Reihen-/Parallelschaltung

Akkus

Was bedeutet 5s2p bei Lithium-Polymerakkus / Lithium-Ionenakkus?

Diese Angabe bezieht sich auf die Gesamtkonfiguration der im Akku enthaltenen Zellen.

Bei dem oben angegebenen Akku mit 5s2p sind jeweils 5 Pakete mit jeweil 2 parallel geschalteten Zellen in Reihe geschaltet, insgesamt also (5*2) 10 einzelne Zellen.

Als Schaltbild sieht das Ganze etwa so aus:

Die Gründe einzelne Zellen zu einem Akkupack zusammenzuschalten, sind entweder eine höhere Kapazität, eine höhere Strombelastbarkeit oder eine höhere Gesamtspannung, gegenüber einer einzelnen Zelle, zu erhalten (alles zusammen ist natürlich auch möglich).

Es gibt auch eine Kurzschreibweise für Akkupacks bei denen keine parallelgeschalteten Zellen vorhanden sind. Sie werden z.B. als 3s angegeben. Die vollständige Schreibweise wäre 3s1p. Da sich eine Zelle aber schlecht zu sich selbst parallel schalten läßt, wird die 1p-Angabe weggelassen.

Möchte man herausfinden wie groß nun die Gesamtspannung ist, dann multipliziert man einfach die 5s-Angabe (5 Zellen in Reihe, seriell geschaltet) mit der Nennspannung einer einzelnen Zelle:

Ugesamt = n * Uzelle

U_gesamt ist in diesem Fall die errechnete Akkuspannung, n die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen (die Zahl vor dem 's') und U_zelle ist die für den Akkutyp spezifische Nennspannung.

Für den oben erwähnten 5s2p Lithium-Polymerakku ergibt sich eine Gesamtspannung von:

Ugesamt = 5 * 3,7V

Ugesamt = 18,5 V

18,5 Volt.

Welchen Sinn hat aber jetzt die Angabe 2p?

Mit dieser Angabe läßt sich die Gesamtkapazität und damit die Gesamtbelastbarkeit des Akkus errechnen.

Dazu werden die Werte für Kapazität und die Belastbarkeit der einzelnen Zelle benötigt.

Nimmt man für das 5s2p-Beispiel eine Kapazität von 2000 mAh und eine Belastbarkeit von 15C einer einzelnen Zelle an, dann kann mit:

Cgesamt = n * CZelle

die gesamte Kapazität des Akkupacks berechnen, wobei C_gesamt die Gesamtkapazität des Akkupacks in Amperestunden/Milliamperestunden, n die Zahl vor dem 'p' und C_Zelle die Kapazität einer einzelnen Zelle in Amperestunden/Milliamperestunden ist.

Berechnet auf das Beispiel ergibt das:

Cgesamt = 2 * 2000 mAh

Cgesamt = 4000 mAh = 4 Ah

4000 Miliamperestunden.

Mit:

I = n * m * C

wird der maximale Laststrom berechnet. I ist der Laststrom in Ampere/Milliampere, n die Zahl vor dem 'p' (Anzahl parallelgeschalteter Zellen), m die Zahl vor dem 'C' der Belastbarkeit und C die Kapazität einer Zelle.

Das 5s2p Beispiel mit Zellen einer Kapazität von 2000 mAh und 15C Belastbarkeit ergibt das dann:

I = 2 * 15 * 2000 mAh

I = 60000 mA = 60 A

60 Ampere. Ein respektabler Strom.

Man kann ganz einfach auch aus einer gegebenen Gesamtkapazität eines Akkupacks die Kapazität einer einzelnen Zelle berechnen:

CZelle = Cgesamt / n

C_Zelle ist die Kapazität der einzelnen Zelle, C_gesamt die Gesamtkapazität des Akkupacks und n die Zahl vor dem 'p'.

Ein 10s5p Akkupacks mit 4,25 Ah (4250 mAh) hat damit eine Zellkapazität von:

CZelle = 4250 mAh / 5

CZelle = 850 mAh

850 Milliamperestunden.

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2 x 3s Akkus in Reihe als 6s laden und balancen

Als erstes ein Wort der Warnung ! Wer sich nicht 100 Prozent sicher ist, dass er die Schaltung versteht und das richtig zusammenbauen kann, der sollte es besser lassen, da LiPos bekannterweise gefährlich sind und bei Kurzschluss bzw Verpolung zerstört werden können oder noch schlimmer anfangen zu brennen. Des weiteren ist es bei jedem Anschliessen der LiPos wichtig darauf zu achten, dass dies korrekt getan wird ! Nachbauen auf eigene Gefahr !

Für diese Schaltung werden die Hauptladekabel der LiPos einfach in Reihe geschaltet, wie oben das Diagramm zeigt.

Fertiger Adapter 1

Wenn wir nun den Balancerstecker für den 6s LiPo verkabeln, dann ist durch das Verbinden von den beiden LiPos das Balancerkabel 4 von Lipo 1 jetzt identisch mit dem Balancerkabel 1 von Lipo 2 (wenn man den kleinen Widerstandsunterschied der Kabel misachtet). Dadurch ergibt sich die logische Schaltung der Balancerkabel wie oben dargestellt. Im Prinzip ist es egal, ob man das Balancerkaberl 4 von LiPo 1 offen hängen lässt oder das andere. Wenn das Ladegerät allerdings durch den Balanceadapter lädt, dann ist empfohlen beide Kabel zusammenzulegen auf Pin 4 des 6s Adapters. Der Vorteil des Freilassens eines Kontakts ist, dass das Risiko eines Akku Schadens verrringert wird bei versehentlich falschem Anschliessen der Balancer Adapter.

Als kleine Erklärung : Was effektiv nun passiert, wenn der Balancer die Spannung von Zelle 3 / LiPo 1 bestimmen will, dann tut er das wie immer, durch kabel 3 & 4 von LiPo Balancer 1, allerdings um nun die Spannung von Zelle 1 in LiPo 2 zu bestimmen hat er ja das Kabel 1 / LiPo 2 nicht mehr. diese Verbindung erlangt er aber nun durch Kabel 4 / Lipo 1 und die Haupt Plus / Minus Kabel von LiPo 2 / 1.

Fertiger Adapter Closeup

Wichtig ist allerdings, dass die Hauptanschlüsse und die Balanceranschlüsse nicht untereinander vertauscht werden dürfen, d.h man hat immer einen Haupt + Balancer Anschluss die zusammen gehören für jeweils einen LiPo. Sonst funktioniert das ganze nicht oder die Akkus nehmen schaden, also richtig verlöten und immer die zwei zusammengehörigen zusammenbinden, damit diese nachher nicht verwechselt werden.

Natürlich versteht sich von selbst, dass wenn man die Akkus nachher zusammen lädt, aber getrennt fliegt, dann sollten die Zellspannungen vor dem Laden nicht zu weit auseinander liegen, sonst muss der Balancer sehr viel arbeiten bzw entladen und das tut den Akkus auf Dauern nicht gut. Wenn man die Akkus ungefähr die gleiche Zeit fliegt, dann passt das allerdings immer recht gut. Sollte es nicht passen, dann entweder komplett getrennt laden, oder einen Akku etwas nachladen, bis beide gleich sind, dann wieder zusammen.

Dieses Diagramm funktioniert analog für alle anderen Denkbaren kombinationen von LiPos. Sie müßen allerdings die gleiche Kapazität besitzen.

Widerstände

Reihenschaltung

Schaltet man zwei Verbraucher, also z.B. zwei Widerstände, in Reihe, dann fließt durch beide der selbe Strom. Die Stromstärke hängt vom Gesamtwiderstand ab. Der Gesamtwiderstand ist die Summe aller Teilwiderstände.

Rgesamt = R1 + R2 + R3 +...+ Rn

     U               U
I = --- = -----------------------
     R     R1 + R2 + R3 +...+ Rn

Die Spannung teilt sich in Reihenschaltung auf alle Verbraucher auf. Die Spannung (man spricht hier auch vom „Spannungsabfall“) an einem Widerstand kann leicht aus der Stromstärke bestimmt werden:

                              U
U1 = R1 * I = R1 * -----------------------
                    R1 + R2 + R3 +...+ Rn

                           U
U2 = R2 * I = R2 * -----------------------
                    R1 + R2 + R3 +...+ Rn

Da praktisch jeder Draht einen Widerstand hat, gibt es auch im Draht Spannungsabfälle, die z.B. bemerkbar werden, wenn man sehr lange und zu dünne Kabel bei großer Stromstärke verwendet. Also die Kabel vom Akku zum Regler/Steller und von dort zum Motor immer möglichst kurz halten und einen der Stromstärke angemessenen Querschnitt verwenden!

Siehe auch Berechnung von Vorwiderständen

Parallelschaltung

Bei der Parallelschaltung mehrerer Verbraucher addieren sich die Ströme, während die Spannung an jedem Verbraucher die gleiche ist.

                             U      U      U          U
I = I1 + I2 + I3 +...+ In = ---- + ---- + ---- +...+ ----
                             R1     R2     R3         Rn