Batterien werden häufig in Reihe geschaltet. Dazu musst du nur in deine Fernseh-Fernbedienung schauen. Zum Beispiel liegen in der Fernbedienung des Amazon Fire Sticks zwei Micro Batterien hintereinander.
Bei der Reihenschaltung von Batterien wird der Pluspol der einen Batterie mit dem Minuspol der anderen Batterie verbunden. Die Spannung liegt dann über beiden Batterien an.
Was passiert, wenn man 2 Batterien in Reihe schaltet?
Schaltest du zwei Batterien in Reihe, addieren sich die Spannungen der einzelnen Batterien. Der maximal mögliche Strom bleibt gleich.
Die Reihenschaltung ist besonders nützlich, wenn eine höhere Spannung erforderlich ist. In der Fernbedienung summiert sich die Betriebsspannung auf 3 Volt (1,5 V + 1,5 V).
Formel für die Reihenschaltung
Die Formel für das Reihenschalten von Batterien ist einfach:
Uges = U1 + U2 + U3 + ... + Un
Die Gesamtspannung ergibt sich also aus der Summe der Spannungen der einzelnen Batterien.
Bei Solaranlagen und Elektroautos ist dir bestimmt schon einmal der Begriff Hochvolt-Akku aufgefallen. Diese Akkus nutzen das Prinzip der Reihenschaltung. Zum Beispiel werden in einem Tesla-Akku 110 einzelne Akkus hintereinander in Reihe geschaltet. Dadurch summiert sich die Einzelspannung von 3,7 Volt auf 407 Volt.
Vielleicht ist dir bei Elektro-Werkzeugen aufgefallen, dass sie mit 18 Volt Akkus beworben werden. Das Batteriepack besteht intern aus einzelnen Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind. Das wird übrigens auch als Serienschaltung bezeichnet.
Und ein letztes praktisches Beispiel findest du im Seifenspender. Dort werden über das Batteriefach drei Mignonzellen mit je 1,5 Volt in Reihe geschaltet. Die eingebaute Elektronik wird also mit einer Betriebsspannung von 4,5 Volt versorgt.
Vorteile der Reihenschaltung
Einfache Reihenschaltungen werden wegen ihrer Vorteile eingesetzt:
- Höhere Spannung: Wie bereits erwähnt, erhöht sich die Gesamtspannung.
- Geringer Kabelquerschnitt: Bei gleicher Leistung fließt weniger Strom. Deshalb können die Kabel dünner ausfallen.
Deshalb verwenden sogar einige Wohnmobile, Camper oder Motorboote zwei Versorgungsbatterien, die in Reihe geschaltet werden. Dann beträgt die Bordspannung 24 Volt.
Kann man 12V Batterien parallel schalten?
Zwei 12V Batterien kannst du also bedenkenlos parallel schalten. Dadurch verdoppelt sich die Spannung auf 24 Volt. Grundsätzlich solltest du darauf achten, immer Batterien des gleichen Typs und Alters zu verwenden.
Außerdem sollte der Ladezustand gleich sein. Damit vermeidest du Ausgleichsströme. Und für den dauerhaften Betrieb würde ich den Akkus einen sogenannten Balancer spendieren. Damit werden Unterschiede zwischen den Batterien ausgeglichen. Mehr dazu findest du im Artikel „ 2 Batterien an Solaranlage anschließen „.
12V Batterien in Reihe schalten
Natürlich kannst du auch mehrere Batterien mit 12 Volt zusammenschalten. Denn erhöht sich die Spannung entsprechend:
2 * 12 Volt = 24 Volt
3 * 12 Volt = 36 Volt
4 * 12 Volt = 48 Volt
5 * 12 Volt = 60 Volt
Viele Solaranlagen arbeiten mit einer Spannung von 48 Volt für den Batteriespeicher und Wechselrichter. Bei höheren Spannungen musst du aufpassen, weil dafür strengere VDE Vorschriften gelten. Unterhalb von 60 Volt muss die Installation zum Beispiel nicht gegen Berühren geschützt werden.
Häufig wird als Unterschied bei der Reihenschaltung beschrieben, dass die Kapazität in Ah (Amperestunden) gleich bleibt. Das stimmt zwar technisch. Klingt allerdings nicht so leistungsfähig.
Und es ist nur die halbe Wahrheit, denn die gespeicherte Energie verdoppelt sich trotzdem. Denn die Leistungskapazität, als die Zahl der Wattstunden verdoppelt sich.
Reihenschaltung Rechner
Mit dem folgenden Rechner kannst du beliebig viele Batterien in Reihe schalten. Experimentiere mit der Anzahl und der Spannung. Darüber bekommst du schnell ein Gefühl für die Zusammenhänge. Trage einfach Spannung und Anzahl der Batterien ein.
Dieser Rechner folgt der Empfehlung nur identische Batterien in Reihe zu schalten. Deshalb kannst du keine unterschiedlichen Spannungen angeben.
Nachteile der Reihenschaltung
Fällt eine Batterie in der Reihenschaltung aus, dann leidet die gesamte Versorgungssicherheit. Deshalb solltest du in der Fernbedienung immer alle Batterien gleichzeitig ersetzen.
Bei komplexen Batteriespeichern mit Lithium-Akkus sorgen Batteriemanagement-Systeme dafür, defekte Zellen zu erkennen und die Spannung anders zu verteilen.
Batterien in Reihe und parallel schalten
Darüber hinaus gibt es die Kombination von Parallel- und Reihenschaltung. Weiter oben habe ich ja schon einmal das Beispiel des Tesla-Akkus erwähnt. Für die enormen Leistung wird die Technik auf die Spitze getrieben.
Denn die 110 Batterien, die in Reihe geschaltet sind, sind in Blöcken zu jeweils 22 Batterien organisiert. Und innerhalb dieser Batterie-Blöcke sind weitere Batterien parallel geschaltet. Dadurch wird eine hohe Spannung erreicht (Reihenschaltung), bei enormen Strömen von 300 Ampere (Parallelschaltung).
Im Kleinen kannst du das Prinzip auch nutzen. Aus 8 Stück kannst du jeweils 4 Batterien in Reihe schalten. Die zwei Stränge schaltest du anschließend parallel. Dadurch erhältst du die vierfache Spannung und den doppelten Strom.
Was ist besser: Batterie in Reihe oder parallel schalten?
Dieses Beispiel beantwortet auch gleich die Frage, was besser ist. Die Antwort lautet eher, es kommt darauf an. Es kommt darauf an, was du erreichen möchtest.
Mit der Reihenschaltung erhöhst du die Spannung. Hersteller von Batterien nutzen diese Gesetzmäßigkeit gezielt aus, um genau die passende Spannung für die Elektronik der mobilen Geräte bereitzustellen.
Eine höhere Spannung sorgt für mehr elektrische Leistungskapazität. Trotzdem musst du den Kabelquerschnitt nicht erhöhen. Diesen Zusammenhang kannst du über das Ohmsche Gesetz leicht selbst nachrechnen.
Bei Solaranlagen kann sich das schnell bezahlt machen, weil du weniger Geld für dicke Kupferkabel ausgeben musst.
