Baterias residenciais em série versus em paralelo: o que determina a compatibilidade?

Duas baterias de lítio podem ter a mesma tensão nominal e capacidade nominal, mas ainda assim não serem adequadas para conexão direta.

A diferença reside em mais do que apenas as especificações de seus nomes. O projeto do sistema de gerenciamento de baterias (BMS), os limites de carga e descarga, os requisitos de comunicação e as configurações aprovadas pelo fabricante influenciam a capacidade das baterias de operarem juntas.

Para armazenamento de energia residencial, compreender essas restrições é importante ao avaliar um sistema de baterias ou adicionar unidades de bateria. Os princípios elétricos básicos de conexões em série e em paralelo são simples, mas aplicá-los a produtos de bateria acabados exige uma análise mais detalhada de como cada produto foi projetado para operar.

Série vs. Paralelo: O que muda eletricamente?

As conexões em série e em paralelo afetam a tensão e a capacidade em ampères-hora de maneiras diferentes. Compreender essas diferenças fornece um ponto de partida para avaliar uma configuração de bateria proposta.

Como funcionam as conexões entre séries

Quando baterias compatíveis são conectadas em série, suas tensões nominais se somam, enquanto sua capacidade em ampères-hora geralmente permanece inalterada.

Por exemplo, duas baterias de 51,2 V e 100 Ah formariam, teoricamente, um banco de baterias de 102,4 V e 100 Ah, com aproximadamente 10,24 kWh de energia nominal combinada.

Essa configuração aumenta a tensão total. No entanto, o cálculo não comprova que duas baterias residenciais de 51,2 V estejam aprovadas para conexão em série. O projeto do BMS, os requisitos de isolamento e outras limitações técnicas devem suportar a configuração pretendida.

Como funcionam as conexões paralelas

Quando baterias compatíveis são conectadas em paralelo, sua tensão nominal permanece a mesma, enquanto sua capacidade em ampères-hora aumenta.

Usando o mesmo exemplo, duas baterias de 51,2 V e 100 Ah conectadas em paralelo formariam, teoricamente, um banco de baterias de 51,2 V e 200 Ah, com aproximadamente 10,24 kWh de energia nominal combinada.

A tensão do sistema permanece inalterada, mas a capacidade nominal total do banco de baterias aumenta.

Comparando conexões em série e em paralelo

Quando se utiliza o mesmo número de baterias idênticas e compatíveis, ambas as configurações fornecem aproximadamente a mesma energia nominal combinada. A diferença reside na forma como essa energia é fornecida em termos de tensão e corrente.

A energia efetivamente utilizável depende das especificações da bateria, das condições de operação, das perdas do sistema e da faixa de operação permitida.

1. Baterias completas não são o mesmo que células individuais.

Uma fonte comum de confusão é a suposição de que os princípios de conexão usados ​​para células de bateria individuais podem ser aplicados diretamente a produtos acabados de baterias de lítio.

As células individuais são combinadas em um conjunto de baterias como parte de um projeto elétrico definido. O produto final pode incluir um BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria), dispositivos de proteção, funções de monitoramento e outros componentes que determinam seus limites de operação.

As baterias residenciais para armazenamento de energia são produtos completos projetados para aplicações específicas. Seus terminais externos permitem conexões elétricas, mas isso não significa que todas as configurações de conexão possíveis sejam suportadas.

Uma bateria projetada para expansão em paralelo, por exemplo, pode não ser adequada para conexão em série. Outro produto pode suportar apenas um número específico de unidades em paralelo ou exigir configurações de comunicação específicas quando várias baterias operam juntas.

Essa distinção é importante porque o resultado elétrico teórico de uma conexão não é o mesmo que uma configuração de produto aprovada.

Antes de combinar baterias, a primeira questão deve ser se os modelos exatos foram projetados e aprovados para operar juntos na configuração proposta.

2. Como o projeto do BMS afeta a compatibilidade da bateria

O sistema de gerenciamento de baterias é um dos principais fatores que determinam se uma bateria de lítio pode ser usada em uma configuração com múltiplas baterias.

Dependendo do produto, o BMS pode monitorar a tensão, a corrente e a temperatura das células, gerenciar os limites de carga e descarga, balancear as células e acionar respostas de proteção quando as condições de operação estiverem fora das faixas permitidas.

Essas funções não tornam automaticamente uma bateria adequada para qualquer configuração em série ou em paralelo.

Restrições de conexão em série

Uma ligação em série aumenta a tensão total do sistema. O BMS de cada bateria e os componentes elétricos associados devem ser adequados à configuração pretendida.

Se uma bateria atingir um limite de proteção e interromper o funcionamento, toda a série de baterias poderá ser afetada. A tensão combinada também deve permanecer dentro da faixa permitida para o inversor, carregador, sistema de isolamento e demais equipamentos conectados.

O fato de uma bateria individual possuir um BMS não significa que seu projeto de proteção suporte a operação em série.

Por esse motivo, alguns modelos de baterias residenciais permitem a expansão em paralelo, mas proíbem a conexão em série. A restrição exata depende do projeto do produto e de suas aplicações aprovadas.

Restrições de conexão paralela

A operação em paralelo introduz diferentes considerações.

Embora as baterias compartilhem a carga, a corrente pode não ser distribuída igualmente em todas as condições. Diferenças na tensão dos terminais, na resistência interna, na condição da bateria e na configuração da conexão podem afetar a quantidade de corrente que cada unidade fornece ou recebe.

Uma bateria que se desconecta devido a um evento de proteção do BMS também pode alterar a carga nas unidades restantes. Portanto, o sistema deve ser configurado dentro dos limites de corrente permitidos para as baterias e equipamentos associados.

Para baterias compatíveis, o fabricante pode especificar requisitos para carregamento inicial, correspondência do estado de carga, arranjos de fiação e corrente máxima de operação.

Esses requisitos devem ser confirmados antes da conexão, em vez de serem substituídos por uma regra geral que pressupõe que todas as baterias de lítio se comportam da mesma maneira.

3. Por que a compatibilidade entre tensão e capacidade não é suficiente

Duas baterias com a mesma tensão nominal e capacidade nominal ainda podem diferir em características técnicas importantes.

Limites de carga e descarga

A corrente máxima de carga, a corrente de descarga contínua e as condições de operação permitidas podem variar entre produtos com especificações semelhantes.

Conectar duas baterias não torna seus limites individuais idênticos. A configuração completa deve permanecer dentro dos limites estabelecidos para as baterias e os componentes eletrônicos de potência conectados.

Estado e carga da bateria

O estado de cada bateria é outro fator a ser considerado.

Quando as baterias são conectadas em paralelo, uma diferença de tensão nos terminais pode causar uma corrente de equalização entre elas. A diferença de tensão aceitável e qualquer procedimento de preparação necessário dependem das instruções do fabricante.

Em uma configuração em série, diferenças na condição ou no estado de carga da bateria podem contribuir para o desequilíbrio durante a operação.

Por esses motivos, os fabricantes podem especificar requisitos quanto à idade da bateria, carga inicial, estado de carga ou combinações de modelos. Esses requisitos são particularmente importantes ao adicionar baterias a um sistema existente.

Diferentes modelos e fabricantes

A compatibilidade de voltagem e capacidade não garante que baterias de modelos ou fabricantes diferentes possam funcionar juntas.

Os produtos podem usar diferentes projetos de BMS, limites de carga, limiares de proteção, protocolos de comunicação ou configurações de controle. Essas diferenças podem afetar tanto o funcionamento da bateria quanto a forma como um inversor gerencia o sistema.

Alguns fabricantes podem aprovar combinações específicas de modelos, enquanto outros podem restringir o funcionamento com múltiplas baterias a uma série de produtos definida.

A compatibilidade deve, portanto, ser confirmada usando os números de modelo exatos e a configuração aprovada pelo fabricante, em vez de ser inferida apenas a partir de especificações elétricas semelhantes.

4. Protocolos de comunicação e quantidade máxima de bateria

Muitas baterias residenciais de armazenamento de energia comunicam-se com um inversor através de interfaces como CAN ou RS485. Em sistemas com múltiplas baterias, a comunicação também pode ser necessária entre baterias individuais ou através de um sistema de controle específico.

Dependendo do produto, o funcionamento correto pode exigir configurações de comunicação específicas, versões de firmware, endereços de bateria ou uma unidade mestre designada.

No entanto, ter a mesma porta de comunicação não garante que duas baterias usem o mesmo protocolo ou possam trocar as informações necessárias para uma operação coordenada.

Antes de combinar as baterias, verifique se a configuração pretendida é compatível com:

• O protocolo de comunicação e as configurações necessárias.
• Modelos de bateria e método de controle suportados pelo inversor.
• Quaisquer requisitos específicos de firmware ou unidade principal.
• Número máximo de unidades de bateria permitido pelo fabricante.

Por que a quantidade máxima de baterias varia de acordo com o modelo?

A quantidade máxima de baterias em paralelo especificada para uma série de baterias não deve ser automaticamente aplicada a outra. A aprovação para operação em paralelo também não implica aprovação para operação em série ou para arranjos combinados série-paralelo.

A adição de unidades aumenta a energia nominal total, mas a capacidade utilizável do sistema e a potência disponível dependem da configuração permitida e das especificações de todo o sistema.

O limite correto é aquele documentado para o modelo exato da bateria e configuração aprovada.

5. O que verificar antes de conectar baterias de armazenamento doméstico

Antes de finalizar a configuração da bateria, os seguintes requisitos devem ser verificados na documentação do produto.

Essas verificações devem ser concluídas antes da instalação ou conexão. Pessoal qualificado deve seguir as instruções do fabricante e os requisitos de segurança elétrica aplicáveis.

Perguntas frequentes

É possível conectar duas baterias de lítio com a mesma voltagem em paralelo?

Não necessariamente. A compatibilidade de voltagem é apenas um dos fatores a serem considerados. As baterias também devem atender aos requisitos do fabricante quanto às combinações de modelos, limites de carga e descarga, operação do BMS e procedimentos de conexão.

É possível conectar duas baterias de lítio de 51,2 V em série?

Somente quando os produtos de bateria específicos forem explicitamente aprovados para essa configuração. Muitos produtos de bateria residenciais de baixa tensão são projetados para expansão em paralelo e não são aprovados para conexão em série. Uma tensão combinada mais alta não deve ser considerada compatível com o BMS das baterias ou com os equipamentos associados.

É possível conectar baterias de lítio de marcas diferentes em paralelo?

Não existe uma resposta universal que se aplique a todos os produtos. Mesmo quando a voltagem e a capacidade correspondem, baterias diferentes podem usar controles BMS, limites de carga ou protocolos de comunicação incompatíveis. A combinação proposta não deve ser usada a menos que seja suportada pelas instruções do fabricante.

Quantas baterias de armazenamento doméstico podem ser conectadas em paralelo?

A quantidade máxima depende do modelo da bateria e da configuração de sistema aprovada. Consulte a documentação técnica do fabricante para obter informações sobre o número permitido de unidades, os requisitos do inversor, os procedimentos de comunicação e quaisquer outros limites aplicáveis.

Para armazenamento de energia residencial, qual é a melhor opção: conexão em série ou em paralelo?

Nenhuma das configurações é universalmente melhor. A configuração apropriada depende da tensão necessária do sistema, das especificações do inversor, do projeto da bateria e da aprovação do fabricante. Em muitos sistemas residenciais de baixa tensão, a expansão em paralelo é usada para aumentar a capacidade de armazenamento, mantendo a tensão nominal da bateria, mas as instruções do produto escolhido devem sempre prevalecer sobre as regras gerais.

Conclusão

As ligações em série e em paralelo produzem resultados diferentes em termos de voltagem e ampères-hora, mas esses princípios elétricos por si só não podem determinar se duas baterias de lítio residenciais acabadas são compatíveis.

O projeto do BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria), os limites de carga e descarga, os requisitos de comunicação, a condição da bateria e as configurações de sistema aprovadas influenciam a adequação de uma conexão proposta.

Para armazenamento de energia residencial, a compatibilidade deve ser estabelecida utilizando os modelos exatos de bateria, equipamentos associados e documentação do fabricante. A correspondência de tensão e capacidade é um ponto de partida útil, mas não garante que as baterias possam operar juntas.

Uma configuração bem definida começa com as opções de conexão aprovadas para o produto e seus limites técnicos. Verificar esses requisitos antes da instalação ajuda a reduzir a incerteza na configuração e garante a operação confiável do sistema.