Beim Entwurf oder der Erweiterung batteriebetriebener Systeme stellt sich häufig die Frage: Können zwei Batteriepacks mit gleicher Spannung in Reihe geschaltet werden? Die kurze Antwort lautet:Ja, aber mit einer kritischen Voraussetzung:die Spannungsfestigkeit der Schutzschaltungmüssen sorgfältig geprüft werden. Im Folgenden erläutern wir die technischen Details und Vorsichtsmaßnahmen, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Die Grenzen verstehen: Spannungstoleranz der Schutzschaltung
Lithium-Akkupacks sind typischerweise mit einer Schutzplatine (PCB) ausgestattet, um Überladung, Tiefentladung und Kurzschlüsse zu verhindern. Ein wichtiger Parameter dieser Platine ist dieSpannungsfestigkeit seiner MOSFETs(die elektronischen Schalter, die den Stromfluss steuern).
Beispielszenario:
Nehmen wir als Beispiel zwei 4-Zellen-LiFePO4-Akkupacks. Jeder Akkupack hat eine volle Ladespannung von 14,6 V (3,65 V pro Zelle). Bei Reihenschaltung beträgt ihre kombinierte Spannung29,2 V. Eine Standard-12V-Batterieschutzplatine ist normalerweise mit MOSFETs ausgestattet, die für35–40 VIn diesem Fall liegt die Gesamtspannung (29,2 V) im sicheren Bereich, sodass die Batterien in Reihe ordnungsgemäß funktionieren können.
Das Risiko der Grenzüberschreitung:
Wenn Sie jedoch vier solcher Packs in Reihe schalten, würde die Gesamtspannung 58,4 V überschreiten – weit über der Toleranz von 35–40 V bei Standard-Leiterplatten. Dies birgt eine versteckte Gefahr:
Die Wissenschaft hinter dem Risiko
Bei Reihenschaltung von Batterien addieren sich die Spannungen, die Schutzschaltungen arbeiten jedoch unabhängig voneinander. Unter normalen Bedingungen versorgt die kombinierte Spannung die Last (z. B. ein 48-V-Gerät) problemlos mit Strom. Wenn jedochein Akkupack löst Schutz aus(z. B. aufgrund einer Überentladung oder eines Überstroms), trennen seine MOSFETs das Paket vom Stromkreis.
An diesem Punkt wird die volle Spannung der verbleibenden Batterien in der Reihe über die getrennten MOSFETs angelegt. Beispielsweise würde in einem Viererpack-Setup eine getrennte Leiterplatte fast58,4 V—überschreitet seine 35–40V-Bewertung. Die MOSFETs können dann ausfallen aufgrundSpannungsdurchschlag, wodurch die Schutzschaltung dauerhaft deaktiviert wird und die Batterie zukünftigen Risiken ausgesetzt ist.
Lösungen für sichere Reihenschaltungen
Um diese Risiken zu vermeiden, befolgen Sie diese Richtlinien:
1.Überprüfen Sie die Herstellerspezifikationen:
Überprüfen Sie immer, ob die Schutzplatine Ihrer Batterie für Serienanwendungen geeignet ist. Einige Platinen sind speziell für höhere Spannungen in Multipack-Konfigurationen ausgelegt.
2.Kundenspezifische Hochspannungs-Leiterplatten:
Für Projekte, die mehrere Batterien in Reihe erfordern (z. B. Solarspeicher oder Elektrofahrzeugsysteme), sollten Sie sich für Schutzschaltungen mit maßgeschneiderten Hochspannungs-MOSFETs entscheiden. Diese können so angepasst werden, dass sie der Gesamtspannung Ihrer Reihenschaltung standhalten.
3.Ausgewogenes Design:
Stellen Sie sicher, dass alle Akkupacks der Serie hinsichtlich Kapazität, Alter und Zustand übereinstimmen, um das Risiko einer ungleichmäßigen Auslösung der Schutzmechanismen zu minimieren.
Abschließende Gedanken
Obwohl die Reihenschaltung von Batterien gleicher Spannung technisch möglich ist, besteht die wahre Herausforderung darin, sicherzustellen, dass dieSchutzschaltungen können die kumulative Spannungsbelastung bewältigen. Indem Sie die Komponentenspezifikationen priorisieren und proaktiv entwerfen, können Sie Ihre Batteriesysteme sicher für Anwendungen mit höherer Spannung skalieren.
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Veröffentlichungszeit: 22. Mai 2025
