Reihenschaltung und Parallelschaltung: Unterschiede bei Strom, Spannung und Akkus

Was unterscheidet Reihen- und Parallelschaltung?

In einer Reihenschaltung liegen die Bauteile hintereinander in einem Strompfad. Durch jeden Widerstand fließt deshalb derselbe Strom. Die Versorgungsspannung verteilt sich auf die Bauteile; die einzelnen Spannungsabfälle ergeben zusammen die Gesamtspannung.

In einer Parallelschaltung sind die Zweige an dieselben zwei Verbindungspunkte angeschlossen. Daher liegt an jedem Zweig dieselbe Spannung an. Der Strom verteilt sich entsprechend den Widerständen; die Summe der Zweigströme entspricht dem Gesamtstrom.

Die folgende Übersicht gilt für ideale ohmsche Widerstände im Gleichstromkreis. U steht für Spannung in Volt, I für Strom in Ampere und R für Widerstand in Ohm.

Auf kleinen Bildschirmen können Sie die Tabellen seitlich verschieben.

Rechenbeispiel: zwei Widerstände mit jeweils 6 Ω an 12 V

In Reihe: Der Gesamtwiderstand beträgt 12 Ω. Nach I = U/R fließt 1 A durch beide Widerstände. An jedem fallen 6 V ab.

Parallel: Jeder Widerstand liegt an 12 V und führt 2 A. Zusammen fließen 4 A; der Gesamtwiderstand beträgt 3 Ω. Die Versorgung muss diesen Strom bereitstellen können.

Mehr Strom bedeutet hier mehr aufgenommene Leistung, keinen pauschal besseren Wirkungsgrad. Die Grundlagen erläutert LEIFIphysik zur Reihenschaltung und Parallelschaltung von Widerständen.

Was passiert bei Akkus mit Volt, Ah und Wh?

Gleiche Akkus in Reihe liefern zusammen eine höhere Spannung. Gleiche Akkus parallel liefern bei unveränderter Spannung mehr Ah. Die folgenden Rechnungen beschreiben eine freigegebene Konfiguration; sie ersetzen keine Montageanleitung.

In Reihe werden die Einheiten über entgegengesetzte Pole verbunden. Parallel werden gleichnamige Pole zusammengeführt. Voraussetzung sind geeignete Akkus und eine technisch abgestimmte Verbindung.

Annahme: Zwei identische, für die jeweilige Verschaltung zugelassene Akkus besitzen jeweils 12 V Nennspannung und 10 Ah Nennkapazität. Die näherungsweise Nennenergie ergibt sich aus E = U × Q, also Volt × Amperestunden = Wattstunden.

Die tatsächlich nutzbare Energie hängt unter anderem von Last, Temperatur, Alterung, Abschaltgrenzen und Verlusten ab. Für eine Laufzeitabschätzung sind Wh und die Leistungsaufnahme des Geräts aussagekräftiger als Ah allein. Die Grundregeln beschreibt Victron im Kapitel Verkabelung von Batteriebänken.

Was bedeutet 3S2P bei einem Akkupack?

S bezeichnet die Anzahl serieller Zellgruppen, P die Anzahl paralleler Zellen je Gruppe. Ein 3S2P-Pack enthält drei hintereinandergeschaltete Gruppen mit jeweils zwei parallelen Zellen: insgesamt sechs Zellen.

Fiktives Auslegungsbeispiel: Bei sechs gleichen Lithium-Ionen-Zellen mit jeweils 3,6 V Nennspannung und 3 Ah ergeben sich 10,8 V, 6 Ah und rechnerisch 64,8 Wh.

Wenn das Datenblatt der gewählten Zelle ausdrücklich 4,2 V Ladeschlussspannung vorgibt, beträgt die entsprechende Packspannung 12,6 V. Das ist keine allgemeine Vorgabe für alle Lithium-Zellen. Das Gerät muss den gesamten vorgesehenen Spannungsbereich vertragen; BMS und Ladegerät müssen zur Zellchemie und Konfiguration passen.

Welche Grenzen bestimmen die Akkuauslegung?

Mehr Ah garantieren keinen beliebig hohen Spitzenstrom

Der zulässige Strom ergibt sich aus Zellen, Schutzschaltung, Leitungen, Kontakten und thermischer Auslegung. Parallele Zweige teilen den Strom bei unterschiedlichen Innen- und Leitungswiderständen ungleich auf. Zwei Akkus mit je 10 A Freigabe ergeben deshalb nicht automatisch ein freigegebenes 20-A-System.

Bei einer Reihenschaltung kann eine schwächere Einheit die nutzbare Kapazität des gesamten Verbunds begrenzen. Abweichende Ladezustände sind ebenfalls relevant. Unterschiedliche Chemien oder beliebige alte und neue Akkus dürfen Sie daher nicht ohne dokumentierte Herstellerfreigabe kombinieren.

Herstellerfreigabe, BMS und Ladetechnik gehören zusammen

Prüfen Sie zulässige Serien- und Parallelkonfigurationen im Datenblatt des konkreten Akkus. Ein eingebautes BMS ist keine automatische Erlaubnis zur Reihenschaltung mehrerer fertiger Packs. Die Vorgaben können sich selbst innerhalb einer Zellchemie unterscheiden, wie die Installationsvorgaben für Victron Lithium Battery Smart zeigen.

Ein BMS überwacht je nach Ausführung Zellspannungen, Strom und Temperatur und kann Schutzfunktionen sowie Balancing übernehmen. Die Funktionen müssen zur Packauslegung passen; Texas Instruments erläutert die Aufgaben der Batteriemanagement-Komponenten.

Bei parallel verbundenen Akkus können Spannungsunterschiede hohe Ausgleichsströme verursachen. Auch Leitungen und DC-Sicherungen müssen für das Gesamtsystem ausgelegt werden. Maßgeblich sind die Herstellervorgaben und die Anforderungen an Gleichstromverkabelung und Absicherung.

Welche Konfiguration passt zur betrieblichen Anwendung?

Bestehendes Gerät oder USV: die freigegebene Konfiguration erhalten

Beim Ersatz entscheidet die Gerätespezifikation. Ein zusätzlicher Akku in Reihe erhöht die Spannung und kann das Gerät beschädigen. Ein paralleler Zusatzakku ist ebenfalls nur bei ausdrücklich geeigneter Lade- und Schutztechnik zulässig.

Für eine USV-Ersatzbestellung benötigen Sie Modellnummer, Anzahl und Typ der Akkus, Spannung, Kapazität sowie Anschlussdaten. Wählen Sie den freigegebenen Satz aus den WSB-USV-Ersatzakkus; die Ah-Zahl allein reicht zur Zuordnung nicht aus.

Neues OEM-Gerät: zuerst Anforderungen, dann Zellen und Verschaltung

Definieren Sie den zulässigen Eingangsspannungsbereich, Dauer- und Spitzenstrom mit Pulsdauer, geforderte Laufzeit, Temperaturbereich, Bauraum, Anschlüsse und Ladekonzept. Daraus lässt sich eine geeignete Zell- und Packkonfiguration ableiten.

Die Kategorie Industriezellen bietet einen Einstieg in die Zellenauswahl für fachgerechte neue Auslegungen. Den Projektablauf erläutert der WSB-Ratgeber zur OEM-Akkupack-Entwicklung. Informationen zur technischen Abstimmung finden Sie bei der WSB-Entwicklung.

Häufige Fragen zu Reihen- und Parallelschaltung

Teilt sich die Spannung in einer Reihenschaltung immer gleich auf?

Nein. Bei Widerständen hängt der Spannungsabfall vom jeweiligen Widerstand ab. Gleiche Widerstände ergeben gleiche Teilspannungen. Bei Akkus können Ladezustand und Zustand der einzelnen Einheiten zu unterschiedlichen Spannungen führen.

Ist eine Parallelschaltung automatisch ausfallsicher?

Nein. Bei einem unterbrochenen Verbraucherzweig können andere Zweige weiterarbeiten. Ein Kurzschluss kann dagegen die gemeinsame Versorgung oder deren Schutzschaltung betreffen. Ausfallsicherheit erfordert eine dafür ausgelegte Schutz- und Systemarchitektur.

Kann ein 12-V-Ladegerät einen 24-V-Akkuverbund laden?

Ein für einen einzelnen 12-V-Akku vorgesehenes Ladegerät passt nicht zur Ladung des gesamten 24-V-Verbunds. Benötigt wird ein für Zellchemie, Verschaltung und Ladeprofil freigegebenes Ladekonzept.