Vollständiger Leitfaden zum Serienschalten von Batterien

Das Verschalten von Batterien in Reihe ist eine gängige Methode, die in Solarsystemen, Wohnmobilen, Golfwagen und anderen Gleichstromanlagen verwendet wird. 12V-Batterien sind am beliebtesten und bieten Flexibilität bei der Konfiguration von Gleichstromsystemen. Dieser Ansatz ist unerlässlich, wenn Wechselrichter oder Geräte betrieben werden, die 24V, 36V oder 48V anstelle einer einzelnen 12V-Batterie benötigen.

Dieser Leitfaden erklärt, wie man Batterien sicher in Reihe schaltet, beschreibt wichtige Sicherheitsvorkehrungen und untersucht, wie sich Spannung und Ampere-Stunden-Bewertungen ändern. Er hebt auch die Hauptvorteile und Einschränkungen der Reihenschaltung hervor.

Was passiert beim Verschalten von Batterien in Reihe

Bei Batterien in Reihe ist der Haupteffekt, dass sich ihre Spannungen addieren, während die Ampere-Stunden-Bewertung (Ah) gleich bleibt. Diese einfache Änderung kann einen großen Unterschied in der Leistung Ihres Systems machen, besonders wenn Sie Geräte betreiben müssen, die eine höhere Eingangsspannung benötigen. Lassen Sie uns das näher erläutern.

Ampere-Stunden von Batterien in Reihe

Die Ampere-Stunden-Bewertung (Ah), die die Speicherkapazität der Batterie darstellt, erhöht sich in einem Reihenschaltkreis nicht. Da der elektrische Strom durch jede Batterie auf einem einzigen Pfad fließt, ist die Gesamtkapazität durch die Kapazität einer einzelnen Batterie in der Kette begrenzt.

Wenn Sie vier 12V 200Ah Batterien in Reihe schalten, erhalten Sie eine 48V 200Ah Batteriebank. Sie erhalten nicht 800Ah.

Dies ist das Gegenteil von Batterien parallel zu schalten, wobei das Verbinden derselben vier Batterien zu einer 12V 800Ah-Bank führen würde. In Reihe bleibt Ihre Laufzeit gleich, aber Sie können jetzt Geräte mit höherer Spannung betreiben.

Spannung von Batterien in Reihe

Bei einer Reihenschaltung erstellen Sie eine Kette, indem Sie den positiven (+) Pol einer Batterie mit dem negativen (-) Pol der nächsten verbinden. Dadurch wird der Strom gezwungen, nacheinander durch jede Batterie zu fließen, und ihre einzelnen Spannungen addieren sich. 

Zum Beispiel ergibt das Verbinden von zwei 12V-Batterien in Reihe eine 24V-Bank, während vier 12V-Batterien in Reihe eine 48V-Bank bilden. Wenn jede 12V-Batterie 100Ah hat, haben sowohl die 24V- als auch die 48V-Bank eine Kapazität von 100Ah.

Vorteile des Anschlusses von Batterien in Reihe

Die Reihenschaltung von Batterien bietet mehrere starke Vorteile für größere Systeme:

• Reduzierung von Strom- und Leistungsverlusten: Niedrigerer Strom (Ampere) verringert den Widerstandsverlust in der Verkabelung erheblich. Bei einer Last von 1000W zieht ein 12V-System etwa 83A, während ein 48V-System nur etwa 21A zieht (Leistung = Spannung × Strom). Niedrigerer Strom (Ampere) verringert den Widerstandsverlust in der Verkabelung erheblich.
• Einsparung bei Kabelkosten: Niedrigerer Strom ermöglicht die Verwendung dünnerer, flexiblerer und kostengünstigerer Kupferkabel, was zu erheblichen Einsparungen bei der Installation führen kann.
• Steigerung der Systemeffizienz: Weniger Energieverlust als Wärme bedeutet, dass mehr Leistung von Ihren Batterien an Ihre Geräte geliefert wird, was zu einem effizienteren System führt.

Nachteile der Reihenschaltung von Batterien

Obwohl leistungsstark, hat eine Reihenschaltung Kompromisse, die sorgfältiges Management erfordern:

• Effekt der schwächsten Batterie: Die Leistung der gesamten Reihenschaltung wird durch die schwächste Batterie begrenzt. Wenn eine Batterie älter ist oder eine geringere Kapazität hat, wird sie unterdurchschnittlich arbeiten und den gesamten Batteriebank beeinträchtigen.
• Risiko von Ungleichgewicht: Im Laufe der Zeit können kleine Unterschiede dazu führen, dass eine Batterie stärker entladen wird als andere. Dieses Ungleichgewicht kann die gesamte Reihenschaltung beschädigen, wenn es nicht korrigiert wird. Regelmäßige Überwachung ist entscheidend.
• Komplexe Fehlerdiagnose: Wenn der Batteriebank ausfällt, kann es schwierig sein, ohne Einzeltests zu erkennen, welche Batterie das Problem verursacht.

Schritte zum Anschluss von Batterien in Reihe

Sicherheitsvorkehrungen bei der Reihenschaltung von Batterien

KRITISCHE SICHERHEITSWARNUNG: Unsachgemäßer Umgang oder Anschluss von Batterien kann Geräteschäden, Feuer, Explosion oder schwere Verletzungen verursachen. Bitte befolgen Sie diese wichtigen Vorsichtsmaßnahmen und halten Sie sich sorgfältig an die Anweisungen des Herstellers.

• Tragen Sie stets Schutzausrüstung: Tragen Sie immer isolierte Handschuhe und Schutzbrillen. Batterien können korrosive Stoffe freisetzen und gefährliche elektrische Lichtbögen erzeugen.
• Trennen Sie alle Lasten und Ladegeräte: Stellen Sie sicher, dass Ihr gesamtes System ausgeschaltet ist. Während der Installation dürfen keine Wechselrichter, Solarladeregler oder andere Geräte an den Batteriebank angeschlossen sein.
• Verwenden Sie isolierte Werkzeuge: Ein Metallschlüssel, der versehentlich einen Plus- und Minuspol berührt, verursacht einen gefährlichen Kurzschluss. Verwenden Sie Werkzeuge mit Gummi- oder Kunststoffgriffen, um dies zu verhindern.
• Wählen Sie Ihre Batterien strikt passend aus: Wählen Sie Batterien, die in Spannung, Chemie, Kapazität, Alter und Marke übereinstimmen. Die Verwendung von nicht passenden Batterien kann zu ungleichmäßiger Entladung, verkürzter Lebensdauer und möglichen Schäden am gesamten System führen.
• Mischen Sie niemals Chemien: Mischen Sie keine verschiedenen Batterietypen wie AGM, Gel, Nassbatterien oder Lithium. Sie haben unterschiedliche Ladeanforderungen und Innenwiderstände, und das Mischen führt zu einem schnellen Ausfall.
• Richtige Querschnittsgröße der Batteriekabel: Verwenden Sie Kabel zwischen den Batterien, die den maximalen Lade- oder Entladestrom sicher führen können. Dimensionieren Sie die Kabel vom Laderegler entsprechend dessen Nennstrom und wählen Sie die Kabel von der Batterie zum Wechselrichter basierend auf dem erwarteten Laststrom des Wechselrichters.
• Kompatibilität der Geräte sicherstellen: Überprüfen Sie, ob Ihr Ladegerät und Wechselrichter für die endgültige kombinierte Spannung Ihrer Reihenschaltung ausgelegt sind.
• Für ausreichende Belüftung sorgen: Dies ist besonders wichtig für geflutete Blei-Säure-Batterien, die während des Ladevorgangs explosionsfähiges Wasserstoffgas freisetzen können. Sorgen Sie für eine ausreichende Luftzirkulation im Batteriefach.

Schritt 1. Vorbereitung und Inspektion

Beginnen Sie mit der Inspektion jeder Batterie. Messen Sie deren Spannung und Ladezustand mit einem Multimeter, um sicherzustellen, dass sie nahezu identisch sind (innerhalb von 0,1 V). Wenn die Spannungen erheblich abweichen, gleichen Sie die Batterien zuerst aus. Dieser Schritt verhindert ungleichmäßige Entladung und verlängert die Lebensdauer der Batterien.

Bereiten Sie ein Überbrückungskabel mit geeignetem Querschnitt vor, das den maximalen Strom Ihres Systems tragen kann. Eine ordnungsgemäße Vorbereitung gewährleistet einen sicheren und effizienten Verbindungsprozess.

Schritt 2. Sichere Anordnung

Positionieren Sie die Batterien dicht beieinander auf einer stabilen, nicht leitenden Oberfläche und lassen Sie einen kleinen Spalt für die Belüftung. Stellen Sie sicher, dass Ihr Arbeitsplatz sauber ist und alle Systemlasten und Ladegeräte vollständig von der Batteriebank getrennt sind.

Schritt 3. Batterien in Reihe schalten

Um eine Reihenschaltung zu bilden, verbinden Sie jede Batterie nacheinander mit Überbrückungskabeln. Verbinden Sie den Minuspol (-) der ersten Batterie mit dem Pluspol (+) der nächsten Batterie und setzen Sie dieses Muster fort, bis alle Batterien verbunden sind. Nach Abschluss der Kette gibt es einen freien Pluspol am Anfang und einen freien Minuspol am Ende.

Überprüfen Sie vor dem Fortfahren mit einem Multimeter die Polarität, um Verpolungen zu vermeiden, die Geräte beschädigen könnten. Stellen Sie sicher, dass jede Verbindung fest und sicher ist, da lose Verbindungen Wärmeentwicklung, Spannungsabfälle oder Funken verursachen können.

Schritt 4. Überstromschutz installieren

Aus Sicherheitsgründen sollte jeder Zweig vom Batteriebank, einer zum Laderegler und einer zum Wechselrichter, eine Batteriesicherung am Pluskabel (+) so nah wie möglich am Pluspol der Batterie zur Überstromschutz installiert haben.

Sie können einen DC-Batterieunterbrecher für eine rücksetzbare Absicherung und eine bequeme Trennung während der Wartung verwenden oder eine Sicherung für eine kostengünstige Hochfehlerabsicherung. Wenn Sie eine Sicherung verwenden, sollten Sie diese mit einem separaten Schalter kombinieren, um die Systemsteuerung zu erleichtern.

Schritt 5. Verbindung zu Systemkomponenten

Nach der Installation des Schutzes verbinden Sie den Batteriebank mit Ihren Geräten unter Verwendung von geeigneten AWG-Kabelquerschnitten. Verbinden Sie zuerst die Batterie mit dem Laderegler, dann schließen Sie die Solarpanels an. Anschließend führen Sie ein separates Kabelset zum Wechselrichter für Wechselstromlasten.

Wenn Sie einen Batteriemonitor verwenden, installieren Sie dessen Shunt am Haupt-Minuspol. Überprüfen Sie vor dem Einschalten mit einem Multimeter die Gesamtspannung, bestätigen Sie die richtige Polarität und stellen Sie sicher, dass bei ausgeschaltetem Leistungsschalter keine Spannung auf der Lastseite anliegt.

FAQs zum Reihenschalten von Batterien

Kann man verschiedene Batterietypen in Reihe mischen (AGM vs Blei-Säure)?

Nein. Sie dürfen auf keinen Fall verschiedene Batterietypen wie AGM, Gel oder geflutete Blei-Säure mischen. Sie haben unterschiedliche Innenwiderstände und benötigen unterschiedliche Ladespannungen (Profile). Das Mischen führt dazu, dass eine Batterie chronisch unterladen wird, während die andere überladen wird, was zu einem schnellen Ausfall der gesamten Batterieanlage und einem ernsthaften Sicherheitsrisiko führt. Verwenden Sie immer identische Modelle.

Entladen sich Batterien in Reihe gleichmäßig?

Theoretisch ja, da durch jede Batterie derselbe Strom fließt. In der Praxis führen jedoch kleine Fertigungsunterschiede, Temperaturunterschiede und Alter im Laufe der Zeit zu einem leichten Ungleichgewicht. Eine Batterie könnte auf eine niedrigere Spannung als die anderen absinken. Deshalb ist eine regelmäßige Wartung, wie eine Ausgleichsladung bei Blei-Säure-Batterien, entscheidend, um den Batteriebank gesund und ausgeglichen zu halten.

Kann ich verschiedene Ah-Batterien in Reihe schalten?

Das wird dringend abgeraten. Die Gesamtkapazität Ihrer Reihenschaltung wird durch die kleinste Batterie begrenzt. Zum Beispiel ergibt das Reihenschalten einer 100Ah-Batterie mit einer 200Ah-Batterie effektiv nur eine Batterie mit 100Ah nutzbarer Kapazität. Die kleinere Batterie wird tieferen Entladezyklen ausgesetzt, was zu einem vorzeitigen Ausfall führt und Ihre größere Investition nutzlos macht.

Kann ich Lithiumbatterien in Reihe schalten?

Ja, das Reihenschalten von Lithium-(LiFePO4)-Batterien ist sehr üblich und effektiv, aber nur unter einer Bedingung: Es muss ein geeignetes Battery Management System (BMS) verwendet werden. Ein BMS ist das Gehirn eines Lithium-Batteriepacks. Es überwacht jede Zelle, sorgt dafür, dass sie beim Laden und Entladen ausgeglichen bleiben, und schützt sie vor Überspannung, Unterspannung und extremen Temperaturen.

Warum müssen Batterien beim Reihenschalten vom gleichen Typ und Zustand sein?

Konsistenz ist der Schlüssel zur Langlebigkeit. Batterien desselben Modells und Alters haben einen ähnlichen Widerstand und Lade-/Entladeverhalten, wodurch sichergestellt wird, dass sie die Arbeitslast gleichmäßig teilen. Verschiedene Typen zu mischen ist wie einen Sprinter mit einem Marathonläufer zu paaren. Sie geraten schnell aus dem Takt, was dazu führt, dass eine Batterie lange vor den anderen ausfällt.