Ladeelektronik

[jb79]

Nachdem ich schon einige Zeit darüber nachgedacht und auch schon an einer eigenen Ladeschaltung rumentwickelt habe, hat Max mich hier (übrigends, 5000-er Post im Forum ) auf eine Schaltung aufmerksam gemacht, die sehr gut geeignet ist, um Spannungen on 7-25V (vermutlich auch noch etwas geringere Spannungen) auf eine Ladespannung von 14V für einen Bleiakku zu bringen (bei max. 5A Ladestrom). Zum Laden hab ich mir gleich eine Mini-Erweiterungsschaltung ausgedacht, die im nächsten Post zu finden ist.

Werde mir glaub ich mal die Schaltung bestellen und dann damit experimentieren.

Hier nochmal der Direktlink zum Bausatz.

Zur Akkuladung (wie auch schon im anderen Beitrag geschrieben:
Für erste Versuche gehts aber auch mit einem Leistungswiderstand am Ausgang, würde sagen 0,5Ohm, Ausgangsspannung auf 14,1V eingestellt. Damit stellt sich bei 12V am Akku ein Ladestrom von max. 4,2A ein, bei 14V Akkuspannung geht der Ladestrom dann auf 200mA zurück.
Passen würden hier 2 Widerstände mit 5W und jeweils 1 Ohm parallel: ELV Nr. 68-059-34

Die nächstbessere Version hab ich auch schon, die besteht aus einem Relais für 24V mit 2 Umschaltkontakten (sollten den maximalen Ladestrom aushalten) und 2 5W Widerständen mit 1 Ohm (die selben wie oben). Im Ruhezustand des Relais (Eingangsspannung des DC/DC Wandlers niedrig), dieser Zustand ist gezeichnet, sind die beiden in Serie. Das ergibt einen Widerstand von 2Ohm, damit sinkt der Ladestrom in obigem Szenario auf max. 1,05A bei leerer Batterie (12V) und auf 50mA bei voller Batterie (14V). Ist die Eingangsspannung hoch genug, daß das Relais mit seiner 24V Spule anzieht (dürfte je nach Typ so bei 15-18V der Fall sein), dann werden muß man sich Kontakt 1 und Kontakt 2 im anderen Zustand vorstellen. Damit sind die beiden Widerstände per Relaiskontakt parallel geschalten und die schon einen Absatz weiter oben berechneten Ladeströme (4-facher Ladestrom gegenüber der Serienschaltung) stellen sich ein.

Die High-End Version (direkte Beeinflussung des DC/DC Wandlers per externer Schaltung), mit von der Eingangsspannung abhängigem Ladestrom muß ich mal entwickeln.



Auch wären zwei verschiedene Widerstände möglich, mit Widerständen im Verhältnis 1:10 (z.B. 0,47Ohm und 4,7Ohm) erzielt man einen Faktor von 9,5 bei der Umschaltung.

[miniwindi]

Ich bin mal auf die Ergebnisse gespannt. Ob das wirklich so gut ausgeregelt wird.
Auf jeden Fall Danke für den Link hier. Das eröffnet ganz neue Ideen.
Viele Grüße
Herbert

[jb79]

So hab auch ein passendes Relais gefunden, Conrad Nr: 502283 und bestelle mir jetzt mal die Teile.

[Menelaos]

Wenn du magst kann ich dir meinen Wandler schicken...
Ich weiß nicht ob du damit noch was anfangen kannst da ich da irgendwie mal was falsch angeschlossen hatte und es kurz qualmte und jetz geht er nicht mehr.
Vielleicht kriegt son Elektro-Einstein wie du das ja wieder hin

Gruß
Max

[jb79]

Ich hab mir zwar schon nen neuen bestellt, aber wenn du nichts mehr damit anfangen kannst würde ich ihn schon nehmen. Hab dir ne PM geschrieben!
Überlege jetzt schon, wie ich dem Bausatz beibringe, auf niedrige Eingangsleistungen zu reagieren.
Könnte die Sollspannung runtersetzen, das würde bedeuten eine Feedbackspannung zu liefern, die dem Baustein vorgauelt, daß die Sollspannung überschritten ist => regelt Spannung etwas runter.
Außerdem kann man bei der Strombegrenzung ansetzen, die ist ebenfalls von einer Feedbackspannung abhängig.

[jb79]

So die Elektronik ist nun angekommen, die Transistoren sind meiner Meinung nach winzig (4x4mm), aber ich denke das macht nix, die Schaltung ist ja darauf ausgelegt.

Der maximale Ausgangsstrom bei ca. 14V Ausgangsspanung beträgt ca. 4,5A bei Eingangsspannungen von 12-25V. Stehen nur 7V Eingangsspannung zur Verfügung, dann beträgt der maximale Ausgangsstrom nur etwas mehr als 3A.

Werde im Laufe der nächsten Woche das Ding mal testen (ab welcher Spannung er wirklich arbeitet), angegeben ist 7-25V am Eingangs- bzw. 4-25V Ausgangsspannung.

[Bernd]

Ja das würde mich auch mal interessieren ab wann die Schaltung los legt, denn ehrlich gesagt
empfinde ich 7V als nicht gerade niedrig.
Hattest du neulich nicht eine Schaltung besprochen die schon bei 4 Volt arbeitete ?
Sorry ich hab die Details leider nicht mehr alle im Kopf.
Ich denke dabei immer an die Nutzung eines 36 Volt Nabenmotors im Direktantrieb.
So ein Motor bringt bei 30U/min etwa 4 Volt.
30U/min wären eigentlich auch eine Drehzahl die gut zum Ladebeginn der angepeilten Baugrösse
von ca. 1m Durchmesser passt.
Alles bezogen auf den durchströmten Rotor.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Offiziell arbeitet die Schaltung von 7-25V, "inoffiziell" ist sie aber besser (zumindest im leerlauf), hab die Ausgangsspannung mal auf ca. 14,1V eingestellt und verschiedene Eingangsspannungen (erzeugt mit Akkus) angehängt, funktioniert wunderbar, egal ob knapp 15V oder 4V am Eingang anstehen, die Ausgangsspannung ist konstant 14,1V. Wohlgemerkt: hier ist noch keine Last dran, aber ich denke unter Last (=Ladestrom) wird sich nicht viel ändern.
Die niedrigste, mögliche Eingangsspannung dürfte so um die 4V liegen, mit 3 fast vollgeladenen NiMH Akkus und ca. 3,9V geht die LED am Regler (Power good) jedenfalls nicht mehr an.

Werde bei Gelegenheit das Ganze auch unter Last testen.

Für größere Leistungen könnte man erstmal eine direkte Durchschaltung per FET realisieren, die ab Eingangsspannungen von sagen wir mal 16V den Converter abschaltet und unter 15V wieder aktiviert. Später sollte man den dann durch einen Buck-Converter ersetzen (bremst den Rotor weniger und erhöht den Wirkungsgrad).
Können wir garantieren, daß die Spannung nie mehr als 36V Gleichspannung abbekommt?

[Bernd]

Hallo Jürgen, das hört sich sehr gut an das das Ding schon ab 4 Volt arbeitet.
Kannst du evtl. auch noch mal ne Last simulieren ? Vielleicht ein Bleiakku oder ein
12volt 20 Watt Halogenampe oder sowas ?
Wenn das Ding echt schon so früh richtig arbeitet, wundert es mich wieso die 7 Volt angeben?

36 Volt (im Leerlauf) würde mein Nabenmotor bei geschätzen ca. 270 U/min erreichen.
Diese Drehzahl wiederum würde bei einem C-Rotor von 1m Durchmesser im Leerlauf bei Wind von
ca. 17m/s anliegen. Das könnte also durchaus mal eintreten.
Unter Last wären dann schon ca. 28m/s notwendig um diese Drehzahl zu erreichen.

Für größere Leistungen könnte man erstmal eine direkte Durchschaltung per FET realisieren, die ab
Eingangsspannungen von sagen wir mal 16V den Converter abschaltet und unter 15V wieder aktiviert.

Das hört sich auch gut an.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Allerseits,

ich habe eher schlechte Erfahrungen mit dem Heraufsetzen der Generatorspannung gemacht. Gerade bei den noch kleinen Drehzahlen und Spannungen ist die Belastbarkeit des Generators doch relativ gering; er bremst das Windrad gut aus. Sicherlich kommt es auf das gerade am Windrad entnehmbare Drehmoment an, aber das war hier hier nicht so groß.

Verwendet habe ich den Mc34063 in Standardschaltung an einem 1,10-m-Horizontalrotor auf einem 6-m-Mast. Der Generator liefert ab etwa 20 Umdrehungen die Startspannung von 2 V für den Transverter, ab etwa 2,2 V geht es aufwärts mit der Ausgangsspannung. Aber die Drehzahl kommt nicht mehr wie gewohnt hoch, weil der Transverter zu viel Strom zieht - er weiß ja nicht, daß er mit den eifrigen Laden die eigene Spannungsquelle zu stark belastet. Diese Last kommt übrigens nur durch den Ladestrom zustande, der Mc34063 selbst gibt sich anfänglich mit 3 mA zufrieden.

Ich bin daher einen anderen, direkten Weg gegangen, der sich hier als praktisch erwiesen hat. In meinem Haushalt gibt es eine Unzahl von Akkus aller Größen, welche ich sämtlich per Wind lade (wenn er denn ausreichend ist). Die Akkus sind nach Spannungshöhe und Typ so verschaltet, daß bei geringem Wind nur eine Zelle (Li) geladen wird, danach vier Zellen (Ni), fünf Zellen (Ni) und zuletzt kommt der aktuelle 12-V-Akku (kann Pb oder 8 x Ni sein). Geht die Spannung dafür zu hoch, wird eine ganze Gruppe von dicken Pb-Akkus dazu geschaltet. Eine aktive-Z-Diode ist die letzte elektrische Bremse, sie schlägt bei 16 V zu und sollte wenigstens 100 W aufnehmen können. Alle Akkus hängen plusseitig über Schottky-Entkopplungsdioden dran und werden nur masseseitig per Fet durch Trigger aufgetrennt (für die unteren drei Akkus) bzw. zugeschaltet (für die dicken Pb-Akkus), wenn die Spannung zu hoch geht. Die Triggerschaltungen werden durch den aktuellen 12-V-Akku ständig versorgt und ziehen ohne Wind nichts, bei Spannungen von 10 V am Generator sind es etwa 3 mA.

Parallel dazu läuft ein altes 286er Notebook unter Dos (braucht leider selbst schon 4 W aus 12 V) rein zur Datenerfassung. Ein Pascal-Programm erfaßt über externe 8-Bit-A/D-Wandler an der Lpt alle halbe Sekunde Spannung und Strom, rechnet Leistung und Energie und ordnet die Werte dem jeweiligen Akku als geladene Kapazität in mAh zu. Die Tabelle auf dem Bildschirm zeigt alle Werte aktuell an, volle Akkus sind so erkennbar und werden nach Einsetzen leerer Exemplare mit zwei Tastendrücken werteseitig rückgesetzt. Die Statistik der in den letzten zehn Tagen gesammelten Werte hat auch noch auf dem Bildschirm Platz und wird bei Programmstart (passiert hier sehr selten) wie die letzten aktuellen Werte aus dem Protokoll zurückgelesen.

Natürlich wird auch protokolliert, bei Ladung gibts alle Viertelstunde eine Zeile mit allen Werten in die Protokolldatei, welche gepuffert ist und daher meist nur um Mitternacht mit der Tagesstatistik auf Diskette geschrieben wird. Der interne Puffer reicht mit 16 kB über mehrere Tage und ist mir schon bei Fehlern verloren gegangen, daher die tägliche Speicherung.

Soviel zu den allgemeinen Dingen meiner Lösung. Leider fehlt es mir hier vor allem an Wind...

MfG. Andreas