuttavia, il fatto di avere la stessa porta di comunicazione non garantisce che due batterie utilizzino lo stesso protocollo o possano scambiarsi le informazioni necessarie per un funzionamento coordinato.

Prima di combinare le batterie, verificare che la configurazione desiderata supporti:

• Protocollo di comunicazione e impostazioni richiesti.
• Modelli di batteria e metodo di controllo supportati dall'inverter.
• Eventuali requisiti specifici relativi al firmware o all'unità master.
• Numero massimo di batterie consentito dal produttore.

Perché la quantità massima di batterie è specifica per ogni modello

La quantità massima di batterie collegate in parallelo specificata per una serie non deve essere automaticamente applicata a un'altra. L'approvazione per il funzionamento in parallelo non implica inoltre l'approvazione per configurazioni in serie o combinate serie-parallelo.

L'aggiunta di unità aumenta l'energia nominale totale, ma la capacità utilizzabile del sistema e la potenza erogabile dipendono dalla configurazione consentita e dalle caratteristiche nominali dell'intero sistema.

Il limite corretto è quello documentato per lo specifico modello di batteria e la configurazione approvata.

5. Cosa controllare prima di collegare le batterie di accumulo domestiche

Prima di finalizzare la configurazione della batteria, è necessario verificare i seguenti requisiti confrontandoli con la documentazione del prodotto.

Questi controlli devono essere completati prima dell'installazione o del collegamento. Il personale qualificato deve attenersi alle istruzioni del produttore e ai requisiti di sicurezza elettrica applicabili.

Domande frequenti

È possibile collegare in parallelo due batterie al litio con la stessa tensione?

Non necessariamente. La compatibilità di tensione è solo uno degli aspetti da considerare. Le batterie devono anche soddisfare i requisiti del produttore in termini di combinazioni di modelli, limiti di carica e scarica, funzionamento del BMS e procedure di connessione.

È possibile collegare in serie due batterie al litio da 51,2 V?

Solo se i prodotti specifici delle batterie sono esplicitamente approvati per tale configurazione. Molte batterie residenziali a bassa tensione sono progettate per l'espansione in parallelo e non sono approvate per il collegamento in serie. Non si deve presumere che una tensione combinata più elevata sia compatibile con il BMS delle batterie o con le apparecchiature associate.

È possibile collegare in parallelo batterie al litio di marche diverse?

Non esiste una risposta universale valida per ogni prodotto. Anche a parità di tensione e capacità, batterie diverse possono utilizzare sistemi di controllo BMS, limiti di carica o protocolli di comunicazione incompatibili. La combinazione proposta non deve essere utilizzata a meno che non sia supportata dalle istruzioni del produttore.

Quante batterie di accumulo domestiche possono essere collegate in parallelo?

La quantità massima dipende dal modello di batteria e dalla configurazione di sistema approvata. Consultare la documentazione tecnica del produttore per conoscere il numero di unità consentite, i requisiti dell'inverter, le modalità di comunicazione e qualsiasi altro limite applicabile.

Per l'accumulo di energia in ambito residenziale, è preferibile una connessione in serie o in parallelo?

Nessuna delle due configurazioni è universalmente migliore. La configurazione appropriata dipende dalla tensione di sistema richiesta, dalle specifiche dell'inverter, dal tipo di batteria e dall'approvazione del produttore. In molti sistemi residenziali a bassa tensione, l'espansione in parallelo viene utilizzata per aumentare la capacità di accumulo mantenendo la tensione nominale della batteria, ma le istruzioni del prodotto selezionato devono sempre prevalere sulle regole generali.

Conclusione

I collegamenti in serie e in parallelo producono risultati diversi in termini di tensione e capacità in ampere-ora, ma questi principi elettrici da soli non sono sufficienti a determinare se due batterie al litio per uso domestico, una volta completate, siano compatibili.

La progettazione del BMS, i limiti di carica e scarica, i requisiti di comunicazione, le condizioni della batteria e le configurazioni di sistema approvate influiscono tutti sull'idoneità di una connessione proposta.

Per i sistemi di accumulo energetico residenziali, la compatibilità deve essere verificata utilizzando gli stessi modelli di batteria, le apparecchiature associate e la documentazione del produttore. Verificare la corrispondenza di tensione e capacità è un utile punto di partenza, ma non garantisce che le batterie possano funzionare insieme.

Una configurazione ben definita inizia con le opzioni di connessione approvate e i limiti tecnici del prodotto. Verificare questi requisiti prima dell'installazione contribuisce a ridurre l'incertezza di configurazione e a garantire un funzionamento affidabile del sistema.