Wenn Sie einen Lithium-Solarbatteriesatz kaufen oder selbst herstellen, stoßen Sie am häufigsten auf die Begriffe "seriell" und "parallel", und natürlich ist dies eine der am häufigsten gestellten Fragen an das FlyKol-Team. Wenn Sie schon einmal mit Batterien gearbeitet haben, sind Sie wahrscheinlich auf die Begriffe "Serie", "Serie-Parallel" und "Parallel" gestoßen... Aber warum sollten Sie überhaupt zwei oder mehr Batterien miteinander verbinden? Indem Sie zwei oder mehr Batterien entweder in Serie, seriell-parallel oder parallel verbinden, können Sie die Spannung oder die Amperestunden-Kapazität oder sogar beides erhöhen, was Anwendungen mit höherer Spannung oder hohem Stromverbrauch ermöglicht.
Für diejenigen unter Ihnen, die sich noch nicht mit Lithium-Solarbatterien auskennen, kann dies sehr verwirrend sein, und mit diesem Artikel, FlyKolAls professioneller Hersteller von Lithiumbatterien hoffen wir, diese Frage für Sie zu vereinfachen!
Grundlagen
Bei Batteriepaketen werden mehrere Zellen in Reihe geschaltet; jede Zelle addiert ihre Spannung zur Klemmenspannung der Batterie. Abbildung 1 unten zeigt eine typische 13,2-V-LiFePO4-Starterbatteriezellenkonfiguration.
Batterien können aus einer Kombination von Reihen- und Parallelschaltungen bestehen. Parallel geschaltete Zellen erhöhen die Strombelastbarkeit; jede Zelle trägt zur Gesamtamperestundenzahl (Ah) der Batterie bei Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für eine Reihen- und Parallelschaltung. Die Konfiguration, 13,2 V / 12,4 Ah, ist in Abbildung 2 dargestellt.
Eine schwächere Zelle in einer Reihenschaltung von Zellen würde ein Ungleichgewicht verursachen. Dies ist bei einer Reihenschaltung besonders kritisch, da eine Batterie nur so stark ist wie die schwächste Zelle (analog zum schwachen Glied in der Kette). Eine schwache Zelle fällt zwar nicht sofort aus, kann aber beim Entladen schneller entladen werden (Spannung sinkt unter einen sicheren Wert, 2,8 V pro Zelle) als die starken Zellen. Beim Aufladen kann sich die schwache Zelle vor den gesunden Zellen füllen und überladen werden (Spannung von mehr als 3,9 V pro Zelle). Im Gegensatz zum schwachen Glied in einer Kette belastet eine schwache Zelle die anderen gesunden Zellen in einer Batterie. Zellen in Mehrfachpacks müssen aufeinander abgestimmt sein, insbesondere wenn sie hohen Lade- und Entladeströmen ausgesetzt sind. Abbildung 3 unten zeigt ein Beispiel für eine Batterie mit einer schwachen Zelle.
Parallelschaltung von Lithium-Ionen-Batterien
Was ist eine Reihen- und Parallelschaltung?
Vereinfacht ausgedrückt ist das Verbinden von zwei (oder mehr) Akkus in Reihe oder parallel der Akt des Verbindens von zwei (oder mehr) Akkus miteinander, aber die Kabelverbindungen, die durchgeführt werden, um diese beiden Ergebnisse zu erzielen, sind unterschiedlich. Wenn Sie zum Beispiel zwei (oder mehr) LiPo-Akkus in Reihe schalten wollen, verbinden Sie den Pluspol (+) jedes Akkus mit dem Minuspol (-) des nächsten Akkus und so weiter, bis alle LiPo-Akkus angeschlossen sind. Wenn Sie zwei (oder mehr) Lithium-Akkus parallel anschließen wollen, verbinden Sie alle Pluspole (+) miteinander und alle Minuspole (-) miteinander, und so weiter, bis alle Lithium-Akkus angeschlossen sind.
Warum müssen Sie die Batterien in Reihe oder parallel schalten?
Für die verschiedenen Anwendungen von Lithium-Solarbatterien müssen wir durch diese beiden Verbindungsmethoden den perfektesten Effekt erzielen, damit unsere Solar-Lithium-Batterie kann maximiert werden. Welche Auswirkungen haben also Parallel- und Reihenschaltungen für uns? Der Hauptunterschied zwischen der Reihen- und der Parallelschaltung von Lithium-Solarbatterien liegt in den Auswirkungen auf die Ausgangsspannung und die Kapazität des Batteriesystems.
In Reihe geschaltete Lithium-Solarbatterien addieren ihre Spannungen, um Maschinen zu betreiben, die eine höhere Spannung benötigen. Wenn Sie zum Beispiel zwei 24V 100Ah Batterien in Reihe geschaltet werden, erhält man die kombinierte Spannung von einem 48-V-Lithium-Batterie. Die Kapazität von 100 Amperestunden (Ah) bleibt gleich. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Sie die Spannung und die Kapazität der beiden Batterien gleich halten müssen, wenn Sie sie in Reihe schalten, zum Beispiel können Sie nicht eine 12V 100Ah und eine 24V 200Ah in Reihe schalten!
Welche Vorteile bietet die Reihenschaltung von Solar-Lithium-Batterien?
Erstens sind Serienschaltungen leicht zu verstehen und aufzubauen. Die grundlegenden Eigenschaften von Serienschaltungen sind einfach, so dass sie leicht zu warten und zu reparieren sind. Diese Einfachheit bedeutet auch, dass es leicht ist, das Verhalten der Schaltung vorherzusagen und die erwartete Spannung und den Strom zu berechnen.
Zweitens sind für Anwendungen, die hohe Spannungen erfordern, wie z. B. ein dreiphasiges Solarsystem für den Hausgebrauch oder industrielle und gewerbliche Energiespeicher, in Reihe geschaltete Batterien oft die bessere Wahl. Durch die Reihenschaltung mehrerer Batterien erhöht sich die Gesamtspannung des Batteriesatzes und liefert die für die Anwendung erforderliche Spannung. Dies kann die Anzahl der benötigten Batterien verringern und die Konstruktion des Systems vereinfachen.
Drittens liefern in Reihe geschaltete Lithium-Solarbatterien höhere Systemspannungen, die zu niedrigeren Systemströmen führen. Dies liegt daran, dass die Spannung auf die Batterien in der Reihenschaltung verteilt wird, wodurch der durch die einzelnen Batterien fließende Strom reduziert wird. Geringere Systemströme bedeuten weniger Leistungsverluste aufgrund von Widerstand, was zu einem effizienteren System führt.
Viertens überhitzen Serienschaltungen nicht so schnell, was sie in der Nähe potenziell brennbarer Quellen nützlich macht. Da die Spannung auf die Batterien in der Reihenschaltung verteilt ist, wird jede Batterie mit einem geringeren Strom beaufschlagt, als wenn die gleiche Spannung an einer einzelnen Batterie anliegen würde. Dadurch wird weniger Wärme erzeugt und die Gefahr einer Überhitzung verringert.
Fünftens bedeutet eine höhere Spannung einen geringeren Systemstrom, so dass eine dünnere Verkabelung verwendet werden kann. Auch der Spannungsabfall wird geringer sein, was bedeutet, dass die Spannung an der Last näher an der Nennspannung der Batterie liegt. Dies kann die Effizienz des Systems verbessern und den Bedarf an teurer Verkabelung verringern.
In einer Reihenschaltung schließlich muss der Strom durch alle Komponenten der Schaltung fließen. Dies führt dazu, dass alle Komponenten die gleiche Strommenge führen. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Batterie in der Reihenschaltung mit dem gleichen Strom beaufschlagt wird, was zum Ausgleich der Ladung zwischen den Batterien beiträgt und die Gesamtleistung des Batteriesatzes verbessert.
Was sind die Nachteile der Reihenschaltung von Batterien?
Erstens: Wenn ein Punkt in einer Reihenschaltung ausfällt, fällt der gesamte Stromkreis aus. Das liegt daran, dass eine Reihenschaltung nur einen Pfad für den Stromfluss hat, und wenn dieser Pfad unterbrochen ist, kann der Strom nicht durch den Stromkreis fließen. Bei kompakten Solarstromspeichern kann der Ausfall einer Lithium-Solarbatterie dazu führen, dass das gesamte Paket unbrauchbar wird. Dies kann durch den Einsatz eines Batteriemanagementsystems (BMS) gemildert werden, das die Batterien überwacht und eine ausgefallene Batterie isoliert, bevor sie den Rest des Pakets beeinträchtigt.
Zweitens: Wenn die Anzahl der Komponenten in einem Stromkreis zunimmt, erhöht sich der Widerstand des Stromkreises. In einer Reihenschaltung ist der Gesamtwiderstand der Schaltung die Summe der Widerstände aller Komponenten in der Schaltung. Je mehr Komponenten dem Stromkreis hinzugefügt werden, desto größer wird der Gesamtwiderstand, was die Effizienz des Stromkreises verringern und den Leistungsverlust durch den Widerstand erhöhen kann. Dies kann durch die Verwendung von Bauteilen mit geringerem Widerstand oder durch eine Parallelschaltung zur Verringerung des Gesamtwiderstands der Schaltung abgemildert werden.
Drittens erhöht die Reihenschaltung die Spannung der Batterie, und ohne einen Konverter ist es unter Umständen nicht möglich, eine niedrigere Spannung aus dem Batteriesatz zu erhalten. Wenn zum Beispiel ein Akkupack mit einer Spannung von 24 V mit einem anderen Akkupack mit einer Spannung von 24 V in Reihe geschaltet wird, ergibt sich eine Spannung von 48 V. Wird ein 24-V-Gerät ohne Konverter an den Akkupack angeschlossen, ist die Spannung zu hoch, was zu Schäden am Gerät führen kann. Um dies zu vermeiden, kann ein Konverter oder Spannungsregler verwendet werden, um die Spannung auf das erforderliche Niveau zu reduzieren.
Was sind die Vorteile der Parallelschaltung von Batterien?
Einer der Hauptvorteile der Parallelschaltung von Lithium-Solar-Batteriebänken besteht darin, dass sich die Kapazität der Batteriebank erhöht, während die Spannung gleich bleibt. Das bedeutet, dass die Laufzeit des Batteriesatzes verlängert wird, und je mehr Batterien parallel geschaltet werden, desto länger kann der Batteriesatz genutzt werden. Werden beispielsweise zwei Lithiumbatterien mit einer Kapazität von 100Ah parallel geschaltet, ergibt sich eine Kapazität von 200Ah, wodurch sich die Laufzeit des Batteriepakets verdoppelt. Dies ist besonders nützlich für Anwendungen, die eine längere Betriebszeit erfordern.
Ein weiterer Vorteil einer Parallelschaltung ist, dass bei Ausfall einer der Lithium-Solarbatterien die anderen Batterien weiterhin Strom liefern können. In einem parallelen Stromkreis hat jede Batterie ihren eigenen Pfad für den Stromfluss. Wenn also eine Batterie ausfällt, können die anderen Batterien den Stromkreis immer noch mit Strom versorgen. Dies liegt daran, dass die anderen Batterien nicht von der ausgefallenen Batterie beeinflusst werden und weiterhin dieselbe Spannung und Kapazität aufrechterhalten können. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit erfordern.
Was sind die Nachteile der Parallelschaltung von Lithium-Solarbatterien?
Die Parallelschaltung von Batterien erhöht die Gesamtkapazität der Lithium-Solar-Batteriebank, wodurch sich auch die Ladezeit verlängert. Die Ladezeit kann sich verlängern und schwieriger zu handhaben sein, insbesondere wenn mehrere Batterien parallel angeschlossen sind.
Wenn Solar-Lithium-Batterien parallel geschaltet werden, wird der Strom unter ihnen aufgeteilt, was zu einem höheren Stromverbrauch und einem höheren Spannungsabfall führen kann. Dies kann zu Problemen wie einem geringeren Wirkungsgrad und sogar zur Überhitzung der Batterien führen.
Die Parallelschaltung von Lithium-Solarbatterien kann bei der Versorgung größerer Stromprogramme oder beim Einsatz von Generatoren eine Herausforderung darstellen, da diese möglicherweise nicht in der Lage sind, die von den parallel geschalteten Batterien erzeugten hohen Ströme zu bewältigen. Dies kann es erschweren, Probleme zu erkennen und zu beheben, was zu Leistungseinbußen oder sogar Sicherheitsrisiken führen kann.
Batterie-Management-System (BMS) Zellschutz
Ein BMS überwacht kontinuierlich die Spannung der einzelnen Zellen. Wenn die Spannung einer Zelle die der anderen übersteigt, reduzieren die BMS-Schaltkreise den Ladezustand dieser Zelle. Dadurch wird sichergestellt, dass der Ladezustand aller Zellen auch bei hohen Entlade- (> 100 Ampere) und Ladeströmen (> 10 Ampere) gleich bleibt.
Eine Zelle kann dauerhaft beschädigt werden, wenn sie nur ein einziges Mal überladen (Überspannung) oder überentladen (Entladung) wird. Das BMS verfügt über einen Schaltkreis, der den Ladevorgang blockiert, wenn die Spannung 15,5 Volt überschreitet (oder wenn die Spannung einer Zelle 3,9 V überschreitet). Das BMS trennt die Batterie auch von der Last, wenn sie auf weniger als 5% Restladung entladen ist (eine Überentladung). Eine übermäßig entladene Batterie hat normalerweise eine Spannung von weniger als 11,5 V (< 2,8 V pro Zelle).
Mehrere Batterien in Serie und oder parallel (jede Batterie mit eigenem BMS)
EarthX-Batterien sind für den Einsatz in Anwendungen mit bis zu zwei Batterien parallel und ohne zusätzliche externe Elektronik zugelassen. Die Beschränkung auf zwei Batterien ermöglicht normale Schwankungen bei einer Batterie, ohne die andere Batterie zu beeinträchtigen. Für Anwendungen mit mehr als zwei parallel geschalteten Batterien wenden Sie sich bitte an den technischen Support von EarthX.
EarthX-Batterien sind NICHT für den Serienbetrieb ohne technische Planung und Genehmigung zugelassen. Diese Einschränkung ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Impedanz, die Kapazität oder die Selbstentladungsraten zwischen den Zellen und zwischen den Batterien variieren. EarthX bietet viele 26,4-Volt-Batterien an. Es ist immer besser, eine einzelne 26,4-Volt-Batterie anstelle von zwei 13,2-Volt-Batterien in Reihe zu verwenden, da die einzelne Batterie intern jede der 8 Zellen in Reihe überwachen kann und sicherstellt, dass der Ladezustand aller Zellen ausgeglichen ist.
Paralleler Betrieb
Wie einzelne Zellen können auch Batterien parallel geschaltet werden, um eine höhere Energie/Leistung (Ampere-Stunden, Ampere) zu erzielen. Es können bis zu zwei Batterien parallel geschaltet werden. Um Batterien parallel zu schalten, verbinden Sie den Pluspol mit dem Pluspol und den Minuspol mit dem Minuspol, wie in Abbildung 4 rechts dargestellt.
Es ist wichtig, das gleiche Batteriemodell mit gleicher Spannung zu verwenden und niemals Batterien unterschiedlichen Alters zu mischen.
Wenn Sie zwei Batterien miteinander verbinden, müssen Sie sicherstellen, dass die Ladezustände ähnlich sind (Spannungen innerhalb von 0,3 Volt), bevor Sie die Verbindung herstellen. Bei einem großen Unterschied im Ladezustand kann ein hoher Strom zwischen den Batterien fließen.
In Situationen, in denen die Batterien automatisch ein- und ausgeschaltet werden, muss eine externe Einrichtung vorhanden sein, die den Strom auf weniger als den maximalen Ladestrom der Batterien und/oder die Strombelastbarkeit des Verbindungskabels begrenzt.
Serie Betrieb
Im Gegensatz zum Parallelbetrieb erfordert der Serienbetrieb oder der Serien-/Parallelbetrieb eine durchdachte Planung und Wartung, damit das System ordnungsgemäß funktioniert. Wenden Sie sich für die Genehmigung der Konstruktion an die Technik. Es ist wichtig, dass Sie das gleiche Batteriemodell mit gleicher Spannung und Kapazität (Ah) verwenden und niemals Batterien unterschiedlichen Alters mischen. Beide Batterien in einer Serienkonfiguration müssen genau gleich belastet werden, d. h. Sie können keine Last an nur eine Batterie in der Serie anschließen. Wenn Sie eine Batterie aufladen, müssen Sie die andere mit dem gleichen Ladezustand aufladen. Wenn Sie eine Batterie ersetzen, müssen Sie auch die andere Batterie ersetzen. Siehe das folgende Beispiel für eine Reihenschaltung (Abbildung 5).
SERIEN-/PARALLELBETRIEB
Nachfolgend ist die genehmigte Reihen- und Parallelschaltung dargestellt (Abbildung 6). Die Batterien sind als zwei getrennte Serienbatteriepfade verdrahtet, d. h. es gibt keine Querverbindungen zwischen den Mittelpunkten der beiden getrennten Pfade. Abbildung 7 zeigt eine falsche Verbindung mit einer Querverbindung zwischen den Mittelpunkten der beiden getrennten Reihenschaltungen.
Ist es möglich, Lithium-Solarbatterien sowohl in Reihe als auch parallel zu schalten?
Ja, es ist möglich, Lithiumbatterien sowohl in Reihe als auch parallel zu schalten, man spricht dann von einer Reihen-Parallelschaltung. Diese Art der Verbindung ermöglicht es Ihnen, die Vorteile von Reihen- und Parallelschaltungen zu kombinieren.
Bei einer Serien-Parallelschaltung werden zwei oder mehr Batterien parallel geschaltet und dann mehrere Gruppen in Reihe geschaltet. Auf diese Weise können Sie die Kapazität und Spannung Ihres Batteriesatzes erhöhen und gleichzeitig ein sicheres und zuverlässiges System aufrechterhalten.
Wenn Sie zum Beispiel vier Lithiumbatterien mit einer Kapazität von 50Ah und einer Nennspannung von 24V haben, können Sie zwei Batterien parallel schalten, um ein 100Ah, 24V-Batteriepaket zu erstellen. Dann könnten Sie eine zweite 100Ah-Batterie erstellen, 24V-Akkupack mit den beiden anderen Batterien und schalten Sie die beiden Pakete in Reihe, um ein 100Ah, 48V Akkupaket zu erstellen.
Reihen- und Parallelschaltung von Lithium-Solarbatterien
Eine Kombination aus einer Reihen- und einer Parallelschaltung ermöglicht eine größere Flexibilität, um mit Standardbatterien eine bestimmte Spannung und Leistung zu erreichen. Die Parallelschaltung ergibt die erforderliche Gesamtkapazität und die Reihenschaltung die gewünschte höhere Betriebsspannung des Batteriespeichersystems.
Beispiel: 4 Batterien mit je 24 Volt und 50 Ah ergeben in einer Reihen-Parallelschaltung 48 Volt und 100 Ah.
Serien-/Parallelbetrieb und Störungsanzeige
Jede EarthX-Batterie benötigt eine eigene LED für die Fehlerfernanzeige. Die 12-V-LED wird zwischen dem Pluspol der Batterie und dem Kabel der Fehlerfernanzeige (Pigtailkabel an der Seite der Batterie) angeschlossen, siehe Abbildung 8 unten. Der Anschluss der Störungsfernanzeige an ein EFIS ist in keiner Serienkonfiguration möglich (die 12-V-LED ist die einzige Option).
Serien-/Parallelbetrieb Aufladen (Wartung)
Wenn zwei 13,2-Volt-Batterien in Reihe geschaltet werden, ist es wichtig, dass die beiden Batterien aufeinander abgestimmt sind. Wenn eine Aufladung erforderlich ist, müssen beide Batterien gleich stark aufgeladen werden. Wenn eine Batterie ausgetauscht werden muss, müssen beide Batterien ausgetauscht werden. Beide Batterien müssen immer die gleiche Kapazität und den gleichen Ladezustand haben.
Häufig gestellte Fragen
Erhöht das Parallelschalten von Batterien die Amperestunden?
Ja. Wenn Sie Ihre Batterien parallel schalten, erhöhen Sie die Amperestundenkapazität Ihrer Batterien. Die Spannung bleibt dabei gleich.
Nehmen wir zum Beispiel an, Sie verbinden zwei 12v 100ah Batterien parallel geschaltet. Es bleibt ein 12-Volt-System, aber die Amperezahl verdoppelt sich auf 200ah. Und natürlich werden die Batterien viel länger halten.
Was passiert, wenn man zwei 12-Volt-Batterien in Reihe schaltet?
Wenn Sie zwei oder mehr 12-Volt-Batterien in Reihe schalten, erhalten Sie 24 Volt, aber Ihre Amperezahl ändert sich nicht. Wenn Sie dagegen diese 12-Volt-Batterien parallel geschaltet haben, handelt es sich immer noch um ein 12-Volt-System, aber die Amperezahl steigt. (Siehe Beispiel im folgenden Abschnitt.)
Halten Batterien in Reihe oder parallel länger?
Parallel geschaltete Batterien halten länger, weil die Spannung gleich bleibt, aber die Amperezahl steigt. Wenn Sie zwei 12-V-Batterien mit 50 Ah parallel schalten, handelt es sich immer noch um ein 12-Volt-System, aber die Amperezahl verdoppelt sich auf 100 Ah, so dass die Batterien länger halten. Werden die Batterien dagegen in Reihe geschaltet, erhöht sich die Spannung, während die Kapazität (ah) gleich bleibt.
Kann man Lifepo4-Batterien in Reihe schalten?
Das hängt von den Batterien ab - wenn Sie Ionic-Batterien haben, ist das wahrscheinlich möglich (überprüfen Sie das aber noch einmal). Viele Lifepo4-Batterien können nicht in Reihe geschaltet werden, weil sie sonst beschädigt werden. Die meisten Ionic-Lithiumbatterien können jedoch in Reihe geschaltet werden. Das gilt jedoch nicht für alle, daher sollten Sie in der Bedienungsanleitung Ihres Akkus nachsehen, um sicherzugehen.
Ist Serie oder parallel leistungsfähiger?
Eine Parallelschaltung verbraucht mehr Strom. Im Vergleich zu einer Reihenschaltung (beide haben die gleiche Spannung) wird bei einer Parallelschaltung von jedem der Widerstände viel mehr Leistung abgeführt.
Was ist sicherer, Serie oder parallel?
Im Allgemeinen ist keines von beiden sicherer als das andere. Sie sind mehr oder weniger gleich sicher. Die Versorgungsspannung ist das Wichtigste, was hier zählt.
Halten Batterien in Reihe oder parallel länger?
Reihenschaltungen liefern eine höhere Spannung, die einen etwas höheren Wirkungsgrad hat. Das bedeutet, dass in Reihe geschaltete Batterien geringfügig länger halten können als parallel geschaltete Batterien. Allerdings bieten in Reihe und parallel geschaltete Batterien in etwa die gleiche Laufzeit. Schauen wir uns ein kurzes Beispiel an, das erklärt, warum das so ist.
Zwei 12-Volt-Batterien mit einer Kapazität von 100 Ah versorgen ein 240-Watt-Gerät. Diese beiden in Reihe geschalteten Batterien liefern 24 Volt und 100 Ah Kapazität. Die Stromaufnahme des Geräts beträgt zehn Ampere (24 x 10 = 240). Die theoretische Laufzeit des Seriensystems ist 100 Ah geteilt durch zehn Ampere, also zehn Stunden.
Umgekehrt liefern die gleichen zwei Batterien parallel 12 Volt und 200 Ah Kapazität. Die Stromaufnahme des Geräts beträgt in dieser Konfiguration 20 Ampere (12 x 20 = 240). Die theoretische Laufzeit des Parallelsystems ist 200 Ah geteilt durch 20 Ampere, also ebenfalls zehn Stunden.
Kann man zwei Batterien gleichzeitig in Reihe und parallel betreiben?
Kann man Batterien in Reihe und parallel schalten? Sie können nicht dieselben Batterien in Reihe und parallel verdrahten, da Sie das System kurzschließen würden, aber Sie können Batteriesätze in Reihe und parallel verdrahten, um eine größere Batteriebank mit einer höheren Spannung zu schaffen.
Ist es in Ordnung, 2 Batterien parallel zu laden?
Durch die Parallelschaltung werden die Amperestunden der einzelnen Batterien gestapelt, was eine längere Nutzung ermöglicht. Diese Art des Aufbaus ist für Systeme geeignet, die eine niedrigere Spannung verwenden, aber über einen längeren Zeitraum genutzt werden.
