Batterien unterschiedlicher Stromstärken in Reihe schalten
Ich hab' mal 'ne Frage an die Physiker hier, da ich hierzu im Internet nichts finden konnte. Auf dem Bild habe ich mal eine Schaltung dargestellt. Wir sagen, von den Batterien geht die Strom mit der Stärke 1A aus. Jetzt haben die die parallel geschalteten Batterien A und B ja eine Stromstärke von 2A und eine Spannung von 1V. A und B werden nun wie dargestellt mit der Batterie in Reihe geschaltet. Ergebnis ist eine Spannung von 1V. Aber wie groß ist die Stromstärke? Beträgt die nun 1A oder 2A oder 1,5A oder etwas ganz anderes? WIe kann man das ausrechnen? Und spielt die Reihenfolge der Batterien eine Rolle? Also ob ich zuerst die parallel geschalteten oder erst die einzelne Batterie schalte. Darf man Batterien überhaupt so schalten? Das sind ziemlich viele Fragen, aber ich denke, dass sie für jemanden vom Fach sehr interessant sein können. Die Physiker unter euch haben wahrscheinlich gemerkt, dass ich schon länger keinen Physikunterricht mehr besuche :D
Im Voraus schon einmal vielen Dank für die Antwort!
6 Antworten
Da Batterien an einem Pol Elektronen abgeben, am anderen aufnehmen, fließt durch die Batterien kein Elektrischer Strom, sondern Ionen wandern.
Der Ionenstrom ist natürlich in den Baterien A und B jeweils halb so groß wie in C.
Bei geringen Stromstärken wird - wie erwähnt - der Strom durch den Widerstand des Verbrauchers begrenzt, und die Spannung bleibt an allen Batterien bei 1 V.
Wenn der Verbraucher wenig Widerstand hat, spielt auch der Innenwiderstand der Batterien eine Rolle, und der hängt auch von der "Stromstärke", besser Entladungsgeschwindigkeit, aba. Dann liegt an den Batterien A und B vielleicht noch 0,8 V an, bei je 1/2 A Strom. Und an Batterie liegt 0,6 V an bei 1 A Strom.
Die Werte sind natürlich nur über den Daumen gepeilt, ich weiß nicht, ob der Spannungsabfall wirklich linear ist.
Und ACHTUNG: Wenn Batterie C vollständig entladen ist, beginnt mit dem Strom auch A und B eine Elektrolyse mit unbekanntem Ergebnis. Mir ist jedenfalls mal eine falsch gepolte Batterie um die Ohren geflogen.
Vielen Dank für Deine Antwort. Als ich im Internet dazu nichts fand wollte ich das ganze schon praktisch testen. War wahrscheinlich gut, dass ichs gelassen habe :D
So funktioniert das nicht!
ENtweder hat man eine SPannungsquelle ODER man hat eine Stromquelle.
Bei einer (idealen) Spannungsquelle ist die Spannung immer konstant, der Strom passt sich so an, dass die Spannung stimmt. Das kann theoretisch unendlich hohe Ströme bedeuten.
Bei einer (idealen) Stromquelle ist der Strom konstant und die Spannung variabel. Die Spannung passt sich immer so an, dass genau der STrom fließt der fließen soll. Hier kann die Spannung theoretisch unendlich sein!
In der Praxis nutzt man Spulen als eine kurzzeitig wirkende Stromquelle. Beispiel Zündspule im Auto. Man lädt die zuerst mit einem Magnetfeld auf in dem man die Batteriespannung anlegt. Die Spule, die vorher 0A hatte wehrt sich mit einer Gegenspannung. Beim Auto hat die Spule zuerst -12V, lässt dann aber immer weiter nach so dass ein immer höherer Strom fließen kann. Das sind beim Auto etwa 5 bis 10A. Unterbricht man jetzt den Stromkreis, dann will die Spule als STromquelle weiter ihre Amperes fließen haben und erzeugt jetzt mit der im Magnetfeld gespeicherten Energie eine SPannung die den Strom weiter treiben soll. Da der Stromkreis offen ist, geht also die Spannung theoretisch ins unendliche. In der Praxis geht die Spannung auf etwa 20kW, so hoch, dass die Funkenstrecke im Zündverteiler und in der Zündkerze wegen der hohen Spannung einen Lichtbogen erzeugt und so den Stromkreis schließt. Der Trick ist also mit einer Stromquelle eine sehr hohe Spannung zu erzeugen um einen Zündfunken zu bekommen.
Batterien sind anders, das sind Spannungsspeicher. Hier fließt immer nur so viel STrom wie der Verbraucher bei gegebener Spannung nimmt.
In Deinem Fall fließt der volle Verbraucherstrom durch die obere Batterie, teilt sich aber (theoretisch gerecht 50:50) über die unteren Batterien auf, die bekommen jeweils nur halben Strom des Verbrauchers.
Bei der Spannung ist es anders, hier passiert bei der parallelschaltung nichts. Beide unteren Batterien tragen nur insgesamt mit 1V zur Schaltung bei. Die obere in Reihe addiert aber noch mal 1V so dass am Verbraucher 2V liegen.
Wie hoch der Strom ist hängt vom Widerstand des Verbrauchers ab, hier kann man nur sagen, dass der Verbraucher 2V hat, der STrom also I = 2V/xR ist, also unbekannt da R unbekannt ist.
Das einzige ist, dass es 20kV statt 20kW (bei der Zündspule) heißen muß.
Die tatsächliche Stromstärke gibt der angeschlossene Verbraucher vor. Die Batterien liefern dann genau so viel Strom, wie der Verbraucher bei der vorhandenen Spannung benötigt.
Die Stromangabe der Batterien ist der sogenannte Nennstrom. Das bedeutet, man kann die Batterie bis zu dieser Stromstärke belasten, ohne dass sie mit der Spannung merklich in die Knie gehen.
Also zusammengefasst:
Tatsächliche Stromstärke gibt der Verbraucher vor, die Stromangabe auf der Batterie gibt an, wieviel das maximal sein darf.
Stromangabe auf der Batterie gibt an, wieviel das maximal sein darf.
Nein, du könntest auch 5A ziehen, nur die Batterie ist schneller alle!
Dann wird aber der Innenwiderstand so groß und damit der Spannungsabfall, dass die angegebene Spannung zusammenbricht und nicht mehr innerhalb der Toleranzen der Norm liegt.
Vielen Dank für die Antwort. Zu dem gleichen Schluss bin ich auch gekommen, als ich mich mit ein paar Physik-LKlern unterhalten hab'
Herr Nagel hat schon recht. Und auf einer Batterie habe ich noch nie eine Stromangabe gesehen, max. den Ladestrom.
Dann guck mal auf das Typenschild deiner Autobatterie, dann erlebst du diese Premiere.
Der zulässige max- Entladestrom steht selten auf handelsüblichen Kleinbatterien, kann aber in den beim Hersteller erhältlichen Datenblättern nachgeschaut werden.
Oder du guckst hier:
http://www.hobby-bastelecke.de/grundlagen/spannungsquellen_innenwiderstand.htm
Um die Stromstärke gehts dir bestimmt nicht, sondern um die Energie. Bzw. um die Ladung der Batterie in As. Das wäre unklug, denn vorher sind dann die Batterien die schwächer sind vorher entladen. Dann wird die Batterie umgepolt und geht kaputt.
Ok ich sehe gerade, du hast die Grundlagen ET nicht verstanden. Bei Spannungsquellen gilt immer: U = R * I mit R = const, U = const. Folglich fließt nur der Strom der sich aus den nachgeschalteten Widerständen ergeben kann.
I = U / R. U ist dabei immer die Gesamtspannung der Spannungsqelle, auch wenn diese aus irgendwelchen Parallel- und -Reihenschaltungen von einzelnen Spannungsquellen geschaltet ist.
Wenn man mit Stromquellen rechnet, sieht das wieder anders aus. Batterien sind aber Spannungsquellen.
Ich weiß schon warum ich Physik abgewählt habe. In der Schule hats mich nicht interessiert und jetzt versuch ich mich als Hobby-Ingenieur. Ist wahrscheinlich keine so gute Idee :D
Aber vielen Dank für Deine Antwort!
Nö genau das ist der Moment Abi zu machen und Ingenieur zu werden, sofern du davon begeistert bist!
wie schon erwähnt wurde, Stromstärke ist das falsche wort hier, und.. eine Batterie hat 1,5V und ein normaler NimH akku 1,2 V .. das sollte allgemein bekannt sein.
das die Schaltung eher sinnlos ist wurde auch gesagt, du hast im Grunde 2 Batterien in reihe, und 2 Parallel, macht 3V Gesamtspannung, hast du nun unterschiedlich Kapazitäten wird sich die schwächste zelle am schnellsten Entladen, die Spannung bricht ein und dein Verbraucher ist aus obwohl 2 von 3 Batterien eig. noch genügend Rest Kapazität hätten.
Nein, beide parallelen sind 1V und mit der in Reihe ergeben sich 2V!
ach echt. und du hast eine 1V batterie?
ich rechne nicht mit werten die es nicht gibt ... also sind es 3 oder 2,4V ....
soll ich jetzt nochmal langsamer erklären ? ich rechne mit echten Batterien:
du hast eine Batterie mit 1,5V und 1000 mA nimmst dann nochmal 2 Batterien parallel mit je 1,5V und 1000mA macht 1,5V und 2000mA
du schaltest Batterie 1 und das "packet" in reihe, macht 3V und im endeffekt wieder nur 1000mA da Batterie 1. eher leer ist als die beiden Parallel geschalteten und somit die ganze Schaltung sinnlos ist.
somit ist Batterie 1 dann leer und die beiden parallel geschaltet haben noch je 500mA Rest
und jetz erklär mir wo ich da falsch liege ..
@Mekkadrill: Du hast schon eine recht seltsame und umständliche Denkweise. Bei einer Parallelschaltung von Batterien addieren sich nur die möglichen Stromstärken - niemals die Spannungen. Wenn du z.B. 5 Batterien mit 1,5V und jeweils 1Ah Kapazität parallel schließt, dann ergibt das im Ergebnis dasselbe, als wenn du eine einzige Batterie mit 1,5V und 5Ah hast.
Und warum soll es keine Batterie geben, die 1V liefert? Schau mal in der elektrochemischen Spannungsreihe nach, ob es nicht zwei Elemente gibt, die genau 1V auseinander liegen. Heute hat es sich eben so eingependelt, dass es Zellen gibt, die 1,2 oder 1,5 oder 3,0 Volt liefern.
ganz schöne werte dreher drin ^^