Die 18650-Batterie, ein fester Bestandteil wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Zellen, steht für Zuverlässigkeit und Effizienz im Bereich tragbarer Energieversorgung. Mit einem Durchmesser von typischerweise 18 mm und einer Länge von 65 mm sind diese zylindrischen Zellen für ihre ausgewogene Energiedichte, Langlebigkeit und Stabilität bekannt. Sie finden breite Anwendung in allen Bereichen, von Laptops und Elektrowerkzeugen bis hin zu Elektrofahrzeugen und großen Energiespeichersystemen.
Grundlagen der Batteriepackkonstruktion
Entgegen der landläufigen Meinung reicht eine einzelne 18650-Zelle für die meisten Hochleistungsanwendungen oft nicht aus. Stattdessen ist eine Kombination mehrerer Zellen erforderlich, um einen zusammenhängenden und leistungsstarken Akkupack zu bilden. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus der Notwendigkeit, bestimmte Spannungs- und Kapazitätsanforderungen zu erfüllen, die einzelne Zellen nicht erfüllen können. Die Kunst des Akkupack-Aufbaus liegt in der strategischen Anordnung dieser Zellen in Reihen- und Parallelschaltung. Eine Reihenschaltung erhöht die Spannung auf das gewünschte Niveau, während eine Parallelschaltung die Gesamtkapazität (Ah) des Packs erhöht.
Spannung und Kapazität in 18650-Batterien
Ein Standard18650 ZelleDie Nennspannung liegt typischerweise bei 3,6 oder 3,7 Volt und erreicht bei voller Ladung bis zu 4,2 Volt. Die Spannung ist jedoch nur ein Teilaspekt. Die Kapazität dieser Zellen, angegeben in Milliamperestunden (mAh), variiert stark. Gängige 18650-Akkus bieten Kapazitäten von 1800 mAh bis 2600 mAh, wobei einige High-End-Zellen sogar Kapazitäten von bis zu 3500 mAh oder 4000 mAh erreichen. Diese Variation spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der benötigten Zellenanzahl in einem bestimmten Akkupack.
Berechnung von Batteriepacks: Ein 48V12AH-Beispiel
Die Entwicklung eines Akkupacks wie eines 48V12AH-Akkus erfordert sorgfältige Berechnungen, um die richtige Zellenkombination zu gewährleisten. Dieser Prozess ist entscheidend, um den spezifischen Energiebedarf der Anwendung zu decken. Die Berechnungen im Detail:
Berechnung von Reihenschaltungen (Spannung):
Die Gesamtspannung des Akkupacks wird durch die Nennspannung einer einzelnen Zelle geteilt, um die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen zu bestimmen. Für ein 48-V-Akkupack mit Zellen mit einer Nennspannung von 3,7 V lautet die Berechnung wie folgt:
Gesamtspannung des Akkupacks (48 V) ÷ Nennspannung einer Zelle (3,7 V) = Anzahl der Zellen in Reihe (S)
Reihenschaltung: 48 V ÷ 3,7 V ≈ 13 Zellen in Reihe (13S)
Berechnung paralleler Verbindungen (Kapazität):
Die gewünschte Gesamtkapazität des Akkupacks wird durch die Kapazität einer Zelle geteilt, um die Anzahl paralleler Zellen zu ermitteln. Für einen 12-Ah-Akkupack mit Zellen mit einer Kapazität von 2000 mAh (oder 2 Ah) lautet die Berechnung:
Gesamtkapazität des Akkupacks (12 Ah) ÷ Kapazität einer Zelle (2 Ah) = Anzahl parallel geschalteter Zellen (P)
Parallele Anzahl: 12AH ÷ 2AH = 6 Zellen parallel (6P)
Für einen 48-V-12-AH-Akkupack mit 2000-mAh-Zellen beträgt die Gesamtzahl der benötigten Zellen:
Gesamtzellenzahl: 13 Zellen in Reihe (S) × 6 Zellen parallel (P) = 78 Zellen
Anpassung und Anpassungsfähigkeit
Die Anpassung von Akkupacks bietet die Flexibilität, Energielösungen an spezifische Anforderungen anzupassen. Durch die Anpassung der Anzahl der Reihen- und Parallelschaltungen lassen sich Akkupacks mit unterschiedlichen Spannungen und Kapazitäten für unterschiedliche Anwendungen herstellen. Diese Vielseitigkeit ist besonders in Bereichen von Vorteil, in denen Standardbatteriegrößen und -kapazitäten nicht ausreichen. So können kundenspezifische Akkupacks je nach Bedarf so konzipiert werden, dass sie in kompakte Räume passen oder längere Laufzeiten bieten.
Das Verständnis der Feinheiten der 18650-Akkupack-Konfiguration ist für jeden, der an der Entwicklung und Nutzung kundenspezifischer Akkulösungen beteiligt ist, unerlässlich. Mit der Fähigkeit, Akkupacks präzise zu berechnen und anzupassen, können Designer und Ingenieure Stromversorgungslösungen entwickeln, die spezifische Anforderungen erfüllen und so den Weg für Innovation und Effizienz im Bereich der tragbaren Stromversorgung ebnen.
Veröffentlichungszeit: 25. Januar 2024
