Akku: Parallel / Seriell / Heiraten

akku-parallel

In diesem Beitrag geht es um Akkutr√§ger mit seriell/parallel geschalteten Akkus. Wo liegen die Unterschiede, und was¬†dies f√ľr die Leistung und Sicherheit bedeutet.


Inhalt

Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen √ľber'm Haupthaar aufpl√∂ppen:¬†Abk√ľrzungen & 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. ūüėȬ†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/verlust√§rmer hohe Leistungen bei hohen Widerst√§nden erzeugen.
  • Nachteil seriell: Die Akkus k√∂nnen mit zunehmender Alterung der Akkus w√§hrend der Entladungsphase¬†in der Spannung¬†stark auseinander driften und Schaden nehmen, oder ausgasen.

Parallel:
akku-parallelHier werden mehrere Akkus „nebeneinander gelegt“ und alle Pluspole √ľberbr√ľckt. Ebenso werden die Minuspole untereinander gebr√ľckt. 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 daf√ľr 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 gegen√ľber der seriellen Verschaltung, weil das Auseinanderdriften der Akkus st√§ndig kompensiert wird, und so die Alterung der Akkus untereinander etwas¬†gleichm√§√üiger geschieht als bei seriell. Bei seriell ist einer der Akkus immer das kleinste K√ľcken im Nest, und bekommt gerade gegen Ende der Akkuladung immer am meisten auf den Deckel.
  • Nachteil parallel: Keine Spannungserh√∂hung.

Akkus verheiraten

  • Quick-Tipps:
    • Lege niemals Akkus mit stark unterschiedlichen Spannungen in einen Akkutr√§ger (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, m√ľssen „verheiratet“ werden. Unabh√§ngig davon ob sie im¬†Akkutr√§ger¬†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 hei√üt das die Anzahl an Lade- und Entladezyklen gleich bleiben muss. Sie m√ľssen 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 f√ľr 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 Ausgleichsstr√∂me zwischen den Akkus flie√üen. Der Akku der eine h√∂here Spannung hat „f√ľttert“ den Akku mit der geringeren Spannung. Der Strom der dabei flie√üt kann sehr hoch sein, viel h√∂her als die Stromst√§rke mit der der Akku geladen werden darf. Dann geht der Akku kaputt und kann ausgasen.

Bei serieller Anordnung f√ľhren unterschiedliche Spannungsverl√§ufe zur Zerst√∂rung eines Akkus durch Tiefentladung. W√§hrend der/die anderen Akkus noch beispielsweise¬†bei 3,0V sind, k√∂nnte ein etwas schw√§cherer Akku schon unterhalb 2,5V sein und Schaden nehmen, unbemerkt. Dies kann ebenfalls zum ausgasen f√ľhren. Ein zu tief entladener Akku darf nicht mehr aufgeladen werden, er muss entsorgt werden.

Guckst du:¬†Vaping-Tools. ūüôā

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 st√§ndig an. Eigentlich¬†gut, aber wenn ein „faules Ei“ unter den Akkus ist, bleibt es so leider unentdeckt. Daher ist, unabh√§ngig von seriell/parallel, ein Ladeger√§t mit dem man die Kapazit√§t der Akkus von Zeit zu Zeit √ľberpr√ľfen 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 k√∂nnte vielleicht dieses dienen:
    • Mehr als 0,3 Volt Unterschied, oder…
    • Ein Akku der mit unter 3 Volt aus dem Akkutr√§ger kommt, denn: Das was man da messen kann ist nur die Leerlaufspannung. Im Akkutr√§ger, unter Last, ist die tats√§chliche Spannung noch mal einiges geringer, man kann es nur raten wieviel sie tats√§chlich unter Last betr√§gt. Je mehr Watt abverlangt wird, desto h√∂her ist der Spannungsabfall. Also sollten Hochwattdampfer pingeliger sein bei der Toleranz der Spannungsunterschiede nach der Entladung.
  • Bei parallel: Da sich die Spannungen st√§ndig ausgleichen, ist es nicht m√∂glich ein faules Akku-Ei nach der Entladung zuverl√§ssig zu identifizieren. Das geht nur √ľber die Messung der Kapazit√§t, oder den Innenwiderstand. Wieviel Toleranz noch ok ist k√∂nnte ich auch nur raten. Ich pers√∂nlich w√ľrde vielleicht bei 10% Unterschied die Ehe beenden. Geraten!

Ein ganz¬†sicheres Indiz f√ľr einen faulen Akku ist die Erw√§rmung. Ist ein Akku sp√ľrbar w√§rmer 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 Akkutr√§ger fast immer deutlich unterhalb von 3,3V abschalten, kann es passieren das die vollst√§ndig entladenen Akkus nicht ganz das richtige Bild zeigen – sie wirken ungleicher als sie eigentlich sind. Daher w√ľrde ich¬†den Spannungsunterschied der VTC bewerten wenn die Akkus noch nicht v√∂llig entladen sind, sondern kurz davor.

  • RX200S Akkuf√ľllstand „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 Akkuf√ľllstand „16%“
    3,460 / 3,461 / 3,463. Sogar nur 0,003 Volt Unterscheid, was einfach daran liegt das ich etwas sp√§ter 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 m√∂glichst z√ľgig, um der Realit√§t am n√§chsten zu kommen. Also, noch mal zwei Z√ľge 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 Akkuf√ľllstand „Akkusymbol blinkt“ und „Weak Battery“ erscheint (bei 16 Watt).
    3,287 / 3,319 / 3,353 = 0,066V Unterschied
    Schon grob das¬†zehnfache gegen√ľber der Differenz die sie bei 3,45V noch hatten.
  • RX200S¬†Akkuf√ľllstand „Akkus vollst√§ndig 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 gr√∂√üerer Spannungsunterschied w√ľrde mich hier nicht schrecken.

W√ľrden die Akkus schon bei 3,5V einen Unterschied von 0,1V haben, dann w√ľrde ich¬†anfangen die Akkus im Auge zu behalten (√∂fter nachmessen zur Kontrolle, zB alle 20 Ladezyklen). Bei 0,3V Unterschied w√ľrde ich die Heirat sp√§testens beenden, geraten! Sobald mir da praktische Erfahrungen vorliegen, wie sich die Akkus dann konkret verhalten (Kapazit√§tsverlust, Innenwiderstand, ggf. sp√ľrbare Erw√§rmung) werde ich sie hier beschreiben. Bislang ist keiner meiner Akkus so ausgelutscht das ich etwas handfestes dazu schreiben k√∂nnte. Meine Akkus halten „leider“ ewig – ich dampfe einfach zu wenig mit 200 Watt. ūüėÄ

Achtung! Mechanische (elektronisch ungeregelte) Akkutr√§ger haben keine Endabschaltung welche die Spannung √ľberwacht (Noisy Cricket zB). VTC Akkus unter 3,3V Lastspannung (ca. 3,5V Leerlaufspannung) k√∂nnen dort innerhalb weniger Z√ľge¬†sehr extrem aus dem Ruder laufen und zu tief entladen werden! Wenn man bemerkt das der Dampf pl√∂tzlich sp√ľrbar abnimmt, wirklich sofort aufh√∂ren und die Akkus wieder aufladen.

Heiraten? Das möchte ich schriftlich haben!

Das sollte bei einer Heirat doch kein Problem sein… ūüėČ Verheiratete Akkus¬†m√ľssen beschriftet werden, sonst geht irgendwann was durcheinander, versprochen. CD-Marker funzt, und dann klebe ich noch einen Tesa-Streifen √ľber die Schrift, sonst grabbelt man die im Lauf der Zeit ab, auch versprochen! ūüėČ Je nach Akku und Akkutr√§ger kann es im Batteriefach aber eng werden mit dem zus√§tzlichen Tesa. Im Zweifel das Tesa lieber weglassen, falls dadurch die¬†freie Entgasungsm√∂glichkeit der Akkus beeintr√§chtigt ist. Vielleicht kennt ja jemand einen grabbelfesten Stift, bitte melde Dich! ūüôā

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. ūüôā

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 flie√üt, 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 zul√§ssig), bei 4 Volt: 10A=50% reale Belastung
  • 40 Watt seriell¬†¬†(max 10A zul√§ssig), bei 8 Volt:¬†¬†5A=50% reale Belastung

Wie man sieht werden in beiden F√§llen die „Akku-Packs“ im Verh√§ltnis zu ihrer maximalen Belastungsgrenze gleicherma√üen 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), unabh√§ngig 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 Akkutr√§ger kann nichts elektronisch geregelt werden, doch die Logik ist die Gleiche: Wenn man¬†mit 40¬†Watt dampfen m√∂chte, muss man¬†lediglich den vierfachen¬†Widerstand wickeln, sonst bek√§me 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 Watt (¬†5A Belastung)

Fazit

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

√úbersicht 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 k√∂nnen m√ľssen!

Die folgende √úbersicht zeigt welche Leistung bei wieviel Ohm mit¬†2 seriell geschalteten Akkus entsteht, und wieviel Ampere jeder einzelne der beiden¬†Akkus daf√ľr 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¬†ausschlie√ülich f√ľr¬†mechanische/ungeregelte¬†Akkutr√§ger. F√ľr elektronisch¬†geregelte¬†Akkutr√§ger bitte da lang:¬†Sichere Akkus f√ľr regelbare Akkutr√§ger

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-…
(l√ľft)
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, w√ľrde ich mich √ľber eine kleine Anerkennung¬†freuen. Ich w√ľrde dann sogar mit den Armen rudern – und ich rudere nicht leichtfertig mit den Armen! ūüėČ

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 &¬†Zubeh√∂r
    • AM|EB|FT ¬†Ladeger√§t & Analyser 4-Akkus
    • AM|EB|GB¬† Ladeger√§t & Analyser 1-Akku
    • AM|EB|FT ¬†Akku¬†f√ľr alle Akkutr√§ger
    • AM|EB|FT¬† Schrumpfschlauch
    • AM|EB|FT¬†¬†Transport
    • AM|EB|FT ¬†LadestrombegrenzerSiehe Beitrag
    • AM|EB|FT¬† ¬†USB-Monitor¬†Kapazit√§t (mAh) und¬†Akku-Alterung¬†bei Ger√§ten mit eingebautem Akku pr√ľfen.
    • Meine aktuellen Lieblingsakkutr√§ger
      • AM|EB|FT¬† F√ľr 1 Akku
      • AM|EB|FT ¬†F√ľr 2 Akkus
      • AM|EB|FT ¬†F√ľr 3 Akkus
      • AM|EB|FT¬†¬†Kombi-Akku
    • Noch mehr Auswahl: Dampfer Zubeh√∂r
Thematisch verwandte Beiträge:
0 0 Stimmen
Artikel Bewertung
Kommentar-Benachrichtigung aktivieren
Benachrichtige mich f√ľr diesen Beitrag bei
22 Kommentare
neueste
älteste meiste Bewertungen
Inline Feedbacks
Alle Kommentare ansehen
22
0
Schreibe einen Kommentarx