Bei der Entwicklung oder Erweiterung batteriebetriebener Systeme stellt sich häufig die Frage: Können zwei Akkus mit der gleichen Spannung in Reihe geschaltet werden? Die kurze Antwort lautet:Ja, jedoch mit einer entscheidenden Voraussetzung:die Spannungsfestigkeit der Schutzschaltungmuss sorgfältig geprüft werden. Im Folgenden erläutern wir die technischen Details und Vorsichtsmaßnahmen, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Grenzen verstehen: Spannungstoleranz von Schutzschaltungen
Lithium-Akkus sind typischerweise mit einer Schutzschaltung (PCB) ausgestattet, um Überladung, Tiefentladung und Kurzschlüsse zu verhindern. Ein wichtiger Parameter dieser Schutzschaltung ist dieSpannungsfestigkeit der MOSFETs(die elektronischen Schalter, die den Stromfluss steuern).
Beispielszenario:
Nehmen wir als Beispiel zwei 4-Zellen-LiFePO4-Akkus. Jeder Akku hat eine Ladeschlussspannung von 14,6 V (3,65 V pro Zelle). Werden sie in Reihe geschaltet, ergibt sich eine Gesamtspannung von 14,6 V.29,2 VEine standardmäßige 12-V-Batterieschutzplatine ist üblicherweise mit MOSFETs ausgelegt, die für folgende Werte ausgelegt sind:35–40 VIn diesem Fall liegt die Gesamtspannung (29,2 V) im sicheren Bereich, sodass die Batterien in Reihe ordnungsgemäß funktionieren können.
Das Risiko der Überschreitung von Grenzen:
Schließt man jedoch vier solcher Module in Reihe an, würde die Gesamtspannung 58,4 V überschreiten – weit jenseits der Toleranz von 35–40 V für Standard-Leiterplatten. Dadurch entsteht eine versteckte Gefahr:
Die Wissenschaft hinter dem Risiko
Wenn Batterien in Reihe geschaltet sind, addieren sich ihre Spannungen, die Schutzschaltungen arbeiten jedoch unabhängig voneinander. Unter normalen Bedingungen versorgt die Gesamtspannung den Verbraucher (z. B. ein 48-V-Gerät) problemlos. Wenn jedoch...Ein Akku löst den Schutz aus(z.B. aufgrund von Tiefentladung oder Überstrom) werden die MOSFETs dieses Paket vom Stromkreis trennen.
An diesem Punkt liegt die volle Spannung der verbleibenden Batterien in der Reihe an den getrennten MOSFETs an. Beispielsweise würde in einer Vierer-Batteriekonfiguration eine getrennte Leiterplatte nahezu 100 V Spannung aufweisen.58,4 V—und damit ihre Nennspannung von 35–40 V überschreitet. Die MOSFETs können dann aufgrund von … ausfallen.SpannungsdurchschlagDadurch wird der Schutzschaltkreis dauerhaft deaktiviert und die Batterie zukünftigen Risiken ausgesetzt.
Lösungen für sichere Reihenschaltungen
Um diese Risiken zu vermeiden, befolgen Sie bitte folgende Richtlinien:
1.Herstellerspezifikationen prüfen:
Prüfen Sie stets, ob die Schutzplatine Ihres Akkus für Reihenschaltungen ausgelegt ist. Einige Platinen sind speziell für höhere Spannungen in Mehrfachbatteriekonfigurationen konzipiert.
2.Kundenspezifische Hochspannungs-Leiterplatten:
Für Projekte, die mehrere in Reihe geschaltete Batterien erfordern (z. B. Solarspeicher oder Elektrofahrzeugsysteme), empfiehlt sich der Einsatz von Schutzschaltungen mit speziell angepassten Hochspannungs-MOSFETs. Diese können so ausgelegt werden, dass sie der Gesamtspannung Ihrer Reihenschaltung standhalten.
3.Ausgewogenes Design:
Um das Risiko einer ungleichmäßigen Auslösung der Schutzmechanismen zu minimieren, ist es wichtig, dass alle Akkus in der Serie hinsichtlich Kapazität, Alter und Zustand übereinstimmen.
Schlussbetrachtung
Die Reihenschaltung von Batterien mit gleicher Spannung ist zwar technisch machbar, die eigentliche Herausforderung besteht jedoch darin, sicherzustellen, dassDie Schutzschaltungen können die kumulative Spannungsbelastung bewältigen.Durch die Priorisierung von Komponentenspezifikationen und proaktivem Design können Sie Ihre Batteriesysteme sicher für Anwendungen mit höherer Spannung skalieren.
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Veröffentlichungsdatum: 22. Mai 2025
