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:

                - | +        - | +        - | +        - | +        - | +
             o---||---o   o---||---o   o---||---o   o---||---o   o---||---o
             |    |   |   |    |   |   |    |   |   |    |   |   |    |   |
         -   |        |   |        |   |        |   |        |   |        |   +
Minuspol o---o        o---o        o---o        o---o        o---o        o---o Pluspol
             |        |   |        |   |        |   |        |   |        |
             |  - | + |   |  - | + |   |  - | + |   |  - | + |   |  - | + |
             o---||---o   o---||---o   o---||---o   o---||---o   o---||---o
                  |            |            |            |            |

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.

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 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 dem zum Motor immer möglichst kurz halten!!!

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