Wie kann man die Spannung eines Akkus berechnen?
Die Spannung eines Akkupacks ergibt sich aus der Zellspannung und der Anzahl der in Serie geschalteten Zellen. Diese Serienschaltung wird häufig mit dem Buchstaben S angegeben. Ein Akkupack mit 10S besteht zum Beispiel aus zehn in Reihe geschalteten Zellgruppen. Sie können aber auch unseren Akkupack-Spannungs Rechner online verwenden.
Die Grundformel lautet:
Packspannung = Zellspannung × S-Anzahl
Die S-Anzahl beschreibt also, wie viele Zellen oder Zellgruppen hintereinander in Reihe geschaltet sind. Bei einer Reihenschaltung addieren sich die Spannungen der einzelnen Zellen. Die Kapazität bleibt dabei gleich, sofern keine zusätzlichen Parallelzellen vorhanden sind.
Beispiel mit einer Li-Ion-Zelle
Eine einzelne Li-Ion-Zelle hat häufig eine Nennspannung von etwa 3,6 V bis 3,7 V. Werden zehn dieser Zellen in Serie verschaltet, ergibt sich ein Akkupack mit ungefähr 36 V bis 37 V Nennspannung.
Berechnung:
3,7 V × 10S = 37 V Packspannung
Ein solcher Akku wird in der Praxis oft als 36-V-Akku oder 37-V-Akkupack bezeichnet. Die genaue Angabe hängt davon ab, ob mit der nominalen Zellspannung von 3,6 V oder 3,7 V gerechnet wird.
Nennspannung, Ladeschlussspannung und Entladeschlussspannung
Wichtig ist, dass ein Akku nicht immer exakt dieselbe Spannung hat. Die Spannung verändert sich je nach Ladezustand. Deshalb unterscheidet man zwischen Nennspannung, Ladeschlussspannung und Entladeschlussspannung.
Bei einer typischen Li-Ion-Zelle können diese Werte zum Beispiel so aussehen:
- Nennspannung: ca. 3,6 V bis 3,7 V
- Ladeschlussspannung: ca. 4,2 V
- Entladeschlussspannung: je nach Zelle ca. 2,5 V bis 3,0 V
Für einen 10S-Li-Ion-Akkupack bedeutet das:
- Nennspannung: 3,7 V × 10 = 37 V
- Voll geladen: 4,2 V × 10 = 42 V
- Entladen: z. B. 3,0 V × 10 = 30 V
Deshalb kann ein sogenannter 36-V-Akku im voll geladenen Zustand deutlich über 36 V liegen. Das ist normal und hängt direkt mit der Zellchemie und dem Ladezustand zusammen.
Weitere Beispiele für verschiedene Zellchemien
Je nach Zellchemie unterscheiden sich die typischen Zellspannungen. Dadurch ergeben sich bei gleicher S-Anzahl unterschiedliche Packspannungen.
- Li-Ion: ca. 3,6 V bis 3,7 V pro Zelle
- LiFePO4: ca. 3,2 V bis 3,3 V pro Zelle
- NiMH: ca. 1,2 V pro Zelle
- Ni-Cd: ca. 1,2 V pro Zelle
Ein 4S-Li-Ion-Akku mit 3,7 V Zellspannung hat zum Beispiel:
3,7 V × 4S = 14,8 V
Ein 4S-LiFePO4-Akku mit 3,2 V Zellspannung hat dagegen:
3,2 V × 4S = 12,8 V
Obwohl beide Akkupacks aus vier in Reihe geschalteten Zellen bestehen, ist die Gesamtspannung unterschiedlich. Der Grund liegt in der unterschiedlichen Zellchemie.
Was bedeutet 10S, 10S1P oder 10S3P?
Die Angabe S steht für die Anzahl der in Serie geschalteten Zellen oder Zellgruppen. Die Angabe P beschreibt dagegen die Anzahl der parallel geschalteten Zellen pro Zellgruppe.
- 10S1P: 10 Zellen in Serie, keine zusätzliche Parallelschaltung
- 10S2P: 10 Zellgruppen in Serie, je 2 Zellen parallel
- 10S3P: 10 Zellgruppen in Serie, je 3 Zellen parallel
Die Spannung wird immer durch die S-Anzahl bestimmt. Die P-Anzahl erhöht dagegen die Kapazität und die mögliche Strombelastbarkeit des Akkupacks.
Zusammenfassung
Die Spannung eines Akkupacks berechnet sich aus der Zellspannung multipliziert mit der Anzahl der in Serie geschalteten Zellen. Die Formel lautet Packspannung = Zellspannung × S-Anzahl. Entscheidend ist dabei, ob mit der Nennspannung, der Ladeschlussspannung oder der Entladeschlussspannung gerechnet wird. Für die praktische Auslegung eines Akkupacks müssen daher immer Zellchemie, Ladezustand und die zulässigen Spannungsgrenzen berücksichtigt werden.