Batteriebank-Rechner: Kapazität, Ah und Reihen-/Parallelschaltung

So funktioniert der Rechner für die Batteriebank

Eine Batteriebank auszulegen heißt, eine Kette von Korrekturen durchzurechnen. Am Anfang steht die Energie, die deine Verbraucher brauchen, am Ende eine Nennkapazität, die deutlich größer ist. Denn eine Batterie darf nie ganz geleert werden, liefert in der Kälte weniger, verliert etwas Energie als Wärme und schrumpft mit dem Alter. Der Rechner wendet jede Korrektur Schritt für Schritt an (das Balkendiagramm zeigt, wie der Bedarf wächst) und macht aus dem Ergebnis einen echten Verschaltungsplan für die gewählte Batterie oder Zelle.

1. Energie an der Batterie: Tagesenergie geteilt durch den Wirkungsgrad des Wechselrichters, wenn die Verbraucher mit Wechselstrom laufen.
2. Autonomie: multipliziert mit den Tagen, die die Bank die Verbraucher ohne Nachladen versorgen muss.
3. Entladewirkungsgrad: Ein paar Prozent gehen in der Batterie verloren (etwa 3 % bei LFP, 10 % bei Blei-Säure).
4. Entladetiefe: Nur ein Teil der Kapazität darf genutzt werden, 80–90 % bei LFP, etwa 50 % bei Blei-Säure.
5. Temperatur: In der Kälte sinkt die Kapazität, grob 1 % pro °C unter 25 °C bei Blei-Säure und 0,4 % bei Lithium.
6. Alterung: Eine Reserve für das Lebensende (Alterungsfaktor nach IEEE 485) sorgt dafür, dass die Bank auch verschlissen noch reicht.

Das Ergebnis geteilt durch die Systemspannung ergibt die Amperestunden. Dann schaltet der Rechner so viele Einheiten in Reihe, dass die Systemspannung erreicht wird, und so viele Stränge parallel, dass die Kapazität passt. Zum Schluss prüft er die Strombelastbarkeit der Bank gegen deine Spitzenlast.

Die Formeln

Rechenbeispiel: 48-V-Batteriebank für ein netzunabhängiges Haus

Die Standardwerte verlangen 5 kWh am Tag aus der Batterie über einen Wechselrichter mit 93 % Wirkungsgrad, 1,5 Tage Autonomie, LFP-Batterien mit 80 % DoD, eine tiefste Betriebstemperatur von 10 °C und einen Auslegungspunkt von 80 % Restkapazität am Lebensende.

Die Kette sieht so aus: 5,38 kWh/Tag an den Polen → 8,06 kWh für 1,5 Tage → 8,31 kWh nach Entladeverlusten → 10,4 kWh bei 80 % DoD → 11,1 kWh bei 10 °C → 13,8 kWh nominal oder 288 Ah bei 48 V. Mit LFP-Batterien mit 12,8 V und 100 Ah lautet der Plan 4S3P: vier in Reihe für 51,2 V, drei Stränge parallel für 300 Ah. Das sind zwölf Batterien und 15,36 kWh. Eine Spitzenlast von 3 kW zieht 63 A, weit unter den 300 A, die die drei Stränge liefern können, und die Bank schafft am Lebensende immer noch 1,7 Tage Autonomie.

Derselbe Bedarf bei 12 V bräuchte elf parallele Batterien und 252 A Spitzenstrom, ein klares Argument für 48 V.

So liest du die Ergebnisse

• Konfiguration (z. B. 4S3P) ist der Verschaltungsplan: Einheiten in Reihe pro Strang × parallele Stränge.
• Installierte Bank fällt meist etwas größer aus als nötig, weil es Batterien nur in ganzen Einheiten gibt.
• Tatsächliche Autonomie (Lebensende) zeigt die echte Reserve nach dem Aufrunden.
• Spitzen-Entladestrom und C-Rate: Blei-Säure-Batterien fühlen sich unter etwa 0,2C am wohlsten, LFP unter 0,5–1C (prüf die Angaben des BMS).

Typische Bankgrößen

Tipps

• Nimm identische Batterien gleichen Modells, gleicher Kapazität und gleichen Alters für eine Bank; misch nie verschiedene Zellchemien.
• Verkabele parallele Stränge symmetrisch. Greif den Pluspol an einem Ende und den Minuspol am anderen ab oder nutze Sammelschienen, damit jeder Strang denselben Kabelwiderstand sieht.
• Sichere jeden parallelen Strang nah an der Batterie ab; sonst speisen bei einem Kurzschluss in einem Strang alle anderen mit.
• Erhöhe lieber die Systemspannung, als Stränge hinzuzufügen. Weniger parallele Stränge bedeuten weniger Sicherungen, besseren Ausgleich und dünnere Kabel (siehe den Rechner für den Kabelquerschnitt).
• Prüf die Laufzeit bei echten Lasten mit dem Rechner für die Notstromzeit und die Ladeseite mit dem Rechner für Inselanlagen.

Grenzen

Der Rechner behandelt die Tagesenergie als Mittelwert. Dominieren kurze, sehr hohe Lasten, prüf die Leistungsangabe der Batterie und die Peukert-Verluste separat. Die Temperaturfaktoren sind einfache lineare Näherungen, Ladegrenzen von Lithium unter 0 °C sind nicht abgebildet. Einstellungen des Batteriemanagementsystems, Zellausgleich und herstellerspezifische Grenzen für Parallelschaltungen haben immer Vorrang vor diesen allgemeinen Regeln.

Methode & Annahmen

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