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.



Werbung

Die meisten Links auf dieser Seite sind Affiliate-Links, durch die ich eine kleine Provision erhalte, wenn du etwas darüber kaufst. Die Preise bleiben für dich unverändert. Affiliate-Link-Kürzel:  AM = Amazon, EB = Ebay, FT = FastTech, GB  = Gearbest, AL = Aliexpress


Inhalt

Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen über'm Haupthaar aufplöppen: Abkürzungen & Begriffe

Begriffe & Einstieg

Wenn ein Akkuträger (FAQ) 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

  • Quick-Tipps:
    • Lege niemals Akkus mit stark unterschiedlichen Spannungen in einen Akkuträger (ein Akku voll, der andere 3/4 voll).
    • Habe die Alterung der Akkus im Blick, und tausche sie rechtzeitig gegen neue aus.
    • Verwende nur verheiratete Akkus:

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 gilt: 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.

Guckst du: Vaping-Tools. 🙂

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.

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.
Beitrag: Akku-Alterung ermitteln

Akku-Spannungsverlauf Beispiel

Klick, aufklappen…

Ich habe mir mal angeschaut wie die Spannungsunterschiede meiner VTC3 Akkus während der Entladung aussehen. Die Akkus haben, geraten, ca. 50 Ladezyklen hinter sich, sind also nicht mehr neu. Der Akkuträger ist eine Wismec RX200S (Test) mit 3 seriell geschalteten Akkus. Die Spannungen welche die RX im Display anzeigt kann man getrost vergessen, da sie viel zu ungenau sind (die Spannungen liegen häufig weiter auseinander als sie tatsächlich sind). Man muss ein Multimeter verwenden um eine Aussage treffen zu können. Eine Empfehlung findest Du hier, in den Dampfer Tools.

Die VTC Akkus haben die Besonderheit das sie ab ca. 3,3V Lastspannung kaum noch Saft haben und dann ziemlich rapide in der Spannung einbrechen. Da die Akkuträger fast immer deutlich unterhalb von 3,3V abschalten, kann es passieren das die vollständig entladenen Akkus nicht ganz das richtige Bild zeigen – sie wirken ungleicher als sie eigentlich sind. Daher würde ich den Spannungsunterschied der VTC bewerten wenn die Akkus noch nicht völlig entladen sind, sondern kurz davor.

  • RX200S Akkufüllstand „33%“: Ich entnehme die Akkus und messe die Leerlaufspannung:
    3,563 / 3,565 / 3,568. Das sind nur 0,005 Volt Unterschied, tip top.
  • RX200S Akkufüllstand „16%“
    3,460 / 3,461 / 3,463. Sogar nur 0,003 Volt Unterscheid, was einfach daran liegt das ich etwas später gemessen habe – die Akkus mehr Zeit hatten sich vom letzten Zug zu erholen. Unmittelbar nach einem Zug (einer Belastung) sind die Spannungen immer am unterschiedlichsten. Messen sollte man also möglichst zügig, um der Realität am nächsten zu kommen. Also, noch mal zwei Züge gemacht, und hopplahopp gemessen:
    3,449 / 3,453 / 3,456 = 0,007 Volt
    Und schon sind es doppelt so viel, aber immer noch viele Lichtjahre davon entfernt sich Sorgen zu machen.
  • RX200S Akkufüllstand „Akkusymbol blinkt“ und „Weak Battery“ erscheint (bei 16 Watt).
    3,287 / 3,319 / 3,353 = 0,066V Unterschied
    Schon grob das zehnfache gegenüber der Differenz die sie bei 3,45V noch hatten.
  • RX200S Akkufüllstand „Akkus vollständig leer“ (RX verweigert das Feuern)
    3,158 / 3,206 / 3,252 = 0,094V
    Hier bin ich also bei rund 0,1V Unterschied, also ganz grob 20x mal mehr Differenz von dem was die Akkus kurz vorher noch bei 3,4/3,5V hatten. Ok, und normal. Auch ein größerer Spannungsunterschied würde mich hier nicht schrecken.

Würden die Akkus schon bei 3,5V einen Unterschied von 0,1V haben, dann würde ich anfangen die Akkus im Auge zu behalten (öfter nachmessen zur Kontrolle, zB alle 20 Ladezyklen). Bei 0,3V Unterschied würde ich die Heirat spätestens beenden, geraten! Sobald mir da praktische Erfahrungen vorliegen, wie sich die Akkus dann konkret verhalten (Kapazitätsverlust, Innenwiderstand, ggf. spürbare Erwärmung) werde ich sie hier beschreiben. Bislang ist keiner meiner Akkus so ausgelutscht das ich etwas handfestes dazu schreiben könnte. Meine Akkus halten „leider“ ewig – ich dampfe einfach zu wenig mit 200 Watt. 😀

Achtung! Mechanische (elektronisch ungeregelte) Akkuträger haben keine Endabschaltung welche die Spannung überwacht (Noisy Cricket zB). VTC Akkus unter 3,3V Lastspannung (ca. 3,5V Leerlaufspannung) können dort innerhalb weniger Züge sehr extrem aus dem Ruder laufen und zu tief entladen werden! Wenn man bemerkt das der Dampf plötzlich spürbar abnimmt, wirklich sofort aufhören und die Akkus wieder aufladen.

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
Schau in die Dampfer-Tools. 🙂

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. 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 Benötigter Akku
0,24 294
(wörgs)
35 Sony VTC5A
35A  2600 mAh
AM|EB|FT|GB
0,28 252
(röchel)
30 Sony VTC4
30A  2100 mAh
AM|EB|FT|GB
0,42 168
(hust)
20 LG HG2
20A  3000 mAh
AM|EB|FT|GB
0,56 126
(japs)
15

Sony VTC6
15A  3000 mAh
AM|EB|FT|GB

Samsung 30Q
15 / 3000
AM|EB|FT|GB

1,10 64
(wedel)
8 Samsung INR 35E
8 / 3500
AM|EB|FT|GB
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

Anerkennung

Wenn ich dir mit diesem Beitrag helfen konnte, würde ich mich über eine kleine Anerkennung freuen. Ich würde dann sogar mit den Armen rudern – und ich rudere nicht leichtfertig mit den Armen! 😉

Teilen

Teile diesen Beitrag in Foren / im Web.
…oder auf Facebook / Twitter:

Benachrichtigung

Abonniere meine Facebook-Seite
Folge mir auf Twitter
Per Email

Beiträge Finden

Links & Kommentare

  • Akkus & Zubehör
    • AM|EB|FT  Ladegerät & Analyser 4-Akkus
    • AM|EB|GB  Ladegerät & Analyser 1-Akku
    • AM|EB|FT  Akku für alle Akkuträger
    • AM|EB|FT  Schrumpfschlauch
    • AM|EB|FT  Transport
    • AM|EB|FT  LadestrombegrenzerSiehe Beitrag
    • AM|EB|FT   USB-Monitor Kapazität (mAh) und Akku-Alterung bei Geräten mit eingebautem Akku prüfen.
    • Meine aktuellen Lieblingsakkuträger
      • AM|EB|FT  Für 1 Akku
      • AM|EB|FT  Für 2 Akkus
      • AM|EB|FT  Für 3 Akkus
      • AM|EB|FT  Kombi-Akku
    • Noch mehr Auswahl: Dampfer Zubehör
Thematisch verwandte Beiträge:
0 0 Stimmen
Artikel Bewertung
Kommentar-Benachrichtigung aktivieren
Benachrichtige mich für diesen Beitrag bei
22 Kommentare
neueste
älteste meiste Bewertungen
Inline Feedbacks
Alle Kommentare ansehen
22
0
Schreibe einen Kommentarx