Was ist der Unterschied zwischen Batterien in Serie und parallel?

Batterien in Serie und parallel werden unterschiedlich verbunden, um spezifische Spannungs-, Kapazitäts- und Stromanforderungen zu erreichen. Serienverbindungen erhöhen die Batteriespannung, während Parallelverbindungen die Kapazität und den verfügbaren Strom erhöhen, ohne die Nennspannung zu ändern.

Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend bei der Entwicklung von Lithium-Batteriepacks für medizinische Geräte, Industriegeräte, tragbare Elektronik und andere Anwendungen. Die korrekte Konfiguration hängt von den elektrischen Anforderungen Ihres Geräts, der erwarteten Betriebszeit und dem Batteriemanagementsystem Ihres Geräts ab.

Was passiert, wenn Batterien in Reihe geschaltet werden?

Eine Serienverbindung verbindet den positiven Pol einer Zelle mit dem negativen Pol einer anderen und erzeugt so ein Batteriesystem mit höherer Spannung.

Die Gesamtspannung entspricht der Summe der einzelnen Zellspannungen, während die Kapazität in Amperestunden (Ah) unverändert bleibt.

Zum Beispiel erzeugt das in Reihe geschaltete vier identische 3,7V, 2500mAh Lithium-Ionen-Zellen:

• Nennspannung: 14,8 V
• Leistung: 2500mAh
• Konfiguration: 4S1P
• Nominale Energie: 37Wh

Serienverbindungen werden häufig verwendet, wenn elektronische Geräte höhere Betriebsspannungen benötigen, als eine einzelne Zelle liefern kann.

Das Ladesystem und das BMS müssen jedoch die komplette Serienkonfiguration unterstützen.

Was passiert, wenn Batterien parallel geschaltet werden?

Eine parallele Verbindung verbindet die positiven Terminale von Zellen und verbindet ihre negativen Terminale.

Im Gegensatz zu Serienschaltungen halten parallele Konfigurationen die gleiche Nennspannung bei, während die Gesamtkapazität erhöht wird.

Zum Beispiel erzeugen vier identische 3,7V, 2500mAh Zellen, die parallel geschaltet sind:

• Nennspannung: 3,7 V
• Leistung: 10.000mAh
• Konfiguration: 1S4P
• Nominale Energie: 37Wh

Parallele Verbindungen können die Betriebszeit verlängern und den verfügbaren Entladestrom erhöhen, vorausgesetzt, Zellen, Verkabelung und Schutzsystem sind entsprechend konstruiert.

Für Anwendungen, die längere Betriebszeiten erfordern, siehe den Leitfaden von GLOFLUXBerechnung der Batterielaufzeit von Ah und Wh.

Was sind die Hauptunterschiede zwischen Serien- und Parallelbatterien?

Die Hauptunterschiede betreffen Spannung, Kapazität, Stromverteilung und Anforderungen an das Batteriemanagement.

Die folgende Tabelle vergleicht die beiden Konfigurationen.

Beide Konfigurationen erhöhen die Gesamtspeicherenergie, wenn zusätzliche identische Zellen hinzugefügt werden.

Der Unterschied liegt darin, wie diese Energie an die angeschlossene Ausrüstung geliefert wird.

Können Akkus sowohl in Reihe als auch parallel angeschlossen werden?

Ja. Viele Lithium-Batteriepacks kombinieren Serien- und Parallelverbindungen, um gleichzeitig die erforderliche Spannung und Leistung zu erreichen.

Zum Beispiel enthält ein 4S2P-Batteriepack acht Zellen, die in vier Seriengruppen angeordnet sind, wobei innerhalb jeder Gruppe zwei parallel geschaltete Zellen geschaltet sind.

Mit 3,7V-Zellen und 2500mAh sind folgende Spezifikationen:

Die passende Kombination hängt von der Betriebsspannung, dem Stromverbrauch, dem verfügbaren Installationsplatz und der erwarteten Betriebszeit des Geräts ab.

Bevor Sie eine Konfiguration auswählen, bestimmen Sie die erforderliche Kapazität mit unseremLeitfaden zur Berechnung der Batteriekapazität.

Welche Konfiguration bietet eine längere Akkulaufzeit?

Die Batterielaufzeit hängt hauptsächlich von der nutzbaren gespeicherten Energie und dem tatsächlichen Stromverbrauch ab, nicht nur von der Serien- oder parallelen Anordnung.

Betrachten Sie zwei Akkupakete mit vier identischen 3,7V-Zellen mit 2500 mAh.

Eine 4S1P-Konfiguration liefert 14,8V und 2,5 Ah, während eine 1S4P-Konfiguration 3,7V und 10 Ah liefert.

Beide liefern etwa 37 Wh Nennenergie.

Unter äquivalenten Lastbedingungen sind ihre theoretischen Betriebszeiten ähnlich. Die tatsächliche Betriebszeit kann aufgrund der Spannungsumwandlungseffizienz, des Entladestroms, der Temperatur und der Batterieschutzgrenzen variieren.

Daher kann der Vergleich der Batterielaufzeit allein mit Ah irreführend sein, wenn die Pack-Spannungen unterschiedlich sind.

Benötigen Serien- und Parallelbatterien unterschiedliche BMS-Designs?

Ja. Das Batteriemanagementsystem muss der Batteriechemie, der Serienanzahl, den Ladeanforderungen und dem erwarteten Betriebsstrom entsprechen.

Seriengeschaltete Lithium-Batteriepacks erfordern in der Regel die Überwachung einzelner Seriengruppen. Auch eine Zellbalancierung kann notwendig sein, um Unterschiede zwischen den Gruppen zu managen.

Parallel geschaltete Zellen arbeiten ungefähr mit der gleichen Spannung, aber Stromteile, Zellabstimmung und angemessener Schutz bleiben unerlässlich.

Für weitere Informationen lesen Sie bitteWie man das richtige BMS für ein Lithium-Akkupaket auswählt.

Was sollten Sie beachten, bevor Sie eine Batteriekonfiguration auswählen?

Die korrekte Konfiguration erfordert mehr als nur die Auswahl einer geeigneten Spannung oder Kapazität.

Ingenieure sollten die Dauer- und Spitzenstromanforderungen des Geräts, die Batteriechemie, die Ladespannung, den Temperaturbereich, die mechanischen Abmessungen und die geltenden Sicherheitsstandards bewerten.

Cells müssen außerdem angemessen abgestimmt sein. Das Kombinieren inkompatibler Zellen kann zu ungleichmäßiger Stromverteilung, übermäßiger Erhitzung oder vorzeitigem Batterieausfall führen.

GLOFLUX bietetIndividuelle Lithiumbatterielösungenfür OEM-Anwendungen, einschließlich Zellauswahl, serienparallele Konfiguration, BMS-Integration, Steckeranpassung und Entwicklung von Batteriepacks.

FAQ

Kann ich Lithiumbatterien in Reihe anschließen?

Ja, vorausgesetzt, die Zellen sind kompatibel und das komplette Batteriesystem ist ordnungsgemäß konstruiert. Das Ladegerät, der Schutzkreis und das BMS müssen der Serienkonfiguration und den Zellspezifikationen entsprechen.

Erhöht das Parallelschalten von Batterien die Spannung?

Nein. Parallelverbindungen halten ungefähr die gleiche Nennspannung, erhöhen aber die Gesamtkapazität und erhöhen möglicherweise den verfügbaren Entladestrom.

Welche ist besser, Serien- oder Parallelbatterien?

Keine der beiden Konfigurationen ist universell besser. Serienverbindungen liefern eine höhere Spannung, während parallele Verbindungen bei derselben Spannung eine größere Kapazität bieten. Viele Anwendungen erfordern eine Kombination aus beidem.

Kann ich Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten anschließen?

Das Mischen von Zellen mit unterschiedlichen Kapazitäten, Altern oder elektrischen Eigenschaften wird im Allgemeinen nicht empfohlen. Ungleichmäßige Zellenleistung kann zu Ungleichgewichten führen und die Batteriezuverlässigkeit verringern.

Erhöht eine Serienverbindung die Batteriekapazität?

Eine Serienverbindung erhöht die Spannung, erhöht jedoch nicht die Ah-Wertung des Packs. Das Hinzufügen identischer Zellen in Serie erhöht jedoch die gesamte Nennenergie in Wattstunden.

Kann ich dasselbe BMS für Serien- und Parallelbatterien verwenden?

Nicht unbedingt. Ein BMS muss mit der Serienanzahl, der Chemie, den Stromanforderungen und den Schutzanforderungen der Batterie übereinstimmen. Ein für eine Konfiguration entwickeltes BMS sollte nicht als kompatibel mit einer anderen angesehen werden.