Batterien in Reihe oder parallel: Der komplette Leitfaden

Wer mehrere Batterien zu einer Batteriebank kombiniert, verändert mit der Verdrahtung weit mehr als nur die Anordnung der Kabel. Eine Reihen- oder Parallelschaltung beeinflusst die Gesamtspannung, die Kapazität in Ah, den Strom, die Auswahl des Ladegeräts, die Kabeldimensionierung und die Kompatibilität der angeschlossenen Geräte.

Das ist beispielsweise bei Wohnmobilen, Campervans, autarken Solaranlagen, Booten, Golfcarts und Notstromsystemen wichtig. Zwei identische 12V-100Ah-Batterien können je nach Verschaltung entweder eine 24V-100Ah-Batteriebank oder eine 12V-200Ah-Batteriebank ergeben.

Was bedeutet Reihen- und Parallelschaltung bei Batterien?

Die Reihenschaltung und die Parallelschaltung sind die beiden grundlegenden Möglichkeiten, mehrere Batterien zu einer größeren Batteriebank zu verbinden. In Reihe steigt die Spannung. Parallel bleibt die Spannung gleich, während sich die Ah-Kapazität erhöht. Eine Reihen-Parallelschaltung kombiniert beide Prinzipien.

Batterien in Reihe schalten

Bei einer Reihenschaltung wird der Pluspol einer Batterie mit dem Minuspol der nächsten Batterie verbunden. Mit jeder weiteren passenden Batterie steigt die Gesamtspannung, während die Ah-Kapazität der eines einzelnen Akkus entspricht.

2 × 12V 100Ah in Reihe = 24V 100Ah

Gesamtspannung = V₁ + V₂ + V₃ + ...

Gesamtkapazität in Ah = Ah-Wert einer einzelnen passenden Batterie

Eine Reihenschaltung eignet sich, wenn Wechselrichter, Motor, Controller oder andere DC-Geräte eine höhere Systemspannung benötigen.

Batterien parallel schalten

Bei einer Parallelschaltung werden alle Pluspole miteinander und alle Minuspole miteinander verbunden. Die Nennspannung bleibt auf dem Niveau einer einzelnen Batterie, während sich die Ah-Werte addieren.

2 × 12V 100Ah parallel = 12V 200Ah

Spannung der Batteriebank = Nennspannung einer Batterie

Gesamtkapazität = Ah₁ + Ah₂ + Ah₃ + ...

Das ist besonders sinnvoll, wenn ein 12V-System bereits die richtige Betriebsspannung hat und lediglich mehr Energie beziehungsweise längere Laufzeit benötigt wird.

Reihe und Parallel im direkten Vergleich

Die einfache Merkhilfe lautet: Reihe erhöht die Spannung, Parallel erhöht die Ah-Kapazität.

Wie verändern sich Spannung, Ah, Wh und Strom?

Spannung und Ah-Kapazität

Nehmen wir vier identische 12V-100Ah-Batterien als Beispiel.

Vier Batterien in Reihe:

12V + 12V + 12V + 12V = 48V

Ergebnis = 48V 100Ah

Vier Batterien parallel:

100Ah + 100Ah + 100Ah + 100Ah = 400Ah

Ergebnis = 12V 400Ah

Warum Wattstunden für den Energievergleich sinnvoll sind

Wattstunden kombinieren Spannung und Ah und eignen sich deshalb besser zum Vergleich von Batteriebänken mit unterschiedlichen Spannungen.

Energie (Wh) = Spannung (V) × Kapazität (Ah)

Eine 12,8V-100Ah-LiFePO4-Batterie = 1.280Wh

Zwei in Reihe: 25,6V × 100Ah = 2.560Wh

Zwei parallel: 12,8V × 200Ah = 2.560Wh

Die Kombination aus Spannung und Ah verändert sich, die gesamte Nennenergie der beiden Batterien bleibt jedoch gleich.

Höhere Spannung reduziert den Strom bei gleicher Leistung

Bei identischer Leistung benötigt ein System mit höherer Batteriespannung weniger Strom. Gerade bei leistungsstarken Wechselrichtern kann das für Leitungsquerschnitt, Spannungsabfall und Wärmeentwicklung wichtig sein.

Leistung (W) = Spannung (V) × Strom (A)

Bei einer idealisierten Last von 2.400W:

• 12V: 2.400W ÷ 12V = 200A
• 24V: 2.400W ÷ 24V = 100A
• 48V: 2.400W ÷ 48V = 50A

Die tatsächlichen Werte hängen unter anderem von Batteriespannung, Wirkungsgrad des Wechselrichters und Leitungsverlusten ab. Wechselrichter, Ladegerät, DC-DC-Wandler, Motorcontroller und weitere Komponenten müssen immer für die gewählte Batteriespannung ausgelegt sein.

Wie funktioniert eine Reihen-Parallelschaltung?

Eine Reihen-Parallelschaltung wird eingesetzt, wenn sowohl die Spannung als auch die Kapazität erhöht werden sollen. Zunächst werden identische Reihenstränge aufgebaut. Anschließend werden diese Stränge parallel miteinander verbunden.

Identische Batteriestränge verwenden

Parallel geschaltete Stränge sollten aus der gleichen Anzahl identischer Batterien bestehen. Die Reihenschaltung legt die Spannung des einzelnen Strangs fest, die Anzahl der parallelen Stränge bestimmt die gesamte Ah-Kapazität.

Was bedeuten 2S2P und 4S2P?

• 2S2P: zwei Batterien pro Reihenstrang und zwei parallele Stränge, insgesamt vier Batterien.
• 4S2P: vier Batterien pro Reihenstrang und zwei parallele Stränge, insgesamt acht Batterien.
• 4S4P: vier Batterien pro Reihenstrang und vier parallele Stränge, insgesamt 16 Batterien.

Beispiel für eine 4S2P-Batteriebank

Bei acht identischen 12,8V-100Ah-LiFePO4-Batterien besteht eine 4S2P-Konfiguration aus zwei identischen Reihensträngen mit jeweils vier Batterien.

Ein 4S-Strang:

4 × 12,8V = 51,2V

Kapazität = 100Ah

Zwei Stränge parallel:

100Ah × 2 = 200Ah

Fertige Batteriebank = 51,2V 200Ah

Nennenergie = 51,2V × 200Ah = 10.240Wh

Was sollte vor dem Verbinden der Batterien geprüft werden?

Passende Batterien verwenden

Für eine möglichst gleichmäßige Leistung sollten Batterien mit gleicher Zellchemie, gleichem Modell, gleicher Nennspannung, gleicher Kapazität sowie ähnlichem Alter und Zustand verwendet werden. Maßgeblich sind die Herstellerangaben zur Mehrfachverschaltung.

Spannung und Ladezustand vor Parallelschaltung angleichen

Vor dem parallelen Verbinden von Batterien oder vollständigen Reihensträngen sollten Spannung und Ladezustand entsprechend den Herstellervorgaben geprüft werden. Bei einer größeren Spannungsdifferenz kann direkt nach dem Anschluss ein hoher Ausgleichsstrom fließen.

Maximale Anzahl in Reihe und parallel beachten

LiFePO4-Batterien verfügen über ein BMS, dessen technische Grenzen vom jeweiligen Modell abhängen. Prüfen Sie die maximal zulässige Reihenschaltung, Parallelschaltung, Reihen-Parallelschaltung sowie Lade- und Entladeströme.

Kabel und Überstromschutz richtig dimensionieren

Der erforderliche Leiterquerschnitt hängt von Strom, Kabellänge, zulässigem Spannungsabfall, Installationsbedingungen und den Nennwerten der angeschlossenen Geräte ab. Sicherungen, Leitungsschutz und Trenneinrichtungen sollten zur konkreten Systemarchitektur passen.

Das BMS ersetzt keine fachgerechte Systemauslegung

Je nach Modell schützt ein BMS die internen Zellen beispielsweise vor Überladung, Tiefentladung, Überstrom, Kurzschluss und kritischen Temperaturen. Es ersetzt jedoch weder korrekt dimensionierte Leitungen noch externe Sicherungen oder eine ausgewogene Verschaltung mehrerer Batterien.

Checkliste vor der Verkabelung

• Batteriekompatibilität: Sind alle Batterien für den gemeinsamen Betrieb geeignet?
• Verbindungsgrenzen: Entspricht die geplante Konfiguration den Herstellerangaben?
• Spannung und SOC: Sind Batterien beziehungsweise Stränge vor dem Parallelanschluss angeglichen?
• Polarität: Plus- und Minuspole eindeutig prüfen.
• Leitungen: Kabel und Anschlüsse auf den erwarteten Strom auslegen.
• Schutz: Geeignete Sicherungen, Schutzschalter und Trennmöglichkeiten vorsehen.
• Ladegerät: Spannung und Ladeprofil müssen zur fertigen Batteriebank passen.
• Geräte: Wechselrichter und andere Verbraucher müssen die Systemspannung unterstützen.
• Trennung: Während des Aufbaus Ladequellen und Verbraucher abklemmen.

Wie werden Batterien in Reihe und parallel angeschlossen?

Reihenschaltung

Verbinden Sie den Pluspol der ersten Batterie mit dem Minuspol der zweiten. Bei weiteren Batterien wird dieses Muster fortgeführt. Die beiden verbleibenden Pole an den äußeren Enden bilden den Hauptanschluss der Batteriebank.

• Ladegeräte und Verbraucher trennen.
• Freigabe für Reihenschaltung prüfen.
• Plus von Batterie 1 mit Minus von Batterie 2 verbinden.
• Das gleiche Muster für weitere Batterien fortsetzen.
• Die beiden freien äußeren Pole als Bankanschluss verwenden.
• Vor dem Wiederanschluss der Geräte Gesamtspannung messen.

Parallelschaltung

Bei der Parallelschaltung werden alle Pluspole an einen gemeinsamen Pluspfad und alle Minuspole an einen gemeinsamen Minuspfad angeschlossen. Bei größeren Batteriebänken sollte der elektrische Widerstand der einzelnen Anschlusswege möglichst vergleichbar sein, damit sich der Strom gleichmäßiger auf die Batterien verteilt.

• Ladequellen und Verbraucher trennen.
• Spannung und Ladezustand prüfen.
• Alle Plusanschlüsse verbinden.
• Alle Minusanschlüsse verbinden.
• Polarität, Anschlussdrehmoment, Leitungsführung und Sicherungen prüfen.
• Gesamtspannung vor Inbetriebnahme messen.

Wenn bei einem 12V-System im Wohnmobil oder Offgrid-Bereich deutlich mehr Energie benötigt wird, müssen nicht zwangsläufig immer weitere Parallelzweige ergänzt werden. Eine einzelne Batterie mit höherer Kapazität kann die Anzahl der Verbindungskabel und Anschlussstellen reduzieren. Die Vatrer 12V 600Ah LiFePO4-Batterie mit Selbstheizung bietet 7,68kWh nutzbare Energie, ein 300A-BMS und eine Selbstheizfunktion und kann daher eine Alternative zu mehreren kleineren parallel geschalteten Batterien sein.

Reihen-Parallelschaltung

Bauen Sie zunächst jeden Reihenstrang separat und identisch auf. Nach der Spannungsprüfung können die passenden Plusausgänge der Stränge miteinander und die Minuspunkte miteinander verbunden werden.

• Ersten Reihenstrang aufbauen.
• Weitere Stränge identisch aufbauen.
• Spannung jedes Strangs messen und vergleichen.
• Passende Stränge parallel verbinden.
• Gesamtspannung vor Anschluss von Verbraucher oder Ladegerät prüfen.

Wie werden Batterien in Reihe und parallel geladen?

Reihenschaltung laden

Ein in Reihe geschalteter Batteriesatz benötigt ein Ladegerät für die Spannung der vollständigen Batteriebank. Zwei kompatible 12V-Batterien bilden beispielsweise ein 24V-System und benötigen ein entsprechendes Ladegerät für das 24V-Batteriesystem.

Bei einem 48V-Golfcart kann eine einzelne Lithiumbatterie in der erforderlichen Spannungsklasse die Zahl der einzelnen Reihenschaltungen reduzieren. Die Vatrer 48V 105Ah LiFePO4-Golfcart-Batterie wird mit passendem Ladegerät und LCD-Anzeige geliefert und unterstützt über das 200A-BMS eine kontinuierliche Ausgangsleistung von bis zu 10,24kW.

Parallelschaltung laden

Eine parallel geschaltete Batteriebank wird mit der gleichen Nennspannung geladen wie eine einzelne Batterie. Mit steigender Gesamtkapazität verlängert sich bei unverändertem Ladestrom in der Regel die Ladezeit.

Ein stärkeres Ladegerät darf nur verwendet werden, wenn Batterie, BMS, Leitungen, Steckverbinder und Schutzkomponenten den höheren Strom zulassen.

Reihen-Parallelschaltung laden

Eine Reihen-Parallelschaltung wird anhand der endgültigen Batteriespannung, der Zellchemie und des zulässigen Ladestroms geladen. Die parallelen Stränge sollten möglichst vergleichbare elektrische Bedingungen aufweisen.

Reihe, Parallel oder Reihen-Parallel – was ist die richtige Wahl?

Zuerst die benötigte Systemspannung festlegen

Die benötigte DC-Eingangsspannung von Wechselrichter, Motorcontroller oder anderen Geräten gibt die erste Grenze des Systems vor. Erst danach sollte entschieden werden, wie die einzelnen Batterien verschaltet werden.

Anschließend den Energiebedarf berechnen

Benötigte Energie (Wh) = Leistung des Verbrauchers (W) × Betriebsdauer (h)

Für einen Verbraucher mit 500W, der vier Stunden laufen soll:

500W × 4h = 2.000Wh

Bei der praktischen Dimensionierung sollten zusätzlich Wechselrichterverluste, Temperatur, Energiereserve und nutzbarer Entladebereich berücksichtigt werden.

Typische Batterie-Konfigurationen

Für größere 48V-Klasse-Heimspeicher oder Offgrid-Systeme kann alternativ eine native 51,2V-Batterie verwendet werden, anstatt mehrere 12V-Batterien zu langen Reihensträngen zu verbinden. Eine Vatrer 51,2V 100Ah Server-Rack-Batterie bietet 5,12kWh pro Einheit, CAN/RS485-Kommunikation, Bluetooth-Überwachung und ein modulares Rack-Konzept für eine spätere Kapazitätserweiterung.

Die wichtigsten Punkte im Überblick

Eine sinnvolle Batteriebank beginnt mit der Spannung, die die angeschlossenen Geräte benötigen. Danach wird die erforderliche Energie in Wh bestimmt. Anschließend werden Strom, Leitungsdimensionierung, Schutzkomponenten, Ladegerät und die zulässigen Grenzen der Batterie geprüft.

Reihen-, Parallel- und Reihen-Parallelschaltungen sind verschiedene Wege, diese elektrischen Zielwerte zu erreichen. Bei größeren Systemen kann es gleichzeitig sinnvoll sein zu prüfen, ob eine einzelne Batterie mit höherer Kapazität oder eine Batterie mit bereits passender Nennspannung die Installation mit weniger Kabeln und Verbindungspunkten vereinfachen kann.