Reihen-, Parallel- und Mischschaltung von Batterien

Alle Batterie, je nach Typ, hat bestimmte Passwerte: Nennspannung, maximaler Strom, optimaler Strom, Nennkapazität. Beachten Sie, dass diese Passwerte nur dann korrekt sind, wenn die vom Hersteller empfohlene Betriebsart des Akkus eingehalten wird und nur für Akkus, deren Lebensressource noch lange nicht erschöpft ist.

Es kommt auch vor, dass aus der Batterie sofort mehr herausgeholt werden muss, als sie laut Reisepass leisten kann. Um die Kapazität, den Betriebsstrom oder die Spannung zu erhöhen, greifen sie daher häufig auf die Reihen-, Parallel- und manchmal auch gemischte (Reihen-Parallel-)Schaltung von Batterien (Zellen, Zellen) zurück.

Bei Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien beträgt der Nennspannungswert für eine Zelle also 3,7 V, bei Blei-Säure-Batterien 2,1 V, bei Nickel-Zink-Batterien 1,6 V und bei Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydrid — 1,2 V.

Was die Kapazität und den optimalen Strom der Batterie betrifft, hängen diese Parameter von vielen Konstruktionsparametern ab: von der Fläche der Elektroden, vom Volumen der Zelle, von der Dichte des Elektrolyten usw.

Wenn eine höhere Betriebsspannung erforderlich ist, werden die Batteriezellen in Reihe geschaltet. Wenn eine hohe Kapazität und ein hoher Strom benötigt werden, werden die Batteriezellen parallel geschaltet. Wenn die Kapazität erhöht und die Spannung erhöht werden muss, wird eine Reihen-Parallel-Schaltung verwendet Batterien.

Reihenschaltung von Batterien und ihre Eigenschaften

Von Anfang an muss man verstehen, dass bei in Reihe geschalteten Batterien der Strom durch jede Batterie einer solchen Baugruppe (Batterie) immer gleich dem Strom durch den gesamten Knoten ist, und zwar unabhängig davon, ob die Batterie dabei entladen wird Moment oder Aufladen.

Aus diesem Grund wird dringend empfohlen, nur Batterien des gleichen Typs (oder Sätze) mit der gleichen Kapazität (echt!) in Reihe zu schalten.

Warum sind sie vom gleichen Typ? Denn die minimale Spannung (bis zu der Sie entladen können) und die maximale Spannung (bis zu der Sie laden können) müssen für jede Zelle gleich sein.

Beschäftigen wir uns nun mit der Frage, warum es notwendig ist, dass auch die in Reihe geschalteten Kapazitäten gleich sein müssen.

Wenn Batterien unterschiedlicher Kapazität in Reihe geschaltet werden, entlädt sich während des Entladevorgangs die Zelle mit der kleinsten Kapazität schneller als die anderen und kann so weit gehen, dass es zu einer Tiefentladung in einer der Zellen kommt, die den Verbund bilden, während in den anderen Zellen eine Tiefentladung auftritt kann dennoch sicher freigegeben werden.Dadurch wird der Betrieb der gesamten Batteriebatterie gestört, ihre Spannung sinkt und die Kapazität kann in der Last einfach nicht ausreichend ausgeschöpft werden.

Und beim Laden eines solchen ungleichmäßigen Knotens passiert Folgendes: Die Batteriezelle mit der kleinsten Kapazität wird bereits auf die erforderliche Spannung aufgeladen, während die Nachbarn mit größerer Kapazität ungeladen bleiben.

Um solch eine unangenehme Entwicklung von Ereignissen zu verhindern (es kommt vor, dass einige Zellen auch bei ordnungsgemäßem Betrieb ihre ursprüngliche Kapazität früher verlieren als andere), ist das Ladegerät (oder die Baugruppe) mit einem ausgleichenden Lade-Entlade-Regler ausgestattet, der die Zellen schützt aus kritischen Modi.

Bevor Sie die Batterien in einer Reihenschaltung verbinden, messen Sie auf die eine oder andere Weise die Kapazität jeder einzelnen Batterie mit einem speziellen Gerät, das jedem bekannt und auf dem Markt weit verbreitet ist.

In Amperestunden (Ah) oder Milliamperestunden (mAh) entspricht die Batteriekapazität, die sich aus der Reihenschaltung identischer Batterien ergibt, der Kapazität einer einzelnen Zelle, aus der eine Reihenbatterie besteht.

Der Nennstrom entspricht ebenso wie die Kapazität dem Nennstrom einer einzelnen Zelle. Die Nennspannung (in Volt) und die Energie (in Wattstunden) entsprechen der Summe der Nennspannungen bzw. Wattstunden aller Zellen, aus denen die Batterie besteht.

Parallelschaltung von Batterien und ihre Eigenschaften

Die Parallelschaltung von Batterien kommt dann zum Einsatz, wenn die Spannung unverändert bleiben soll, gleichzeitig aber die Gesamtkapazität und damit der Nennstrom der Anlage erhöht werden soll.

Zellen mit den gleichen Nennspannungen können parallel geschaltet werden, es ist außerdem sehr wünschenswert, dass sie vom gleichen Typ sind (damit die Auswirkung der Betriebsbedingungen auf die Kapazität und auf die Stromcharakteristik für alle Zellen ungefähr gleich ist).

Beim Anschließen ist es außerdem wünschenswert, die aktuellen Spannungen auszugleichen, um die Ausgleichsströme zu reduzieren, die zwangsläufig auftreten, wenn die Polklemmen der Zellen parallel geschlossen werden.

Die Kapazität des resultierenden Moduls in Amperestunden, sein Betriebsstrom sowie die gespeicherte Energie in Wattstunden entsprechen der Summe dieser Werte für jede der Zellen, aus denen die Baugruppe besteht.

Bei der Parallelschaltung von Batteriezellen ist außerdem zu beachten, dass der resultierende Selbstentladungsstrom eines Parallelknotens höher ist als die Summe der Selbstentladungsströme, die für jede Zelle einzeln charakteristisch sind, da einige der Zellen im Satz Da sich die Zellen schneller und widerstandsfähiger gegen Selbstentladung entladen, entladen sie sich nicht nur über sich selbst, sondern auch über ihre Nachbarn und laden sie sozusagen ständig auf.

Reihenparallel- oder Mischschaltung von Batterien

Wenn Sie die Regeln und Merkmale der Reihenschaltung von Batteriezellen verstanden und das Prinzip der Summierung von Kapazität und Strom bei Parallelschaltung verstanden haben, wird es Ihnen nicht schwer fallen, die resultierenden Reihenknoten parallel oder Parallelknoten in Reihe zu schalten.

Theoretisch scheint es zur Reduzierung des Selbstentladungsstroms besser zu sein, mehrere zuvor vorbereitete, ordnungsgemäß zusammengesetzte Reihenschaltungen gleicher Kapazität parallel zu schalten, ohne benachbarte Verbindungen parallel zu schließen.In der Praxis ist es jedoch einfacher, mehrere parallele Knoten miteinander zu verbinden.

Daraus ergibt sich das Prinzip der Baugruppenbildung: Wenn bei einer gemischten Verbindung die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen (in einem Stromkreis in Reihe geschalteter Batterien) die Anzahl der parallel geschalteten Zellen (d. h. die Anzahl der Stromkreise) übersteigt ), dann werden die Schaltkreise parallel zusammengefasst.

Wenn in einer gemischten Verbindung die Anzahl der parallelen Elemente die Anzahl der Elemente im Stromkreis übersteigt, werden die parallelen Knoten in Reihe geschaltet, nachdem sichergestellt wurde, dass ihre Kapazität gleich ist.