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5.4 Serien- und Parallelschaltung von Zellen

5.4.1 Die Serienschaltung

5.4.1.1 Schaltung

Aufgrund der Zellenstruktur besitzt eine Zelle eine gewisse Spannung. Benötigt man eine höhere Spannung, dann müssen mehrere Zellen in Serie geschaltet werden.
Die einzelnen Zellen werden so miteinander verbunden, dass der Pluspol der ersten Zelle den Pluspol der gesamten Serienschaltung darstellt, der Minuspol der ersten Zelle wird mit dem Pluspol der zweiten Zelle verbunden usw., der Minuspol der letzten Zelle ist gleichzeitig der Minuspol der Serienschaltung.

Serienschaltung von Zellen

5.4.1.2 Die Spannung

Für die Gesamtspannung ergibt sich folgender Zusammenhang:

Die Gesamtspannung ist die Summe der einzelnen Zellenspannungen.

Serien- und Parallelschaltung Formel

Bei der Serienschaltung ist es zulässig, dass die einzelnen Zellen eine unterschiedliche Zellenspannung aufweisen.

5.4.1.3 Der Innenwiderstand

Für den Innenwiderstand ergibt sich folgender Zusammenhang:

Der Gesamtinnenwiderstand ist die Summe der einzelnen Innenwiderstände.

Serien- und Parallelschaltung Formel

5.4.1.4 Die Kapazität

Bei der Serienschaltung können die einzelnen Zellen unterschiedliche Spannungen aufweisen. Allerdings müssen die einzelnen Zellen die gleiche Kapazität aufweisen um einerseits beim Entladen (Primär- und Sekundärzellen) alle Zellen gleichmäßig auszunutzen und um andererseits beim Laden (nur Sekundärzellen) alle Zellen gleichmäßig aufzuladen.

Bei der Serienschaltung müssen alle Zellen die gleiche Kapazität aufweisen.

Für die Gesamtkapazität der Serienschaltung gilt:

Die Gesamtkapazität ist gleich groß wie jede Einzelkapazität.

Serien- und Parallelschaltung Formel

5.4.1.5 Anwendung

Bei handelsüblichen Batterien und Akkumulatoren wird die benötigte Anzahl an Zellen in einem Gehäuse eingebaut, z.B. beim 12V-Bleiakku 6 Zellen oder bei der 4,5V- und 9V-Batterie 3 bzw. 6 Zellen.
Eine andere Möglichkeit wird bei NiCd-Zellen angewendet: diese werden als Einzelzellen in so genannten „Power-Packs“ in Serie geschaltet. Zur Vermeidung von Überhitzung und Überladung werden sie mit Sensoren und Schaltern versehen.

5.4.2 Die Parallelschaltung

5.4.2.1 Schaltung

Benötigt man eine größere Kapazität als eine einzelne Zelle liefern kann, dann müssen mehrere Zellen parallel geschaltet werden.
Die Zellen werden so zusammengeschaltet, dass jeweils alle Pluspole und alle Minuspole miteinander verbunden sind.

Parallelschaltung von Zellen

5.4.2.2 Die Kapazität

Für die Gesamtkapazität ergibt sich folgender Zusammenhang:

Die Gesamtkapazität ist die Summe der einzelnen Kapazitäten.

Serien- und Parallelschaltung Formel

Es muss jedoch eine Bedingung eingehalten werden:

Bei der Parallelschaltung müssen alle Zellen die gleiche Kapazität aufweisen.

5.4.2.3 Der Innenwiderstand

Für den Innenwiderstand gilt:

Der Kehrwert des Gesamtinnenwiderstandes ist gleich der Summe der Kehrwerte
der Einzelinnenwiderstände,

Serien- und Parallelschaltung Formel

5.4.2.4 Die Spannung

Bei der Parallelschaltung von Zellen muss folgende Bedingung eingehalten werden:

Alle Zellen müssen die gleiche Kapazität aufweisen.

Für die Gesamtspannung der Parallelschaltung gilt:

Die Gesamtspannung ist gleich groß wie jede Einzelspannung.

Serien- und Parallelschaltung Formel

5.4.2.5 Die Stromstärke

Der Gesamtstrom I wird von allen Zellen gemeinsam geliefert und es gilt:

Der Gesamtstrom ist die Summe der einzelnen Zellenströme.

Serien- und Parallelschaltung Formel

5.4.2.6 Anwendung

Eingesetzt wird die Parallelschaltung gemeinsam mit der Serienschaltung bei der Realisierung von unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV).
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