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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Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen über'm Haupthaar aufplöppen: Abkürzungen & Begriffe
- Begriffe & Einstieg
- Akkus verheiraten
- Der Alte muss weg! (Akku-Alterung/Drift)
- Spannungverlauf-Beispiel (Akku-Unterschiede prüfen)
- Heiraten? Bitte schriftlich!
- Der Alte muss weg! (Akku-Alterung/Drift)
- Strombelastung, parallel/seriell
- Übersicht der Leistung bei serieller Anordnung (stacking)
- Links & Kommentare
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.
Seriell:
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:
Hier 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.
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
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
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 Watt ( 5A 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 | |
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! 😉
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