Wie viele 3,7-V-Batterien benötigen Sie, um 12 V herzustellen?

Wenn Sie eine kleine 12V-Stromquelle für LEDs, eine Router-Notstromversorgung, ein Arduino-Projekt, eine Kameravorrichtung, einen kleinen Motor oder eine andere DIY-Elektronik aufbauen, fragen Sie sich vielleicht, wie viele 3,7V-Lithiumbatterien Sie benötigen. Die einfache Antwort ist: Sie benötigen in der Regel 3 Zellen in Reihe für ein 12V-Lithium-Pack oder 4 Zellen in Reihe, wenn Sie die Spannung genau auf 12V regulieren möchten.

Das mag auf den ersten Blick verwirrend klingen, aber es läuft auf ein wichtiges Detail hinaus: Eine 3,7V-Lithiumbatterie ist mit einer Nennspannung und nicht mit einer festen Spannung bewertet. Eine einzelne 3,7V-Zelle hat in der Regel etwa 4,2V, wenn sie vollständig geladen ist, und ist viel niedriger, wenn sie fast leer ist. Die beste Konfiguration hängt also davon ab, ob Ihr Gerät einen wechselnden Spannungsbereich verarbeiten kann oder eine konstante 12V-Ausgabe benötigt.

Kurze Antwort: 3 oder 4 Batterien?

Für die meisten DIY-Batteriepack-Berechnungen ist hier die praktische Antwort:

Wenn Ihr Gerät „12V“ angibt, aber etwas wie 10V bis 14V akzeptieren kann, könnte ein 3S-Lithium-Ionen-Pack funktionieren. Wenn Ihr Gerät eine saubere und konstante 12V benötigt, ist ein 4S-Pack mit einem Spannungsregler oft der bessere Ansatz. Schließen Sie einen 4S-Pack nicht direkt an Standard-12V-Elektronik an, es sei denn, Sie wissen, dass das Gerät sicher bis zu 16,8V verarbeiten kann.

Verständnis der 3,7V Batteriespannung

Eine 3,7V-Batterie ist in der Regel eine Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Zelle. Die 3,7V-Nennleistung ist die Nennspannung, was bedeutet, dass sie die durchschnittliche Betriebsspannung während der Entladung ist. Sie bleibt nicht die ganze Zeit bei 3,7V.

Eine typische 3,7V-Lithium-Ionen-Zelle hat diesen Spannungsbereich:

• Voll geladen: ca. 4,2V
• Nennspannung: ca. 3,6V bis 3,7V
• Abschaltung bei niedriger Spannung: oft etwa 2,5V bis 3,0V, abhängig von der Zelle und dem BMS

Deshalb ist die Rechnung nicht so einfach wie 12 durch 3,7 zu teilen und aufzurunden. Sie müssen auch die volle Ladespannung, die Mindestspannung und das, was Ihr Gerät sicher akzeptieren kann, berücksichtigen.

Wie Reihenschaltung die Spannung erhöht

Um die Spannung zu erhöhen, werden Batterien in Reihe geschaltet. Bei einer Reihenschaltung wird der Pluspol einer Zelle mit dem Minuspol der nächsten Zelle verbunden. Die Spannung addiert sich, aber die Amperestundenkapazität bleibt gleich.

Reihenspannung = Zellenspannung × Anzahl der Zellen

Wenn Sie also 3 Lithium-Ionen-Zellen mit 3,7V verwenden:

3,7V × 3 = 11,1V Nennspannung

Und wenn Sie 4 Zellen verwenden:

3,7V × 4 = 14,8V Nennspannung

Deshalb wird ein 3-Zellen-Pack 3S genannt und ein 4-Zellen-Pack 4S.

Warum 3 Batterien oft für „12V“ Lithium-Packs verwendet werden

Ein 3S-Lithium-Ionen-Pack wird häufig verwendet, wenn man etwas Ähnliches wie eine 12V-Batterie möchte. Es liefert 11,1V Nennspannung und 12,6V bei voller Ladung. Viele 12V-Geräte sind für einen Spannungsbereich ausgelegt, insbesondere Automobilelektronik, LED-Leuchten, kleine Lüfter und Hobbyausrüstung.

Ein 3S-Pack ist jedoch keine perfekte 12V-Versorgung. Beim Entladen kann die Spannung unter das Niveau fallen, das einige Geräte benötigen. Wenn sich Ihr Gerät beispielsweise unter 11V abschaltet, erhalten Sie möglicherweise nicht die volle nutzbare Kapazität aus einem 3S-Pack.

Warum 4 Batterien für eine regulierte 12V-Ausgabe besser sein können

Ein 4S-Lithium-Ionen-Pack liefert 14,8V Nennspannung und 16,8V bei voller Ladung. Das ist für viele 12V-Geräte zu hoch, wenn es direkt angeschlossen wird. Aber es funktioniert gut in Verbindung mit einem Abwärtswandler, der die Spannung auf konstante 12V herabsetzt.

Diese Konfiguration ist nützlich, wenn Ihr Projekt eine zuverlässige 12V-Ausgabe von voller Ladung bis geringer Ladung benötigt. Der Wandler reguliert die Spannung, sodass Ihr Gerät eine stabile 12V anstelle einer sich ändernden Batteriespannung erhält.

Die wichtige Regel ist einfach: 4S-Lithium-Ionen-Akkus benötigen für die meisten 12V-Elektronik eine Spannungsregelung.

3S vs. 4S: Welche sollten Sie wählen?

Das BMS nicht vergessen

Ein Batteriemanagementsystem, kurz BMS, ist beim Bau eines Lithium-Batteriepacks nicht optional. Ein BMS schützt die Zellen vor Überladung, Tiefentladung, Überstrom, Kurzschlüssen und Zellungleichgewicht.

Verwenden Sie für ein 3S-Pack ein 3S-BMS. Für ein 4S-Pack verwenden Sie ein 4S-BMS. Mischen Sie diese nicht. Das BMS muss zur Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen und zum Strom passen, den Ihr Gerät ziehen wird.

Kapazität: Reihenschaltung erhöht die Laufzeit nicht

Die Reihenschaltung von Zellen erhöht die Spannung, aber nicht die Amperestundenkapazität. Wenn Sie beispielsweise drei 3,7V 3000mAh-Zellen in Reihe schalten, wird der Pack nominell 11,1V haben, aber die Kapazität bleibt bei 3000mAh.

Wenn Sie eine längere Laufzeit wünschen, müssen Sie mehrere Reihenschaltungen parallel schalten. Ein 3S2P-Pack verwendet beispielsweise insgesamt 6 Zellen: 3 in Reihe und 2 parallele Gruppen. Dies hält die Nennspannung bei 11,1V, verdoppelt aber die Kapazität im Vergleich zu einem 3S-Strang.

Sicherheitstipps vor dem Bau eines Packs

• Verwenden Sie passende Zellen: Verwenden Sie nach Möglichkeit die gleiche Chemie, Kapazität, Marke, Alter und Zustand.
• Mischen Sie keine alten und neuen Zellen: Gemischte Zellen können sich ungleichmäßig entladen und unsicher werden.
Verwenden Sie ein BMS: Wählen Sie ein BMS, das zu Ihrer Serienanzahl und Ihren Stromanforderungen passt.
• Fügen Sie eine Sicherung hinzu: Eine Sicherung hilft, den Stromkreis zu schützen, wenn etwas schief geht.
• Verwenden Sie die richtige Verkabelung: Dünne Drähte können bei hohem Strom überhitzen.
• Isolieren Sie alle Verbindungen: Lithiumzellen können bei Kurzschluss hohe Ströme liefern.
• Verwenden Sie das richtige Ladegerät: Ein 3S-Pack benötigt ein 12,6V-Lithiumladegerät; ein 4S-Pack benötigt ein 16,8V-Lithiumladegerät, es sei denn, es wird ein geschütztes Ladesystem verwendet.

Wann eine fertige 12V-Batterie die bessere Wahl ist

Wenn Ihr Ziel darin besteht, Wohnmobilzubehör, Fischfinder, Trolling-Motoren, Campingausrüstung, Solarspeicher, Notstromgeräte oder hochwertige Elektronik zu betreiben, ist eine fertige 12V LiFePO4-Batterie in der Regel sicherer und einfacher, als ein Pack aus losen 3,7V-Zellen zu bauen.

Eine 12V LiFePO4-Batterie hat typischerweise 12,8V Nennspannung und enthält ein eingebautes BMS. Sie ist so konzipiert, dass sie eher wie eine herkömmliche 12V-Batterie funktioniert, was sie zu einer besseren Option für viele reale 12V-Anwendungen macht.

FAQ

Wie viele 3,7V-Batterien benötige ich, um 12V zu erhalten?

Sie benötigen in der Regel 3 Batterien in Reihe für ein 11,1V-Nennpack, das bei voller Ladung 12,6V erreicht. Wenn Sie eine regulierte 12V-Ausgabe benötigen, verwenden Sie 4 Batterien in Reihe mit einem Abwärtswandler.

Kann ich 4 Lithium-Ionen-Zellen direkt für ein 12V-Gerät verwenden?

In der Regel nicht. Vier 3,7V-Zellen in Reihe können bei voller Ladung 16,8V erreichen, was Standard-12V-Elektronik beschädigen kann, es sei denn, sie sind für diesen Eingabebereich ausgelegt.

Erhöht die Reihenschaltung von Batterien die Amperestunden?

Nein. Die Reihenschaltung erhöht die Spannung. Um die Amperestunden und die Laufzeit zu erhöhen, benötigen Sie eine Parallelschaltung.

Benötige ich ein BMS für ein 3,7V-Lithium-Batteriepack?

Ja. Ein BMS wird für Lithium-Packs dringend empfohlen, da es hilft, Überladung, Tiefentladung, Ungleichgewicht und Kurzschlussprobleme zu verhindern.

Abschließende Gedanken

Um ein 12V-Batteriepack aus 3,7V-Lithiumzellen zu bauen, ist die häufigste Wahl 3 Zellen in Reihe, was 11,1V nominal und 12,6V bei voller Ladung ergibt. Wenn Ihr Projekt eine stabile 12V-Ausgabe benötigt, verwenden Sie 4 Zellen in Reihe mit einem Abwärtswandler, aber gehen Sie niemals davon aus, dass ein Pack mit 16,8V bei voller Ladung für Standard-12V-Geräte sicher ist.

Für einfache DIY-Elektronik reicht das Verständnis des Unterschieds zwischen 3S und 4S aus, um die richtige Richtung zu wählen. Für höhere Leistung oder langfristige Nutzung ist eine geeignete 12V LiFePO4-Batterie mit integriertem Schutz oft die sicherere und zuverlässigere Wahl.