Reihen- und Parallelschaltung von Batterien

Beim Betrieb autonomer Stromquellen treten häufig Situationen auf, in denen mehrere auf eine bestimmte Weise verbundene Elemente gleichzeitig verwendet werden müssen. Dies setzt Kenntnisse über die Eigenschaften des Stromflusses in Stromkreisen mit mehreren Netzteilen voraus. Dieser Artikel beschreibt die Nuancen verschiedener Methoden zum Verbinden von Batterien zu einer Kombinationsbatterie.

Warum Batterien anschließen?

Einige autarke Geräte erfordern Strom- und Spannungswerte, die mit den verfügbaren galvanischen Standardnetzteilen nur schwer zu erreichen sind.

Dies ist in der Regel die Notwendigkeit eines stärkeren Ausgangsstroms, eines erhöhten Wertes der Spannung oder der Kapazität. Um diese Probleme zu lösen, müssen verschiedene Konfigurationen von Stromquellenverbindungen erstellt werden, von denen jede ihre eigenen Eigenschaften aufweist.

Batterieanschlussoptionen

In Baugruppen gibt es drei Batterieanschlusspläne mit den erforderlichen Parametern:

1. Seriell - Die Spannung aller Batterien wird addiert.
2. Parallel - die Kapazität entwickelt sich;
3. Kombiniert Serien-Parallel - um Kapazität und Spannung zu erhöhen.

Alle von ihnen haben bestimmte Funktionen, die Sie kennen müssen, um die Sicherheit und den langfristigen Betrieb der Batterien und der von ihnen versorgten Geräte zu gewährleisten.

Die Hauptanforderung für alle Schaltmethoden besteht darin, die Verwendung von Batterien auszuschließen, die mit unterschiedlichen Technologien in der Baugruppe hergestellt wurden (z. B. können Li-Ion und Ni-Mh nicht gleichzeitig angeschlossen werden).

Batterieserielle Verbindung

Um eine ausreichende Spannung und eine akzeptable Betriebsdauer von Elektrogeräten sicherzustellen, werden häufig Batterien verwendet, bei denen die Anoden und Kathoden der einzelnen Elemente (Abschnitte) nacheinander durch Leiter miteinander verbunden sind.

Die Anode und Kathode der extremen Stromquellen der resultierenden kombinierten Batterie sind das gemeinsame Plus und Minus. Bei einer Batterie aus in Reihe geschalteten Elementen entspricht die resultierende Spannung der Summe der Spannungen der verwendeten Stromquellen. Die resultierende Kapazität des resultierenden Akkus entspricht der Kapazität des schwächsten angeschlossenen Akkus. Während des Betriebs einer solchen Anordnung fließt derselbe Strom durch jedes Element (sowohl während des Ladens als auch während des Entladens).

Durch Reihenschaltung von sechs Batterien mit einer Spannung von jeweils 1,2 Volt und einer Kapazität von 1200 mAh wird eine Baugruppe von 6 x 1,2 = 7,2 V mit einer Kapazität von 1200 mAh erhalten.

Wenn die Baugruppe Elemente mit unterschiedlichen Kapazitäten verwendet, haben diejenigen mit geringerer Kapazität einen höheren Innenwiderstand als andere. Der Spannungsabfall über ihnen ist größer, was zu einer schnellen Entladung des schwächsten Elements im Prozess führt.

Gleichzeitig bleiben leistungsstärkere Montagebatterien in Betrieb und die Montage wird weiter betrieben. Dies führt zu einer starken Entladung des schwächsten Akkus, wodurch dessen Ressourcen und Kapazität verringert werden.

Beim Laden einer solchen Baugruppe wird die schwächste Batterie vor anderen Elementen geladen. Da die anderen jedoch noch nicht geladen sind, fließt der Ladestrom weiter, was zu Überladung und Überhitzung führt.Dies ist besonders gefährlich für Batterien, die Lithiumverbindungen enthalten, da sie empfindlicher auf Überladung und starke Entladung reagieren.

Wichtig! Letztendlich führt eine ständig wiederholte verstärkte Entladung und Wiederaufladung eines schwachen Montageelements schnell zu dessen Ausfall. Daher sollten in Reihenschaltung Elemente gleicher Kapazität verwendet werden. Dies kann nur erreicht werden, indem Stromversorgungen verwendet werden, die vom selben Hersteller hergestellt werden, vorzugsweise aus derselben Charge.

Es ist besser, jede Stromquelle der zusammengebauten Batterie separat aufzuladen oder eine Ausgleichsladung mit Spannungsregelung (Stromregelung) für jedes Element zu verwenden.

Parallele Batterieverbindung

In diesem Fall sind alle Anoden mit einem gemeinsamen Leiter verbunden, und mit dem anderen sind alle Kathoden der angeschlossenen Batterien verbunden. Diese Schaltung wird verwendet, wenn eine erhöhte Stromstärke der Sammelbatterie benötigt wird.

Die Gesamtkapazität (zugeführter Strom) der resultierenden Baugruppe entspricht der Summe der Kapazitäten (Durchlassströme) der angeschlossenen Stromquellen. Seine Spannung entspricht der Spannung des Elements mit der größten elektromotorischen Kraft und ist bei allen Quellen der resultierenden Batterie gleich.

Bei einer Parallelschaltung von sechs Batterien, von denen jede eine Spannung von 1,2 Volt und eine Kapazität von 1200 mAh aufweist, wird eine Baugruppe von 1,2 V mit einer Kapazität von 6 · 1200 = 7200 mAh erhalten.

Achtung! Wenn mehrere identische Quellen mit unterschiedlicher Spannung parallel geschaltet werden, fließt Strom von einer Quelle mit einer höheren Spannung zu einem Element mit einer niedrigeren Spannung.

Dies hat verheerende Auswirkungen auf diejenigen, die weniger Kapazität haben. Aufgrund des Stromflusses ist es verboten, Einwegbatterien parallel zu schalten, was zur Aufladung von Zellen mit niedrigerer Spannung, zu deren Überhitzung, zum Austreten von Elektrolyt oder sogar zur Explosion führt.

Bei einer Parallelschaltung einer Quelle mit großer Spannung kleiner Kapazität zu einem Element größerer Kapazität, jedoch mit geringerer Spannung, tritt ein elektrischer Kurzschluss einer schwachen Batterie durch einen geringeren Innenwiderstand einer starken auf. Aus diesem Grund fließt in einer schwachen Quelle ein starker Strom, der zu deren allmählicher Zerstörung führt.

Bei Hochspannung an einer Batterie mit größerer Kapazität tritt eine Zwangsladung eines schwachen Elements auf, die sich ebenfalls nachteilig auf dieses auswirkt. Vor dem Zusammenbau der Batterie wird daher empfohlen, die Spannungen der einzelnen Zellen auf den gleichen Wert abzugleichen.

Wichtig! Um die zerstörerische Wirkung überhöhter Ströme beim Parallelschalten von Batterien auszuschließen, müssen Batterien mit der gleichen Spannung verwendet werden.

Reihenparallelschaltung von Batterien

Wenn Sie die Regeln für das Anschließen von Batterien an serielle und parallele Baugruppen berücksichtigen, können Sie komplexe kombinierte Optionen bei gleichzeitiger Verwendung beider Methoden erstellen. Auf diese Weise können Sie die resultierende Kapazität und Spannung erhöhen, was insbesondere in autonomen Energieversorgungssystemen, Elektrofahrzeugen und anderen Geräten mit hohem Stromverbrauch erforderlich ist.

Die Kombibatterie kann auf zwei Arten zusammengebaut werden:

1. Die erforderliche Anzahl von in Reihe geschalteten Baugruppen mit der erforderlichen Spannung wird zusammengestellt und dann durch Parallelschalten zu einer einzigen Batterie zusammengefasst.
2. Batterien werden mit parallel geschalteten Batterien der erforderlichen Kapazität erzeugt, die dann nacheinander geschaltet werden, bis die gewünschte Spannung eingestellt ist.

Wichtig! Selbst wenn alle Anschlussregeln eingehalten werden, ist es nicht möglich, Batterien mit absolut identischen Eigenschaften auszuwählen. Dies führt zwangsläufig zu einem Ungleichgewicht der Kapazitäts- und Spannungswerte, was im Laufe der Zeit zu einem erhöhten Verschleiß schwächerer Batterien führt.

Vorsichtsmaßnahmen beim Anschließen

Bei allen Batterieanschlussmethoden müssen einige Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden:

• Beachten Sie die Sicherheitsmaßnahmen für den Betrieb elektrischer Anlagen, um einen elektrischen Schlag auszuschließen (Hauptsache, es wird kein Strompfad durch den menschlichen Körper erzeugt):
• Beachten Sie die Polarität der Verbindung.
• Erstellen Sie keine Kurzschlüsse.
• Trennen Sie beim Zusammenbau der Batterien die Last von diesen.
• Schließen Sie das Ladegerät an den Akku an, wenn es vom Netzwerk getrennt ist.
• Arbeiten sollten in geeigneter isolierender Kleidung und in geeigneten Schuhen durchgeführt werden, ohne dass Metallgegenstände herunterfallen und die Kontakte kurzschließen können.
• Berühren Sie die Batteriepole nicht mit den Händen, insbesondere nicht mit zwei Händen an verschiedenen Polen (dies ist bei leistungsstarken Batterien mit hoher Spannung sehr gefährlich).
• Verwenden Sie ein Spezialwerkzeug mit isolierten Teilen.
• nicht bei schlechter Gesundheit arbeiten;
• Berücksichtigen Sie die durch die Sammelbatterie fließenden Ströme sowie die Last und verwenden Sie für den Querschnitt geeignete Leiter.
• Achten Sie beim Verbinden der Elemente zu einer Batterie auf einen zuverlässigen und isolierten Kontakt gegenüber äußeren Einflüssen.
• vorgefertigte Batterien zuverlässig vor Kurzschlüssen und Feuchtigkeit zu schützen;
• Verwenden Sie Batterien mit den gleichen Eigenschaften und dem gleichen Verschleißgrad.
• Überprüfen Sie die zusammengebaute Batterie sorgfältig auf Kommutierungsfehler.

Was kann zu Fehlern beim Anschließen des Akkus führen?

Um Fehler beim Anschließen der Batterien zu vermeiden, empfiehlt es sich, spezielle Stecker zu verwenden, die Schaltfehler beseitigen, z. B. T-Plug-Adapter. Wenn die Batterien in derselben Baugruppe falsch angeschlossen sind, können Fehler auftreten, die schwerwiegende Folgen haben können:

• Bei einer Parallelschaltung entsteht ein Kurzschluss, wodurch eine heftige chemische Reaktion in den Batterien auftritt, die sehr schnell zum Austreten von Elektrolyt, Verformung des Gehäuses, Brand oder sogar Explosion führt.
• Bei Reihenschaltung mit falscher Polarität ist der Stromkreis offen. Bei Anschluss der Last kann jedoch durch das falsch angeschlossene Element ein Rückstrom auftreten, der die Last beschädigt.
• Bei einem langen Kurzschluss einer oder mehrerer Batterien sind Entzündung der Isolierung, Schmelzen der Leiter, heftige Reaktionen im Inneren der Batterie, Austreten von Elektrolyt, Verformung des Gehäuses, Feuer oder Explosion unvermeidlich.
• Bei einem kurzzeitigen Kurzschluss der Kontakte bleibt die Batterie betriebsbereit. Bei einer Verschlechterung des Zustands der Elektroden in der Batterie kann es jedoch zu einer Verringerung der Kapazität kommen.
• Bei Verwendung von Leitern, die nicht für Arbeitsströme ausgelegt sind, werden sie überhitzt, ihre Isolierung schmilzt, was zu einem Kurzschluss und den daraus resultierenden Konsequenzen führen kann.

Haben Sie Fragen oder möchten Sie etwas hinzufügen? Dann schreiben Sie uns in den Kommentaren darüber, damit das Material vollständiger und genauer wird.