Wie berechnet man den maximalen Akku-Strom?
Der theoretisch mögliche Akku-Strom lässt sich grundsätzlich mit folgender Formel berechnen:
Strom in A = Kapazität in Ah × C-Rate
Die C-Rate gibt an, mit welchem Vielfachen der Kapazität ein Akku geladen oder entladen werden darf. Ein Akku mit 2 Ah Kapazität und einer zulässigen Entladerate von 10C könnte rechnerisch einen Strom von 20 A liefern.
Beispiel:
2 Ah × 10C = 20 A
Berechnung bei Akkupacks mit Parallelzellen
Bei einem Akkupack ist entscheidend, ob die Zellen in Reihe oder parallel verschaltet sind. Bei einer Reihenschaltung erhöht sich die Spannung, die Kapazität bleibt jedoch gleich. Bei einer Parallelschaltung erhöht sich die Gesamtkapazität und damit auch der theoretisch mögliche Strom.
Werden zum Beispiel 3 Zellen mit je 2 Ah parallel geschaltet, ergibt sich eine Gesamtkapazität von 6 Ah. Bei einer zulässigen Entladerate von 10C ergibt sich rechnerisch:
6 Ah × 10C = 60 A
Ein 4S1P-Akkupack mit 2 Ah bleibt also bei 2 Ah Kapazität, hat aber eine höhere Spannung. Erst bei einer parallelen Verschaltung, zum Beispiel 4S3P, steigt die Kapazität auf das Dreifache.
Warum der berechnete Wert nur ein theoretischer Richtwert ist
Der berechnete Stromwert darf nicht automatisch als praktisch zulässiger Maximalstrom verwendet werden. Entscheidend sind immer die Angaben aus dem Zell-Datenblatt, die Belastbarkeit des Battery-Management-Systems, die verwendeten Leitungen, Steckverbinder, Sicherungen und die thermischen Bedingungen.
In der Praxis gilt immer der kleinste zulässige Wert im gesamten System.
Praxisbeispiel mit Zell-Datenblatt und BMS
Ein Akkupack besteht aus 3 parallel geschalteten Zellen. Jede Zelle darf laut Datenblatt maximal 15 A Dauerentladestrom liefern. Daraus ergibt sich für die Zellgruppe:
3 × 15 A = 45 A Dauerstrom
Wenn das verbaute BMS jedoch nur für 40 A Dauerstrom ausgelegt ist, darf der gesamte Akkupack trotzdem nur mit maximal 40 A belastet werden. Das BMS begrenzt in diesem Fall den tatsächlich zulässigen Strom.
Dauerstrom und Spitzenstrom unterscheiden
Zusätzlich muss zwischen Dauerstrom und Spitzenstrom unterschieden werden. Der Dauerstrom darf über längere Zeit fließen, ohne dass Zellen, BMS, Kabel oder Steckverbinder überhitzen. Der Spitzenstrom ist dagegen meist nur kurzzeitig zulässig, zum Beispiel beim Anlaufen eines Motors oder bei kurzen Leistungsspitzen.
Ein Akku kann daher kurzzeitig deutlich höhere Ströme liefern als dauerhaft erlaubt sind. Für die sichere Auslegung eines Akkupacks sollte jedoch immer der zulässige Dauerstrom als Grundlage verwendet werden.
Zusammenfassung
Die Formel Kapazität Ah × C-Rate liefert einen ersten theoretischen Richtwert für den maximalen Akku-Strom. Der tatsächlich zulässige Strom ergibt sich jedoch aus dem Zusammenspiel von Zell-Datenblatt, Parallelverschaltung, BMS, Verkabelung, Steckverbindern, Temperatur und ausreichenden Sicherheitsreserven.