Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Parallelschaltung von Akkus über Dioden - was passiert wirklich?


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von Dirk D. (onemintyulep)


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Eine Frage die mich schon länger umtreibt -

Wenn man mehrere Akkus hat - zB. fürs eBike - kann man die 
parallelschalten um mehr Kapazität zu haben. Das hat zusätzlich den 
Vorteil, das sich die Last auf die beiden Akkus aufteilt gemäss deren 
Innenwiderstand. Durch den geringeren Maximalstrom steigt die 
entnehmbare Kapazität je Akku, und für die Lebensdauer ist es auch gut.
Da beim Zusammenstecken der Akkus hohe Ausgleichsströme fliessen könnten 
wird oft empfohlen diese über Dioden zusammenzuschalten, denn: Strom 
fliesst dann nur über die Diode mit der höheren Spannung. Die Akkus 
laden sich nicht gegenseitig.
Das bringt mich zu meiner Frage: was passiert real ab dem Moment wenn 
die Akkus auf gleicher Spannungslage sind. Es gilt ja weiterhin dass zu 
keiner Zeit Strom aus beiden Akkus gleichzeitig fliessen kann. 
Theoretisch wird aus beiden Akkus also abwechselnd der volle Strom 
entnommen, quasi mit unendlicher Frequenz :) Dann würde aber die 
Überlegung zur entnehmbaren Kapazität und zur Lebensdauer nicht mehr 
stimmen.

Wie betrachtet das der Profi? Ist die Parallelschaltung über Dioden in 
dem Punkt gleichwertig? Mal ideale Dioden angenommen.

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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Dirk D. schrieb:
> was passiert real ab dem Moment wenn
> die Akkus auf gleicher Spannungslage sind

das wird nie eintreten, denn 100% Gleichheit gibt es nicht und auch 
keine Dioden mit absolut gleicher Uf bei "gleichem" Strom.

von Dieter (Gast)


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Bei gleicher Akku- Spannung liefern beide Akkus einen Beitrag. 
Widerstaende ueberall beinflussen die Aufteilung.

von Karl (Gast)


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Da es keine idealen Dioden gibt: Der Innenwiderstand der Akkus plus der 
Innenwiderstand der Dioden bestimmt, wie sich die Ströme aufteilen. Da 
wechselt sich nichts ab, die Ströme fließen gleichzeitig und addieren 
sich.

von nur zufällig hier (Gast)


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Dirk D. schrieb:
> Da beim Zusammenstecken der Akkus hohe Ausgleichsströme fliessen könnten

Man steckt sie nicht zusammen wenn sie unterschiedliche Spannungen 
haben. Bevor man die Akkus eines Akkupacks verbindet sorgt man dafür das 
sie alle den selben Ladezustand haben.

Das mit den Dioden höre ich zum ersten mal. Leute nutzen gerne 
Sicherungsdrähte um Akkus parallel zusammenzuschalten. Das hat den 
Vorteil das die anderen Akkus der Gruppe einen defekten Akku nicht mit 
voller Power "laden".

von Dirk D. (onemintyulep)


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nur zufällig hier schrieb:
> Man steckt sie nicht zusammen wenn sie unterschiedliche Spannungen
> haben.

Das empfehle ich auch immer. Zusammen mit dem Tipp dass man sie notfalls 
über Halogenbirnchen angleichen kann.

Die Diodenschaltung ist aber demgegenüber Narrensicher, deshalb wird das 
oft ins Spiel gebracht. Man nimmt natürlich nicht reale Dioden, sondern 
MOSFETs.

Die Frage ist aber ob sich die zwei guten Ratschläge gegenseitig 
aufheben.(besser Parallelschalten statt nacheinander leerfahren + 
Diodenschaltung)

Karl schrieb:
> Da es keine idealen Dioden gibt:

Das gilt jetzt aber nicht :)

Dass es nach aussen scheint wie eine Parallelschaltung ist mir schon 
klar, meine Frage ist ob es physikalisch äquivalent ist. Zumindest 
solange die Akkus unterschiedliche Spannung haben ist das ja ganz 
offensichtlich nicht der Fall.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Dirk D. schrieb:
> Wenn man mehrere Akkus hat - zB. fürs eBike - kann man die
> parallelschalten um mehr Kapazität zu haben.
Das wird in der Technik vielfach so gemacht.

> Das hat zusätzlich den
> Vorteil, das sich die Last auf die beiden Akkus aufteilt gemäss deren
> Innenwiderstand.
Ja, und damit bleiben diese praktisch ganz von selbst im Gleichgewicht.
Das ist weniger problematisch als die Reihenschaltung, wo Zellen auf 
Grund kleiner Kapazitätsunterschiede beim Laden und Entladen 
unterschieliche Spannung haben werden. Bei empfindlichen 
Akkutechnologien z.B. Lithium-Akkus) muß wird deshalb eine recht 
aufwendige Überwachung und Balancierung vorgenommen.

> Durch den geringeren Maximalstrom steigt die
> entnehmbare Kapazität je Akku, und für die Lebensdauer ist es auch gut.
Ja, um Prinzip ist das richtig. Ich denke aber, die Effekte sind eher 
gering, wenn der Betrieb mit einem Akku nicht gerade grenzwertig ist.

> Da beim Zusammenstecken der Akkus hohe Ausgleichsströme fliessen könnten
> wird oft empfohlen diese über Dioden zusammenzuschalten, denn: Strom
> fliesst dann nur über die Diode mit der höheren Spannung. Die Akkus
> laden sich nicht gegenseitig.
Aber über die Dioden hat man Verlustspannung und zusätzlichen Aufwand.
Die Lösung macht Sinn, wenn man Akkus flexibel zusammenschalten will
bzw. nicht auf eine einfache Umschaltung setzten möchte.

Wenn man das Zusammenschalten aber nur einmal macht, muß man den 
Ladezustand der Zellen nur einmal auf gleichen Zustand bringen. Danach 
hat sich das Problem ja erledigt.

> Das bringt mich zu meiner Frage: was passiert real ab dem Moment wenn
> die Akkus auf gleicher Spannungslage sind.
Dann passiert nix schlimmes mehr. Wo keine Potentialdifferenz ist, 
fließt auch kein Ausgleichsstrom.
Kleine Toleranzen im Bereich von paar mV gleichen sich von selbst aus. 
Da wird der Innenwiderstand den Strom ausreichen begrenzen und der 
Ausgleichsprozess wird auch nicht zu einer unzulässigen Erhitzung 
führen, weil der Ernergieausgleich eher gering ist.

> Theoretisch wird aus beiden Akkus also abwechselnd der volle Strom
> entnommen, quasi mit unendlicher Frequenz :)
Das ist wohl eher Quatsch und Behauptungen dazu würde ich ins Reich der 
Legenden verweisen. Akkus sind keine HF-Generatoren.

Im Niederfrequenten Bereich kann ich mir noch vorstellen, dass es zu den 
behaupteten Schwingungen kommt, wobei die Entnahmeströme zwischen den 
Zellen schwanken. Dabei müßten thermische Effekte wohl eine Rolle 
spielen.
Dazu müßte so ein System aber erstmal angeregt werden.
Ein Umladen des Stromes von einer Zelle in die andere halte ich dann 
aber trotzdem für sehr unwahrscheinlich. Dafür müßten die Zellen und die 
Betriebsbedingungen wohl sehr exotisch sein.

> Wie betrachtet das der Profi? Ist die Parallelschaltung über Dioden in
> dem Punkt gleichwertig? Mal ideale Dioden angenommen.
Je nach dem, was du erreichen willst, scheint mir der Aufwand unsinnig.

Entweder schaltetst man die Zellen gleich komplett parallel oder man 
tauscht den Akku bei Bedarf oder schaltet vom einen auf den anderen um.
Gruß  Öletronika

von Dieter (Gast)


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Gleiche Zellenzahl in Reihe mit gleichen Ladungsschlussspannungen und 
unterer Spannungsgrenze müssen die Packs auch erfüllen. 
Energierückspeisung ist aber mit den Dioden nicht mehr möglich. Das 
sollte man beachten, wenn diese Funktion vorhanden sein sollte.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Es gilt ja weiterhin dass zu
> keiner Zeit Strom aus beiden Akkus gleichzeitig fliessen kann.

Möp. Begründe diese Annahme, dann können wir Dir helfen.

von genervt (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> das wird nie eintreten, denn 100% Gleichheit gibt es nicht und auch
> keine Dioden mit absolut gleicher Uf bei "gleichem" Strom.

Was hat man eigentlich davon, wenn man solchen Mist verzapft und in 
Foren absondert?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Was hat man eigentlich davon

Man hat Recht. Das kann je nach persönlicher Situation durchaus 
Mangelware sein. Da backt man sich dann schon mal ein Ei drauf, geht mir 
auch ab und zu so.

von genervt (Gast)


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Stefan U. schrieb:
> Das kann je nach persönlicher Situation durchaus
> Mangelware sein.

Das liegt nicht an deiner Situation, sondern an deinem Unwissen.

Schon bei den alten Griechen gab es einige sehr fähige Philosophen, die 
sehr tiefgreifende Erkenntnisse der Allgemeinheit zugänglich machten. 
Nur zwei Beispiele: Wenn man keine Ahnung hat, einfach mal die Fresse 
halten. Und: Die dümmsten Bauern haben die dicksten Kartoffeln.

Darauf folgten einige hundert Zyklen der Degeneration. Und in diesem 
Forum kann man nun bewundern, was dabei herausgekommen ist. Dank dir, 
lieber Stefan U.

Auch der dümmste Agrarökonom möchte sich heutzutage Elektronikexperte 
schimpfen, weil er weiß, wie herum er den Stecker seiner Melkmaschine 
einsteckt. Statt bei seinen Kartoffeln zu bleiben.
Und das Mitteilungsbedürfnis ist umgekehrt proportional zur eigenen 
Ahnung bzgl. des Diskussionsthemas, denn wenn man schon nur geistigen 
Dünnschiss absondert, muss man diesen ja wenigstens laut und deutlich 
herausposaunen, damit man wenigstens dadurch irgendwie im Mittelpunkt 
steht.

Aber was will man noch erwarten beim heutigen Zustand Griechenlands.

von Huh (Gast)


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genervt schrieb:
> Nur zwei Beispiele: Wenn man keine Ahnung hat...

Ich wüsste nicht, dass dieser Ausspruch von einem alten Griechen stammt. 
Erst recht nicht von einem "sehr fähigen Philosophen". Im Gegenteil, das 
war ein Typ, der durch seine extrem flachen "Witze" unangenehm auffiel.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Entspanne dich mal mit ein bisschen guter Musik. Zum Beispiel damit: 
https://www.youtube.com/watch?v=tI2ASp0f7GU&list=PL8pVpNT5AviITd7IFTp52-yMY-yaACBf7

von genervt (Gast)


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Huh schrieb:
> Ich wüsste nicht, dass dieser Ausspruch von einem alten Griechen stammt.

Tja, hättest du mal im Philosophieunterricht besser aufgepasst und dir 
diesen Grundsatz zu Herzen genommen, dann hättest du dich bestimmt nicht 
erblödet, dich mit deiner Unkenntnis zu brüsten.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Youtube-Video "Wonder Woman Main Theme - Tina Guo"

Ok, das Stück vielleicht gerade nicht, aber die Frau hat mehr zu bieten.

von Peter (Gast)


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Dirk D. schrieb:

> Die Diodenschaltung ist aber demgegenüber Narrensicher, deshalb wird das
> oft ins Spiel gebracht. Man nimmt natürlich nicht reale Dioden, sondern
> MOSFETs.

Hast du einen Schaltplan oder einen entsprechenden Link?

von Dirk D. (onemintyulep)


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Stefan U. schrieb:
>> Es gilt ja weiterhin dass zu
>> keiner Zeit Strom aus beiden Akkus gleichzeitig fliessen kann.
>
> Möp. Begründe diese Annahme, dann können wir Dir helfen.

Hmm. Vielleicht ist das der Denkfehler. Ich dachte folgendermassen:
1. Ist eine der beiden Spannungen höher als die andere, kann durch die 
andere Diode kein Strom fliessen.
2. Folgt, durch beide (ideale) Dioden gleichzeitig fliesst Strom genau 
nur für den Fall, dass die Spannungen exakt gleich sind.

Ich habe wohl implizit angenommen dass das kein stabiler Zustand sein 
kann wenn zwischen den Akkus kein Strom fliesst. Aber das kann ich so 
nicht begründen. Vielleicht wird der Zustand ja "eingefangen".

von Huh (Gast)


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genervt schrieb:
> Tja, hättest du mal im Philosophieunterricht besser aufgepasst

Und weil du ja offensichtlich aufgepasst hast, kannst du und bestimmt 
den Namen dieses alten Griechen oder des sehr fähigen Philosophen sagen, 
von dem dieser Ausspruch stammt, oder?

von Peter (Gast)


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Huh schrieb:

> Und weil du ja offensichtlich aufgepasst hast, kannst du und bestimmt
> den Namen dieses alten Griechen oder des sehr fähigen Philosophen sagen,
> von dem dieser Ausspruch stammt, oder?

Nicht antworten - ignorieren.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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>> Es gilt ja weiterhin dass zu
>> keiner Zeit Strom aus beiden Akkus gleichzeitig fliessen kann.
> Ist eine der beiden Spannungen höher als die andere, kann durch
> die andere Diode kein Strom fliessen.

Das ist im Prinzip richtig. Aber, der Stromfluss bewirkt auch einen 
Spannungsabfall im Akku selbst und und in den Dioden. Außerdem entlädt 
sich der Akku, was ebenfalls zu einer stetig sinkenden Spannung führt.

Deswegen wird zuerst nur der Akku mit der höchsten Spannung entladen. 
Irgendwann ist dessen Spannung aber auf das Niveau des nächst 
niedrigeren Akkus abgesunken, und dann verteilt sich der Strom auf zwei 
Akkus. Wenn diese dann dann Niveau des dritten Akkus erreicht haben, 
verteilt sich der Strom auf drei Akkus, usw.

Die meiste Zeit lang werden dann alle Akkus zusammen belastet - 
vorausgesetzt natürlich, dass sie ungefähr gleiche Eigenschaften haben. 
Je ungleicher sie sind, umso mehr Last geht auf den stärksten Akku. Und 
genau das macht in der Praxis ja auch Sinn.

von Dirk D. (onemintyulep)


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Peter schrieb:
> Hast du einen Schaltplan oder einen entsprechenden Link?

http://www.linear.com/product/LTC4357

Geht auch ohne Controller, aber ich habe das noch nicht ausprobiert.
Ideal ist das natürlich nur in dem Sinn dass man die Vorwärtsspannung 
und damit die Verlustleistung minimieren kann.

von Rene K. (Gast)


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um was für Akkus geht es überhaupt?
Bei Lifepo4 brauchst Du keine Dioden. Bei LiPo gibt es einiges zu 
beachten.
<Bei NimH sollte es auch egal sein..bei beiden gibt es keine 
nennenswerten Ausgleichsströme

von Dirk D. (onemintyulep)


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Rene K. schrieb:
> um was für Akkus geht es überhaupt?

Ist schon ok, das war eine Grundsatzfrage. Es ging mir nicht ums 
Parallelschalten generell, sondern um die Dioden-Oder-Schaltung. Das ist 
mir jetzt soweit klar geworden. Ab dem Moment gleicher Spannung verhält 
es sich wie eine Parallelschaltung, und während der Parallelschaltung 
ist die Spannung über beide Zweige immer gleich. Egal wie die Ströme 
sich verteilen. Deshalb kommt es aus dem Zustand erst wieder raus wenn 
ein Akku abschaltet oder getrennt wird.

LiIon Akkus gleicher Nennspannung aber verschiedener Kapazität kann man 
problemlos parallelschalten, aber beim Zusammenstecken müssen sie 
möglichst gleiche Spannung aufweisen, da der Ausgleichsstrom sonst so 
hoch sein kann dass es den Zellen schadet bzw. sogar die Sicherungen 
auslöst (zB. 10V/200mOhm=50A...)

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