Akku: Parallel / Seriell / Heiraten

akku-parallel

In diesem Beitrag geht es um Akkuträger mit seriell/parallel geschalteten Akkus. Wo liegen die Unterschiede, und was dies für die Leistung und Sicherheit bedeutet.


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Inhalt

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Begriffe & Einstieg

Wenn ein Akkuträger mehrere Akkus aufnehmen kann dann sieht man im nicht unbedingt an ob die Akkus seriell oder parallel verschaltet sind. Es kommt auf die interne Verdrahtung an. Bei Akkuträgern wo mehrere Akkus hintereinander in eine Röhre eingeschoben werden ist hingegen immer klar: seriell.

akku-seriellSeriell:
Das bedeutet das mehrere Akkus hintereinander in Reihe geschaltet werden, also eine Akku-Polonaise quasi. 😉 Bei serieller Verschaltung addieren sich die Spannungen (Volt) der einzelnen Akkus. Zwei voll geladene Li-Ion Akkus liefern also 2x 4,2 = 8,4 Volt.

  • Vorteil seriell: Mit hohen Spannungen lassen sich leichter/verlustärmer hohe Leistungen bei hohen Widerständen erzeugen.
  • Nachteil seriell: Die Akkus können mit zunehmender Alterung der Akkus während der Entladungsphase in der Spannung stark auseinander driften und Schaden nehmen, oder ausgasen.

Parallel:
akku-parallelHier werden mehrere Akkus „nebeneinander gelegt“ und alle Pluspole überbrückt. Ebenso werden die Minuspole untereinander gebrückt. Die Spannungen (Volt) addieren sich nicht, sie bleibt immer gleich, egal wie viele Akkus es sind.

  • Vorteil parallel: Leichte Spannungsunterschiede der Akkus gleichen sich immer wieder automatisch an, wenn sie etwas Zeit dafür bekommen. Beim „100-Watt-Kette-Dampfen-bis-Akku-leer-ist“ wird das nicht klappen. Es ist auch absolut kein Freibrief beliebige Akkus zu mischen!!! Es ist lediglich ein kleiner Vorteil gegenüber der seriellen Verschaltung, weil das Auseinanderdriften der Akkus ständig kompensiert wird, und so die Alterung der Akkus untereinander etwas gleichmäßiger geschieht als bei seriell. Bei seriell ist einer der Akkus immer das kleinste Kücken im Nest, und bekommt gerade gegen Ende der Akkuladung immer am meisten auf den Deckel.
  • Nachteil parallel: Keine Spannungserhöhung.

Akkus verheiraten

Akkus, die gemeinsam betrieben werden, müssen „verheiratet“ werden. Unabhängig davon ob sie im Akkuträger parallel oder seriell verschaltet sind. Unter der feierlichen Akku-Heirat versteht man das ein Akku-Paar (oder Trio) von Dir wie ein einziger Akku behandelt wird. Das heißt das die Anzahl an Lade- und Entladezyklen gleich bleiben muss. Sie müssen nicht zwingend gleichzeitig geladen werden, nur die Anzahl der Lade-/Entladezyklen muss gleich sein. Auch die Belastung muss gleich sein. Wenn man einen einzelnen Akku 20x mit 10 Watt entladen hat, und einen anderen 20x mit 30 Watt, dann ist die Abnutzung/Alterung der Akkus unterschiedlich und sie taugen nicht für eine Heirat.
Daher: Immer nur nagelneue Akkus verheiraten, und aus einem solchen Akku-Verbund nutzt Du keinen Akku separat von den anderen.

Durch die Heirat unterliegen die Akkus der gleichen Abnutzung und ihre Spannungsverläufe (die Voltzahl) sinken beim Entladen annähernd gleich schnell.

Dies ist wichtig weil bei ungleichen Spannungen und paralleler Anordnung Ausgleichsströme zwischen den Akkus fließen. Der Akku der eine höhere Spannung hat „füttert“ den Akku mit der geringeren Spannung. Der Strom der dabei fließt kann sehr hoch sein, viel höher als die Stromstärke mit der der Akku geladen werden darf. Dann geht der Akku kaputt und kann ausgasen.

Bei serieller Anordnung führen unterschiedliche Spannungsverläufe zur Zerstörung eines Akkus durch Tiefentladung. Während der/die anderen Akkus noch beispielsweise bei 3,0V sind, könnte ein etwas schwächerer Akku schon unterhalb 2,5V sein und Schaden nehmen, unbemerkt. Dies kann ebenfalls zum ausgasen führen. Ein zu tief entladener Akku darf nicht mehr aufgeladen werden, er muss entsorgt werden.

Der Alte muss weg!

Verheiratete Akku-Paare werden irgendwann auseinander driften, also Unterschiede in der Alterung zeigen. Von Zeit zu Zeit sollte man daher mal einen Blick auf die Spannung der Akkus werfen. Das funktioniert aber nur bei seriell geschalteten Akkus. Bei parallelen gleichen sich die Spannungen ständig an. Eigentlich gut, aber wenn ein „faules Ei“ unter den Akkus ist, bleibt es so leider unentdeckt. Daher ist, unabhängig von seriell/parallel, ein Ladegerät mit dem man die Kapazität der Akkus von Zeit zu Zeit überprüfen kann eine gute Idee, bitte schau mal da: Akku-Alterung ermitteln

Hat man ein faules Ei entdeckt, ist die Ehe dahin und man muss einen komplett neuen Satz Akkus verheiraten.

Wieviel Toleranz man der Ehe zugestehen sollte, das ist eine schwierige Frage, die wohl niemand ganz genau beantworten kann.

  • Bei seriell: Hat ein Akku nach der Entladung eine Spannung die deutlich von den anderen Akkus abweicht, dann sollte Schluss gemacht werden. Aber was ist „deutlich“? Gute Frage… Als Anhaltspunkt könnte vielleicht dieses dienen:
    • Mehr als 0,3 Volt Unterschied, oder…
    • Ein Akku der mit unter 3 Volt aus dem Akkuträger kommt, denn: Das was man da messen kann ist nur die Leerlaufspannung. Im Akkuträger, unter Last, ist die tatsächliche Spannung noch mal einiges geringer, man kann es nur raten wieviel sie tatsächlich unter Last beträgt. Je mehr Watt abverlangt wird, desto höher ist der Spannungsabfall. Also sollten Hochwattdampfer pingeliger sein bei der Toleranz der Spannungsunterschiede nach der Entladung.
  • Bei parallel: Da sich die Spannungen ständig ausgleichen, ist es nicht möglich ein faules Akku-Ei nach der Entladung zuverlässig zu identifizieren. Das geht nur über die Messung der Kapazität, oder den Innenwiderstand. Wieviel Toleranz noch ok ist könnte ich auch nur raten. Ich persönlich würde vielleicht bei 10% Unterschied die Ehe beenden. Geraten!

Ein ganz sicheres Indiz für einen faulen Akku ist die Erwärmung. Ist ein Akku spürbar wärmer als ein anderer, dann sollte die Ehe sofort enden. Soweit sollte man es aber gar nicht erst kommen lassen.

Die beste und universellste Methode ist per gelegentlicher Kapazitätsmessung die Akkus im Blick zu behalten. Denn dabei sieht man gleich beides: Die absolute Alterung eines Akkus, und den Unterschied zu seinem Ehe-Partner: Akku-Alterung ermitteln

Akku-Spannungsverlauf Beispiel

Klick, aufklappen…

Heiraten? Das möchte ich schriftlich haben!

Das sollte bei einer Heirat doch kein Problem sein… 😉 Verheiratete Akkus müssen beschriftet werden, sonst geht irgendwann was durcheinander, versprochen. CD-Marker funzt, und dann klebe ich noch einen Tesa-Streifen über die Schrift, sonst grabbelt man die im Lauf der Zeit ab, auch versprochen! 😉 Je nach Akku und Akkuträger kann es im Batteriefach aber eng werden mit dem zusätzlichen Tesa. Im Zweifel das Tesa lieber weglassen, falls dadurch die freie Entgasungsmöglichkeit der Akkus beeinträchtigt ist. Vielleicht kennt ja jemand einen grabbelfesten Stift, bitte melde Dich! 🙂

Beispiele zur Beschriftung:

  • iStick A #1/2 | iStick A #2/2
  • iStick B #1/2 | iStick B #2/2
  • RX Januar 2016 #1/3 | RX Januar 2016 #2/3 | RX Januar 2016 #3/3
  • RX Mai 2016 #1/3 | RX Mai 2016 #2/3 | RX Mai 2016 #3/3

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Strombelastung, parallel/seriell

In einem elektronisch geregelten Akkuträger

Nehmen wir an ein einzelner Akku besitzt eine Strombelastbarkeit von 10 Ampere. Nehmen wir außerdem an wir möchten mit 40 Watt dampfen.

  • 2 parallele 10-Ampere-Akkus besitzen effektiv 20A Strombelastbarkeit, da sich der Strom zwischen ihnen aufteilt.
  • 2 serielle 10-Ampere-Akkus besitzen weiterhin nur 10A Strombelastbarkeit, da der gesamte Strom durch beide fließt, sich nicht teilt.

Jedoch verdoppelt sich bei serieller Schaltung die Spannung! Und nun kommt das Entscheidende:

Bei doppelter Spannung lässt sich die gleiche Leistung bei halbem Stromfluss erzeugen:

  • 40 Watt parallel (max 20A zulässig), bei 4 Volt: 10A=50% reale Belastung
  • 40 Watt seriell  (max 10A zulässig), bei 8 Volt:  5A=50% reale Belastung

Wie man sieht werden in beiden Fällen die „Akku-Packs“ im Verhältnis zu ihrer maximalen Belastungsgrenze gleichermaßen beansprucht. In diesem Fall zu 50% ihrer maximalen Belastbarkeit. Die effektive Stromentnahme ist daher, bei gleicher Watt-Leistung, in jedem einzelnen Akku immer die Gleiche (in diesem Fall 5A), unabhängig von parallel/seriell.

Somit ist auch die Akkulaufzeit die Gleiche – doppelt so lang wie mit einem einzelnen Akku.
Update: In der Praxis können jedoch die Verluste der Spannungswandlung bei seriellen Akkuträgern sehr hoch sein, weshalb man in Bezug auf die Akkulaufzeit mit einem parallel-Akkuträger besser bedient sein kann: Akkuträger Wirkungsgrade

In einem ungeregelten Akkuträger

In einem rein „mechanischen“ / ungeregelten Akkuträger kann nichts elektronisch geregelt werden, doch die Logik ist die Gleiche: Wenn man mit 40 Watt dampfen möchte, muss man lediglich den vierfachen Widerstand wickeln, sonst bekäme man, durch die doppelte Spannung, die vierfache Leistung bei serieller Schaltung:

  • 2x Parallel: 4 Volt bei 0,4 Ohm =  40 Watt (10A Belastung)
  • 2x Seriell: 8 Volt bei 0,4 Ohm = 160 Watt (20A Belastung)
  • 2x Seriell: 8 Volt bei 1,6 Ohm =  40 Watt5A Belastung)

Fazit

Wieviel Watt ausgegeben werden ist für die Strombelastung der einzelnen Akkus das einzig entscheidende, egal ob die Akkus seriell oder parallel geschaltet sind.

Übersicht der Leistung bei serieller Anordnung

Mit serieller Anordnung der Akkus („stacking“) lassen sich, aufgrund der hohen Spannung, besonders leicht wahnwitzige Leistungen erzeugen – die die Akkus aber auch vertragen können müssen!

Die folgende Übersicht zeigt welche Leistung bei wieviel Ohm mit 2 seriell geschalteten Akkus entsteht, und wieviel Ampere jeder einzelne der beiden Akkus dafür immer mindestens haben muss, gerne auch mehr. Der VTC5A passt also immer, solange 35A nicht überschritten werden. Es ist mit 8,4 Volt gerechnet – der Spannungsabfall bewirkt real eine geringere Leistung, je nach Akku & abgeforderter Leistung.

Bitte beachte: Diese Tabelle gilt ausschließlich für mechanische/ungeregelte Akkuträger. Für elektronisch geregelte Akkuträger bitte da lang: Sichere Akkus für regelbare Akkuträger

Ohm Watt Ampere mAh Amazon GearBest FastTech
0,24 294
(wörgs)
35 2600 VTC5A VTC5A
0,28 252
(röchel)
30 2100 VTC4 VTC4 VTC4
0,42 168
(hust)
20 3000 LG HG2 LG HG2 LG HG2 
0,56 126
(japs)
15
1,10 64
(wedel)
8 3500           Samsung
INR 35E
          
–          
1,50-… 47-…
(lüft)
6
2,00 35 4
2,50 28 3
3,00 24 3
3,50 20 2
4,00 18 2
4,50 16 2
5,00 14 2
5,50 13 2
6,00 12 1

Links & Kommentare

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15 Antworten auf „Akku: Parallel / Seriell / Heiraten“

  1. Hallo,

    also muss man auch darauf achten, die Akkus immer in der selben Konstellation einzulegen? Also Akku1 immer in Steckplatz 1, Akku 2 immer in Steckplatz 2 usw. ?
    Und warum muss man das machen, bzw. warum ist das wichtig?

    Gruß
    Jens

  2. Ok. Und warum schreibst du dann:

    Beispiele zur Beschriftung, iStick 100, 2 Akku-Sätze:

    iStick A #1 | iStick A #2
    iStick B #1 | iStick B #2

    Reuleaux, 3 Akku-Sätze:

    RX Januar 2016 #1 | RX Januar 2016 #2 | RX Januar 2016 #3
    RX Mai 2016 #1 | RX Mai 2016 #2 | RX Mai 2016 #3
    RX August 2016 #1 | RX August #2 | RX August #3

    Was soll das genau bedeuten? Warum nicht einfach iStick A auf den einen Akku und auf den anderen Akku auch iStick A schreiben? Wieso #1 und #2? Ich denke man muss die Akkus nicht immer in derselben Konstellation einsetzen?

    1. Die Nummerierung bezieht sich nicht auf eine bestimmte Position im Akkuträger. Das steht auch nicht im Beitrag, ich verstehe aber Deine gedankliche Ableitung. Innerhalb eines Verbunds nummeriere ich, weil ich bei neuen Akkus einmal die Kapazität messe und in einer Tabelle festhalte. Wenn ich dann später prüfe wie sich die Akkus abgenutzt haben kann ich genau sehen wie sich jeder Akku entwickelt hat.
      Das muss man nicht zwingend machen, aber wenn man den Stift schon in der Hand hat: Warum nicht? 🙂

      Man könnte auch alle drei Akkus nur mit „RX August 2016“ beschriften und später deren Kapazität messen, und wenn sie zB 10% auseinander liegen die Heirat beenden. Geht auch.

  3. was du auf deinen akku draufpinselst, bleibt letztlich dir überlassen. wichtig ist nur, daß du die akkus nicht verwechselst, nachdem du sie verheiratet hast. du kannst sie auch unterschiedlich verschleiern, also rot, gelb, grün, braun, blau etc. streichen. welcher akku an welchen steckplatz ist völlig wurscht, da sie beide als einheit belastet werden. was auch der zweck der hochzeit ist, eben ein bund für ’s akku-leben…

  4. Hallo,

    du schreibst: „bei serieller Anordnung führen unterschiedliche Spannungsverläufe zur Zerstörung eines Akkus durch Tiefenentladung. Während der/die anderen Akkus noch beispielsweise bei 3,0V sind, könnte ein etwas schwächerer Akku schon unterhalb 2,5V sein und Schaden nehmen, unbemerkt. Dies kann ebenfalls zum ausgasen führen. Ein zu tief entladener Akku darf nicht mehr aufgeladen werden, er muss entsorgt werden.“

    Ich denke die Wismec hört auf zu feuern und zeigt an, wenn die Akkus mit 0,3 Volt auseinander gehen, oder? Wie kann dann ein Akku unterhalb 2,5 Volt gehen, wenn die anderen Akkus noch 3 Volt haben. Oder habe ich da was falsch verstanden?

    Und wie sieht es mit der Aussage aus, die jemand bei mountainprophet schreibt: „bei akkuträgern in reihenschaltung, die die zellen einzeln überwachen (dh wenn eine beliebige zelle unter die abschaltspannung fällt, feuert er nimmer) ist das verheiraten keine sache der sicherheit — dann wird halt der akkusatz immer nur soweit entladen, bis die schwächste zelle unter die abschaltspannung fällt.

    sicherheitsrelevant wird es bei parallelschaltung an den grenzen der belastbarkeit — wenn da eine zelle einen höheren innenwiderstand hat als die andere, dann verteilt sich der strom ungleich und die „bessere“ zelle wird überlastet.“

    Stimmt diese Aussage?

    Gruß
    Jens

    1. Hi Jens, dieser Beitrag handelt nicht von der Wismec, bitte nicht durcheinander würfeln. Dieser Beitrag erklärt das Prinzip und die Auswirkungen von parallel/seriell im allgemeinen. Mechanische Akkuträger (Noisy Cricket zB) haben keine Schutzschaltungen, und es mag geregelte Akkuträger geben die keine Überwachung haben, oder die fehlerhaft arbeiten. Daher ist das Einhalten der Grundprinzipien („verheiraten“) immer eine sehr gute Idee.

      Die RX feuert immer, auch wenn „imbalanced“ erscheint. Sie hat aber eine Unterspannungsüberwachung für jeden einzelnen Akku, daher sollte kein einzelner Akku unter die Abschaltspannung fallen können.
      Das mit dem Laden/Entladen bei stark ungleichmäßigen Akkuspannungen steht im RX 2/3 Test, unter „Seriell Besonderheiten“.

      Wie Du unterschiedlich abgenutzte Akkus erkennen kannst steht hier unter „Der Alte muss weg!“. Ob Du den Innenwiderstand (immer von gleichen Akkumodellen), oder deren reale Kapazität misst kannst Du Dir aussuchen. Eine sehr gute Kapazitätsmessung ist für 20 Euro machbar (Lii-500 Test), die Innenwiderstandsmessung nicht, wenn sie zuverlässig sein soll.

  5. Hört und liesst dich alles Plausibel’verständlich‘! Es gibt einzelne Seiten die n.spezieller frsuf eingehen… Was man un was sich im AT tuht..
    Solch Art Upzugraden finde ich.. Ist sehr hohes Feingefühl Sicherheit Primär Gefragt’leider werden solch Plastik’Alu ectr.box tube mod immer billiger un z.t. Phne Warnungen…
    Dampfe nun Schonn Sehr lange.. Ans Ungeregelte zog es mich an.. Da ich Auch das Ohmische Gesetzt und gewisses Feingefühl entwickelt habe.. Drahtverhalten.. Coils aller Art und „Akku Verhalten..
    Aufen punkt’Solch Nennen wirs Extrem Setting’s Rate ich Nur Dampfern.. Die sonst Alle Firmeln und Geschick im kleine Finger haben!!
    Seht hőrt ihr das Da Jemand mit ner Seriell box/At mod Einsteige will . …?? Abraten u.erstmal Ganz Cool All Das was Das Danpfen bietet ausprobieren(ggbfls.die Hardware ab i.d. Kiste) und eilt nich zu Sehr. Niederohm hinterher…kleiner tip :Mit Moderat 1.5ohm (ist Din Wert) sagt nix zur Art der wicklung’ykann man Sehr Geil Geniessen… Auch mit 0,8Ohm..
    Aber *111watt u.m. Brauch kein Dampfer…
    Es sei denn ..Mann ist so Durchgepuster.. Un würsmd Diremt an nem Nebler in der Disce Ziehn..
    Fazit : Lasst die Finger von Limit und Űbertreiben.. Es geht 3 x mal gut.. Und beim 4ten *** ..
    Gut Dampf ‚Vapesave ‚ AkkuSicherheit… Formeln… Und Dem Zauber liegt nichts im Weg ! 😉 gLg @ Allen.. Wünsch Euch Allen ein ‚Frohes Fest‘ Gesundheit.. Und viel GenussDampfen..
    Mfg maincyboy
    Zac. gLg Allen u. ERF …DhD GCC Allen Gute Leuts <3<3<3 und euch Wissen ist Wichtig.. Gebt es Weiter B-)

  6. Hey, hoffe ich bekomme noch Antwort.
    Kann ich denn parallel verheiratete Akkus, die ich vorher in einer Evic Primo nutze, nun in einer Rx 2/3 dampfen?

    1. Klar kannste. Es geht beim Verheiraten nur darum das alle Akkus eines Satzes gleich belastet werden / altern. In welchem AT, oder ob Du die ATs wechselst ist egal. 🙂

  7. Hallo, hab mal ne Frage zum „verheiraten“…

    Ich habe zwei Wismec Reuleaux RX200 Boxen. Jede Box hat ihren eigenen Satz verheiratete Akkus, 3 Stück an der Zahl. Nun ist eine Box kaputt gegangen. Kann ich deren Satz Akkus auch in der anderen Wismec Box nutzen, bzw. was würde schlimmstenfalls passieren…? (Wenn das Paar aus der kaputten Box schnell auseinander driftet oder nach einer gewissen Zeit tiefenentladen würde könnte ich das verkraften, die Akkus müssten ja ansonsten sowieso auf den Müll da man sie nicht trennen darf, und so hätten sie wenigstens noch ein paar zusätzliche Wochen/Monate in denen sie nutzbar wären.)

    1. Das ist kein Problem. Es geht beim verheiraten nur darum die Akkus immer in ihrem gesamten Verbund zu benutzen, so dass alle beteiligten Akkus eines Verbunds gleichmäßig abnutzen. In welchem Akkuträger Du das tust spielt keine Rolle. Du kannst einen verheirateten Verbund wo immer Du möchtest nutzen. Als Gedankenstütze kann man einen Verbund, egal aus wievielen Akkus er besteht, immer als „einen Akku“ betrachten, und den kann man jederzeit einsetzen wo man möchte.

  8. Hallo morgennebel, ganz toll erklärt das ganze es ist immer wieder eine Freude sowas zu lesen, wirklich gut das es menschen wie dich gibt….großes Lob, bitte weiter so.

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