Heimbatterien: Reihen- vs. Parallelschaltung – Was bestimmt die Kompatibilität?

Zwei Lithiumbatterien können die gleiche Nennspannung und Nennkapazität aufweisen, sind aber dennoch nicht für eine direkte Verbindung geeignet.

Der Unterschied liegt in mehr als nur den technischen Daten auf dem Typenschild. Auch das Design des Batteriemanagementsystems (BMS), die Lade- und Entladegrenzen, die Kommunikationsanforderungen und die vom Hersteller freigegebenen Konfigurationen beeinflussen, ob Batterien zusammen betrieben werden können.

Für die Speicherung von Energie im Wohnbereich ist das Verständnis dieser Einschränkungen bei der Bewertung eines Batteriesystems oder der Erweiterung mit zusätzlichen Batterieeinheiten wichtig. Die grundlegenden elektrischen Prinzipien von Reihen- und Parallelschaltungen sind zwar einfach, ihre Anwendung auf fertige Batterieprodukte erfordert jedoch eine genauere Betrachtung der Funktionsweise des jeweiligen Produkts.

Reihen- vs. Parallelschaltung: Was ändert sich elektrisch?

Reihen- und Parallelschaltungen beeinflussen Spannung und Amperestundenkapazität unterschiedlich. Das Verständnis dieser Unterschiede bildet einen Ausgangspunkt für die Bewertung einer vorgeschlagenen Batteriekonfiguration.

So funktionieren Reihenschaltungen

Werden kompatible Batterien in Reihe geschaltet, addieren sich ihre Nennspannungen, während ihre Amperestundenkapazität im Allgemeinen unverändert bleibt.

Beispielsweise würden zwei 51,2-V-Batterien mit einer Kapazität von 100 Ah theoretisch eine 102,4-V-Batteriebank mit einer Kapazität von 100 Ah und einer Gesamt-Nennenergie von ca. 10,24 kWh bilden.

Diese Anordnung erhöht die Gesamtspannung. Die Berechnung belegt jedoch nicht, dass zwei fertige 51,2-V-Hausbatterien für die Reihenschaltung zugelassen sind. Ihr Batteriemanagementsystem (BMS), die Isolationsanforderungen und andere technische Beschränkungen müssen die beabsichtigte Konfiguration unterstützen.

Wie parallele Verbindungen funktionieren

Werden kompatible Batterien parallel geschaltet, bleibt ihre Nennspannung gleich, während sich ihre Amperestundenkapazität erhöht.

Um beim gleichen Beispiel zu bleiben: Zwei parallelgeschaltete 51,2-V-Batterien mit einer Kapazität von 100 Ah würden theoretisch eine 51,2-V-Batteriebank mit einer Kapazität von 200 Ah bilden, die ebenfalls eine kombinierte Nennenergie von etwa 10,24 kWh aufweist.

Die Systemspannung bleibt unverändert, aber die gesamte Nennkapazität der Batteriebank erhöht sich.

Vergleich von Reihen- und Parallelschaltungen

Bei Verwendung der gleichen Anzahl identischer, kompatibler Batterien liefern beide Anordnungen annähernd die gleiche Gesamt-Nennenergie. Der Unterschied liegt in der Art der Energieübertragung in Form von Spannung und Stromstärke.

Die tatsächlich nutzbare Energie hängt von den Batteriespezifikationen, den Betriebsbedingungen, den Systemverlusten und dem zulässigen Betriebsbereich ab.

1. Komplette Batterieprodukte sind nicht dasselbe wie einzelne Zellen.

Eine häufige Ursache für Verwirrung ist die Annahme, dass die für einzelne Batteriezellen verwendeten Verbindungsprinzipien direkt auf fertige Lithiumbatterieprodukte angewendet werden können.

Einzelne Zellen werden im Rahmen einer definierten elektrischen Konstruktion zu einem Akkumulator zusammengefasst. Das fertige Produkt kann ein Batteriemanagementsystem (BMS), Schutzvorrichtungen, Überwachungsfunktionen und weitere Komponenten umfassen, die seine Betriebsgrenzen bestimmen.

Heimspeicherbatterien sind Komplettprodukte, die für bestimmte Anwendungen entwickelt wurden. Ihre externen Anschlüsse ermöglichen elektrische Verbindungen, dies bedeutet jedoch nicht, dass jede mögliche Anschlusskonfiguration unterstützt wird.

Eine für Parallelschaltung ausgelegte Batterie ist beispielsweise möglicherweise nicht für Reihenschaltung geeignet. Ein anderes Produkt unterstützt unter Umständen nur eine bestimmte Anzahl parallel geschalteter Einheiten oder erfordert spezielle Kommunikationseinstellungen, wenn mehrere Batterien zusammen betrieben werden.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da das theoretische elektrische Ergebnis einer Verbindung nicht mit einer zugelassenen Produktkonfiguration übereinstimmt.

Bevor man Batterien kombiniert, sollte zunächst geklärt werden, ob die jeweiligen Modelle für den gemeinsamen Betrieb in der vorgeschlagenen Anordnung ausgelegt und zugelassen sind.

2. Wie sich das BMS-Design auf die Batteriekompatibilität auswirkt

Das Batteriemanagementsystem ist einer der Hauptfaktoren, die darüber entscheiden, ob eine Lithiumbatterie in einer Mehrbatteriekonfiguration eingesetzt werden kann.

Je nach Produkt kann das BMS Zellspannung, Stromstärke und Temperatur überwachen, Lade- und Entladegrenzen verwalten, Zellen ausgleichen und Schutzmaßnahmen auslösen, wenn die Betriebsbedingungen außerhalb der zulässigen Bereiche liegen.

Diese Funktionen machen eine Batterie nicht automatisch für jede Reihen- oder Parallelschaltung geeignet.

Einschränkungen bei Reihenschaltungen

Durch die Reihenschaltung erhöht sich die Gesamtspannung des Systems. Das Batteriemanagementsystem (BMS) jeder Batterie und die zugehörigen elektrischen Komponenten müssen für die vorgesehene Anordnung geeignet sein.

Wenn eine Batterie einen Schutzschwellenwert erreicht und den Betrieb unterbricht, kann dies Auswirkungen auf den gesamten in Reihe geschalteten Batteriestrang haben. Die Gesamtspannung muss zudem innerhalb des zulässigen Bereichs des Wechselrichters, des Ladegeräts, des Isolationssystems und anderer angeschlossener Geräte bleiben.

Die Tatsache, dass eine einzelne Batterie über ein Batteriemanagementsystem (BMS) verfügt, bedeutet nicht, dass dessen Schutzdesign den Reihenbetrieb unterstützt.

Aus diesem Grund erlauben einige Heimspeichersysteme zwar die Parallelschaltung, jedoch nicht die Reihenschaltung. Die genauen Einschränkungen hängen vom Produktdesign und den zugelassenen Anwendungsbereichen ab.

Einschränkungen bei Parallelschaltungen

Der Parallelbetrieb bringt andere Überlegungen mit sich.

Obwohl die Batterien die Last teilen, ist die Stromverteilung möglicherweise nicht unter allen Bedingungen gleichmäßig. Unterschiede in der Klemmenspannung, im Innenwiderstand, im Batteriezustand und in der Anschlussanordnung können beeinflussen, wie viel Strom jede Einheit liefert oder aufnimmt.

Eine Batterie, die sich aufgrund eines Schutzereignisses des Batteriemanagementsystems (BMS) abschaltet, kann auch die Last der verbleibenden Einheiten verändern. Das System muss daher innerhalb der zulässigen Stromgrenzen der Batterien und der zugehörigen Geräte konfiguriert werden.

Bei kompatiblen Batterien kann der Hersteller Anforderungen an die Erstladung, die Anpassung des Ladezustands, die Verdrahtung und den maximalen Betriebsstrom festlegen.

Diese Anforderungen sollten vor dem Anschluss bestätigt werden, anstatt sie durch eine allgemeine Regel zu ersetzen, die davon ausgeht, dass sich alle Lithiumbatterien gleich verhalten.

3. Warum die Anpassung von Spannung und Kapazität nicht ausreicht

Zwei Batterien mit identischer Nennspannung und Nennkapazität können sich dennoch in wichtigen technischen Eigenschaften unterscheiden.

Lade- und Entladegrenzen

Maximaler Ladestrom, Dauerentladestrom und zulässige Betriebsbedingungen können bei Produkten mit ähnlichen technischen Daten variieren.

Durch den Anschluss zweier Batterien werden deren individuelle Grenzwerte nicht identisch. Die gesamte Konfiguration muss innerhalb der für die Batterien und die angeschlossene Leistungselektronik festgelegten Grenzwerte bleiben.

Batteriezustand und Ladezustand

Der Zustand jeder einzelnen Batterie ist ein weiterer zu berücksichtigender Faktor.

Werden Batterien parallel geschaltet, kann eine Differenz der Klemmenspannungen einen Ausgleichsstrom zwischen ihnen verursachen. Die zulässige Spannungsdifferenz und gegebenenfalls erforderliche Vorbereitungsmaßnahmen hängen von den Herstellerangaben ab.

Bei einer Reihenschaltung können Unterschiede im Batteriezustand oder Ladezustand zu einem Ungleichgewicht während des Betriebs führen.

Aus diesen Gründen können Hersteller Anforderungen an das Alter der Batterie, die Erstladung, den Ladezustand oder bestimmte Modellkombinationen festlegen. Diese Anforderungen sind besonders wichtig, wenn Batterien in ein bestehendes System integriert werden.

Verschiedene Modelle und Hersteller

Die Übereinstimmung von Spannung und Kapazität garantiert nicht, dass Batterien unterschiedlicher Modelle oder Hersteller miteinander kompatibel sind.

Produkte können unterschiedliche Batteriemanagementsysteme (BMS) verwenden, unterschiedliche Ladegrenzen, Schutzschwellen, Kommunikationsprotokolle oder Steuerungseinstellungen aufweisen. Diese Unterschiede können sowohl den Batteriebetrieb als auch die Systemsteuerung durch den Wechselrichter beeinflussen.

Einige Hersteller genehmigen möglicherweise bestimmte Modellkombinationen, während andere den Betrieb mit mehreren Batterien auf eine bestimmte Produktserie beschränken.

Die Kompatibilität sollte daher anhand der genauen Modellnummern und der vom Hersteller genehmigten Konfiguration bestätigt werden und nicht allein aus ähnlichen elektrischen Nennwerten abgeleitet werden.

4. Kommunikationsprotokolle und maximale Batteriekapazität

Viele Heimspeicherbatterien kommunizieren über Schnittstellen wie CAN oder RS485 mit einem Wechselrichter. In Mehrbatteriesystemen kann auch eine Kommunikation zwischen den einzelnen Batterien oder über eine spezielle Steuerung erforderlich sein.

Je nach Produkt kann der korrekte Betrieb spezifische Kommunikationseinstellungen, Firmware-Versionen, Batterieadressen oder eine bestimmte Master-Einheit erfordern.

Allerdings garantiert das Vorhandensein desselben Kommunikationsanschlusses nicht, dass zwei Batterien dasselbe Protokoll verwenden oder die für einen koordinierten Betrieb erforderlichen Informationen austauschen können.

Vor dem Kombinieren der Batterien prüfen Sie, ob die geplante Konfiguration Folgendes unterstützt:

• Das erforderliche Kommunikationsprotokoll und die Einstellungen.
• Unterstützte Batteriemodelle und Steuerungsmethode des Wechselrichters.
• Alle spezifizierten Firmware- oder Master-Unit-Anforderungen.
• Die vom Hersteller maximal zulässige Anzahl an Batterieeinheiten.

Warum die maximale Batterieanzahl modellspezifisch ist

Die für eine Batteriereihe festgelegte maximale Parallelschaltungsanzahl darf nicht automatisch auf eine andere Batteriereihe übertragen werden. Die Zulassung für den Parallelbetrieb impliziert auch keine Zulassung für Reihen- oder kombinierte Reihen-Parallel-Schaltungen.

Durch das Hinzufügen weiterer Einheiten erhöht sich die gesamte Nennenergie, die nutzbare Systemkapazität und die verfügbare Leistung hängen jedoch von der zulässigen Konfiguration und den Nennwerten des Gesamtsystems ab.

Der korrekte Grenzwert ist derjenige, der für das jeweilige Batteriemodell und die genehmigte Konfiguration dokumentiert ist.

5. Was Sie vor dem Anschließen von Heimspeicherbatterien überprüfen sollten

Bevor eine Batteriekonfiguration endgültig festgelegt wird, sollten die folgenden Anforderungen anhand der entsprechenden Produktdokumentation überprüft werden.

Diese Prüfungen sollten vor der Installation oder dem Anschluss durchgeführt werden. Qualifiziertes Fachpersonal sollte die geltenden Herstelleranweisungen und elektrischen Sicherheitsvorschriften beachten.

Häufig gestellte Fragen

Können zwei Lithiumbatterien mit gleicher Spannung parallel geschaltet werden?

Nicht unbedingt. Die passende Spannung ist nur ein Kompatibilitätskriterium. Die Batterien müssen auch die Anforderungen des Herstellers hinsichtlich Modellkombinationen, Lade- und Entladegrenzen, BMS-Betrieb und Anschlussverfahren erfüllen.

Können zwei 51,2-V-Lithiumbatterien in Reihe geschaltet werden?

Nur wenn die betreffenden Batterieprodukte ausdrücklich für diese Konfiguration zugelassen sind. Viele Niedervolt-Haushaltsbatterien sind für die Parallelschaltung ausgelegt und nicht für die Reihenschaltung zugelassen. Eine höhere Gesamtspannung ist nicht automatisch mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) oder zugehörigen Geräten kompatibel.

Können Lithiumbatterien unterschiedlicher Marken parallel geschaltet werden?

Es gibt keine allgemeingültige Antwort, die für jedes Produkt gilt. Selbst wenn Spannung und Kapazität übereinstimmen, können unterschiedliche Batterien inkompatible BMS-Steuerungen, Ladegrenzen oder Kommunikationsprotokolle verwenden. Die vorgeschlagene Kombination sollte nur verwendet werden, wenn sie von den entsprechenden Herstellerangaben unterstützt wird.

Wie viele Heimspeicherbatterien können parallel geschaltet werden?

Die maximale Anzahl hängt vom Batteriemodell und der zugelassenen Systemkonfiguration ab. Beachten Sie die technischen Unterlagen des Herstellers hinsichtlich der zulässigen Anzahl an Einheiten, der Anforderungen an den Wechselrichter, der Kommunikationsvorkehrungen und aller weiteren geltenden Grenzwerte.

Ist eine Reihen- oder Parallelschaltung besser für die Energiespeicherung in Wohnhäusern?

Keine der beiden Varianten ist generell besser. Die geeignete Konfiguration hängt von der benötigten Systemspannung, den Spezifikationen des Wechselrichters, der Batteriekonstruktion und der Herstellerfreigabe ab. In vielen Niederspannungs-Haussystemen wird die Parallelschaltung genutzt, um die Speicherkapazität bei gleichbleibender Nennspannung der Batterie zu erhöhen. Die Anweisungen des jeweiligen Produkts haben jedoch stets Vorrang vor allgemeinen Regeln.

Abschluss

Reihen- und Parallelschaltungen führen zu unterschiedlichen Spannungs- und Amperestundenwerten, aber allein diese elektrischen Prinzipien können nicht bestimmen, ob zwei fertige Lithium-Batterien für den Hausgebrauch kompatibel sind.

Das BMS-Design, die Lade- und Entladegrenzen, die Kommunikationsanforderungen, der Batteriezustand und die genehmigten Systemkonfigurationen beeinflussen allesamt, ob eine vorgeschlagene Verbindung geeignet ist.

Für die Speicherung von Energie in Wohnhäusern muss die Kompatibilität anhand der exakten Batteriemodelle, der zugehörigen Geräte und der Herstellerdokumentation sichergestellt werden. Die Übereinstimmung von Spannung und Kapazität ist ein hilfreicher Ausgangspunkt, aber kein Beweis dafür, dass die Batterien miteinander funktionieren.

Eine klar definierte Konfiguration beginnt mit den zugelassenen Anschlussmöglichkeiten und technischen Grenzen des Produkts. Die Überprüfung dieser Anforderungen vor der Installation trägt dazu bei, Konfigurationsunsicherheiten zu reduzieren und einen zuverlässigen Systembetrieb zu gewährleisten.