LiFePO4 Lithium-Batterien in Serie und parallel: Anleitung und alles, was Sie wissen sollten
Das Verbinden von Lithium-Ionen-Batterien in Serie oder parallel ist nicht so einfach wie eine einfache Reihen- oder Parallelschaltung von Schaltkreisen. Um die Sicherheit sowohl der Batterien als auch der Personen, die sie handhaben, zu gewährleisten, müssen mehrere wichtige Faktoren berücksichtigt werden. Bevor wir uns den erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen widmen, ist es wichtig, ein grundlegendes Verständnis dafür zu haben, was Reihen- und Parallelschaltungen sind, ihre Definitionen und ihre einzigartigen Eigenschaften.
Teil 1: Reihenschaltung von LiFePO4-Batterien
1.1 Definition der Reihenschaltung
1.2 Vorteile der Reihenschaltung
- Höhere Spannungsausgabe: Durch die Verbindung mehrerer Zellen in Serie wird die Gesamtspannungsausgabe des Batteriepacks erhöht, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine höhere Spannung erfordern. Zum Beispiel können 4 Pakete von 12,8-Volt-Batterien insgesamt 51,2 V Energie liefern.
- Effizientere Energiespeicherung: In einem in Serie geschalteten Batteriepack teilt jede Zelle die Last gleichmäßig, so dass jede Zelle mit der gleichen Rate geladen und entladen wird. Dadurch wird die Gesamtenergiespeicherung effizienter.
1.3 Nachteile der Reihenschaltung
- Gefahr der Überladung: Wenn Zellen in einem in Serie geschalteten Batteriepack unterschiedliche Kapazitäten oder Alter haben, können sie mit unterschiedlichen Raten entladen werden, was zu einer Ungleichgewicht der Spannung im Pack führen kann. Dies kann zu Überladung einiger Zellen führen, was gefährlich sein kann und die Lebensdauer des gesamten Batteriepacks verringern kann.
- Verringerte Kapazität: In einem in Serie geschalteten Batteriepack bleibt die Gesamtkapazität gleich wie die einer einzelnen Zelle. Das Verbinden von Zellen in Serie erhöht daher nicht die Gesamtkapazität des Batteriepacks.
Teil 2: Parallelschaltung von LiFePO4-Batterien
2.1 Definition der Parallelschaltung
2.2 Vorteile der Parallelschaltung
Die Parallelschaltung von LiFePO4-Batterien hat mehrere Vorteile, darunter:
- Erhöhte Kapazität: Durch das Verbinden mehrerer Zellen in Parallel erhöht sich die Gesamtkapazität des Batteriepacks, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine hohe Kapazität erfordern. Zum Beispiel, wenn 4 Batterien mit 12,8 V und 100 Ah in Parallel geschaltet werden, bleibt die Spannung gleich, während sich die Kapazität auf 400 Ah erhöht.
- Reduziertes Risiko von Überladung: In einem parallel geschalteten Batteriepack werden jede Zelle unabhängig voneinander geladen und entladen, wodurch das Risiko einer Überladung oder Unterladung einer einzelnen Zelle reduziert wird. Dies trägt zur Sicherheit und Langlebigkeit des gesamten Batteriepacks bei.
2.3 Nachteile der Parallelschaltung
- Niedrigere Spannungsausgabe: In einem parallel geschalteten Batteriepack bleibt die Gesamtspannungsausgabe gleich wie die einer einzelnen Zelle. Das Verbinden von Zellen in Parallel erhöht daher nicht die Gesamtspannung des Batteriepacks.
- Weniger effiziente Energiespeicherung: Da jede Zelle in einem parallel geschalteten Batteriepack unabhängig voneinander geladen und entladen wird, kann es zu Variationen im Ladezustand jeder Zelle kommen, was zu einer weniger effizienten Energiespeicherung führen kann.
Teil 3: Vergleich zwischen Reihen- und Parallelschaltung von LiFePO4-Batterien
Zu beachtende Punkte bei Parallelschaltung und Reihenschaltung
- Einheitlichkeit: Es ist wichtig, Zellen oder Batterien mit den gleichen Spezifikationen, einschließlich Kapazität und Alter, in einer parallelen Verbindung zu verwenden. Eine Nichtübereinstimmung der Zellen kann zu Ungleichgewichten beim Laden und Entladen führen und das Risiko eines Batterieausfalls erhöhen.
- Ausgleich: Die Überwachung des Ladezustands jeder Zelle oder Batterie ist wichtig, um den Ausgleich aufrechtzuerhalten und Überladung oder Unterladung einer einzelnen Zelle oder Batterie zu verhindern. Dies hilft, die Langlebigkeit und Sicherheit des gesamten Batteriepacks zu gewährleisten.
- Verkabelung: Eine ordnungsgemäße Verkabelung der parallelen Verbindung ist entscheidend für einen effizienten Betrieb und die Sicherheit des Batteriepacks. Falsche Verkabelung kann zu Kurzschlüssen oder anderen gefährlichen Bedingungen führen.
- Einheitlichkeit: Wie bei Parallelschaltungen ist es erforderlich, Zellen oder Batterien mit den gleichen Spezifikationen, einschließlich Kapazität und Alter, in einer Reihenschaltung zu verwenden. Eine Nichtübereinstimmung der Zellen kann zu einer Ungleichverteilung der Spannung führen, was zu Überladung oder Unterladung einzelner Zellen oder Batterien führen kann.
- Laden: In einer Reihenschaltung kann es zu Überladung kommen, wenn eine Zelle oder Batterie ihre volle Ladung erreicht, bevor andere dies tun. Um dies zu verhindern, wird ein Batteriemanagementsystem (BMS) empfohlen, das die Spannung jeder Zelle oder Batterie in der Reihenschaltung überwacht.
- Sicherheit: Bei einer Reihenschaltung wird die Gesamtspannungsausgabe erhöht, was ein höheres Risiko für einen elektrischen Schock darstellen kann. Eine ordnungsgemäße Isolierung und Erdung des Batteriepacks muss aus Sicherheitsgründen berücksichtigt werden.
Fazit