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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Batterieschutz im Bordnetz bei Rekuperation


Autor: Andreas (Gast)
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Hallo,

ich bräuchte da mal eine einfache Idee für eine Schutzschaltung.

Folgende Ausgangslage:
Fahrzeug mit 12V Bordnetz(nur Batterie) wird von einem 12V Motor mit 
Ansteuerung angetrieben.
Beschleunigen funktioniert über ein positives Spannungssignal an der 
Ansteuerung.
Bremsen funktioniert über ein negatives Signal an der Ansteuerung, 12V 
Motor wird dann als Generator betrieben!

Ich würde nun gern die Batterie schützen, wenn der Motor rekuperiert.
Hat da einer ne Idee?

Ich persönlich dachte da evtl. an einen Varistor mit nem 
Leistungswiderstand um enstehende Überspannungen abzufangen

ungefähr so:


Motor +      Batterie +
()--------------------------()
  |
  _
        | |Varistor
        |_|16V
  |
  _
        | |Leistungs R
        |_|
  |
()--------------------------()
Motor -      Batterie -

Autor: Gast (Gast)
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Warum nicht die Bremsenergie des Motors in die Batterie zurückspeisen?

Autor: Andreas (Gast)
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Will ich ja tun, allerdings können Anfangs des Bremsvorgangs 
Spannungsspitzen auftreten und die sind ja nicht so gesund für die 
Batterie!

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Wo kommen die Spannungsspitzen denn her?

Gerade ein Bleiakku kann vor dem Erreichen der Gasungsspannung
kurzzeitig bequem so viel Ladestrom vertragen, wie er zuvor
als Entladestrom hatte.  Bringt dein Generator denn noch mehr?

Einen Varistor, der derartige Leistungen sinnvoll vernichten
kann, musst du erst einmal finden.

Autor: Andreas (Gast)
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Ich vermute Spannungsspitzen bei der Umkehr von Voller Beschleunigung 
auf Bremsen! Wie gesagt vermute!

Und bei längeren "Bremsfahrten" habe ich Angst die Batterie zu überladen 
aber das ist ein anderes Thema!

Der Generator hat zum Teil Spitzenströme von 120A (ms Bereich).

Also muss ich die Batterie nicht unbedingt schützen?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Andreas wrote:
> Ich vermute Spannungsspitzen bei der Umkehr von Voller Beschleunigung
> auf Bremsen! Wie gesagt vermute

Dann miss erstmal.  Mir ist nicht klar, woher ein ordentlich
belasteter Generator da Spannungsspitzen nehmen sollte.

Kritischer wäre da schon:

> Und bei längeren "Bremsfahrten" habe ich Angst die Batterie zu überladen
> aber das ist ein anderes Thema!

...dieser Fall: du musst ja am Ende die Batterie abschalten, wenn
du sie auf diesem Wege wirklich wieder voll geladen hättest.  Wenn
du nun weiterhin mechanische Energie angeboten bekommst, kannst du
sie nur noch in Wärme umsetzen, entweder in einer Bremstrommel oder
-scheibe, oder über den Generator in einem Widerstand.

Wenn der Generator einfach nur leer läuft, wird er in der Tat
recht hohe Spannungen erzeugen können.

> Der Generator hat zum Teil Spitzenströme von 120A (ms Bereich).

Millisekunden interessieren keinen, so schnell sind die chemischen
Vorgänge in Akkus alle nicht.

> Also muss ich die Batterie nicht unbedingt schützen?

Zumindest nicht, falls es ein Bleiakku ist.  Nicht umsonst hält
sich derartige Technik nach wie vor als Standard in Kfzs: sie
ist einfach ziemlich robust, und als Ladesteuerung braucht man
nicht viel mehr als eine im Strom (auf ziemlich hohem Niveau!)
begrenzte Konstantspannungsquelle.

Falls du natürlich LiIon oder sowas einsetzen willst, braucht die
Ladesteuerung schon ein wenig mehr Fürsorge.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Fahrzeug mit 12V Bordnetz(nur Batterie) wird von einem 12V Motor mit
> Ansteuerung angetrieben.
:
> Und bei längeren "Bremsfahrten" habe ich Angst die Batterie zu überladen
> aber das ist ein anderes Thema!
Du meinst also, du würdest mehr Energie hineinstecken, als du vorher 
herausgeholt hast? Ein Perpetuum Mobile also   :-o

Oder wohnst du in San Francisco am Berg?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Lothar Miller wrote:

> Du meinst also, du würdest mehr Energie hineinstecken, als du vorher
> herausgeholt hast?

Wenn du auf der Bergstation nachladen musstest, kann dir der Fall
schon passieren.  Man sollte ihn beim Entwurf jedenfalls nicht
gerade als "Can't happen." ausschließen...

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Also... wenn dein Motor ein Fahrzeug antreiben soll dann brauchst du 
auch einen vernünftigen Energiespeicher. 12V, 10Ah reicht da nicht aus. 
Das muss schon etwas dickeres sein. Und da hast du mehr als 120A 
Spitzenstrom.

Nehmen wir beim bremsen eine Leistung von 100kW an. Das ist IMO immer 
noch nicht schnell genug, aber eine untere Grenze. Falls du das 
vollständig rekuperieren möchtest wären das bei 12V 8,3kA.

Das Fazit für mich daraus:
- Diese Energie verkraftet ein Varistor o.ä. nicht.
- 12V ist für solche Energien einfach zu wenig. Wenn sollte man auf 48V 
gehen. Da ist es noch nicht tödlich und man braucht auch keine bessere 
Isolierung.
- Energiespeicher in der Größenordnung gibt es nicht.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Anon Ymous wrote:

> Nehmen wir beim bremsen eine Leistung von 100kW an.

Warum so viel?  Die Generatorleistung wird ja keine Größenordnung
über der Motorleistung liegen.  Ein Trabbi kam mit einem Motor von
nicht einmal 20 kW aus, das sollte ein kleines Elektroauto also
allemal können.

Für eine Gefahrenbremsung braucht man natürlich mehr Bremsverzögerung,
aber die muss man dann ohne Energierückführung ggf. rein mechanisch
erreichen.  Bei einer Betriebsbremsung sieht die Sache aber anders
aus, und da kann man rückspeisen.

Letztlich machen uns Hybrid-Busse vor, dass man durchaus kurzzeitig
die entsprechende Energie speichern kann.

Autor: Hans-jürgen Herbert (hjherbert) Benutzerseite
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Die Bremsleistung am Gefälle =
delte E / delta t

h  m  g / t
h / t  m  g

Bei 12 % Gefälle und 100 km/h (30 m/s) und 1000 kg masse

0.12 * 30 m/s  1000 kg  9.81 m/s^2 = 35316 W = 35 kW

Da könnte man noch die Windlast (cw*A*rho/2*v^2) abziehen.
rho=1.3kg/m^3

Wie schwer und wie schnell soll dein Fahrzeug den Berg hinabrollen?

Nach 25000 m , also nach 833 Sekunden ist dann aber das Tal erreicht.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Hans-jürgen Herbert wrote:

> Bei 12 % Gefälle und 100 km/h (30 m/s) und 1000 kg masse

Ehrlich: ich habe noch kein E-Auto gesehen, das 100 km/h bei 1 t
Eigenmasse fahren würde...  Die Teile, die ich bislang erlebt
habe, sind da eher klein und leicht und freuen sich, wenn sie
die Stadtgeschwindigkeit flüssig mithalten können.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Wie wärs mit dem hier:
Shelby SuperCars, Ultimate Aero EV, 1000Ps, vmax=335km/h
http://www.shelbysupercars.com/news-012209.php

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Sinnlose Spielerei.  Ich glaube, um Rückspeisung in die Batterie
wird man sich bei so einem Angeberauto am wenigsten Gedanken
machen.

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Jörg Wunsch wrote:
> Anon Ymous wrote:
>
>> Nehmen wir beim bremsen eine Leistung von 100kW an.
>
> Warum so viel?  Die Generatorleistung wird ja keine Größenordnung
> über der Motorleistung liegen.  Ein Trabbi kam mit einem Motor von
> nicht einmal 20 kW aus, das sollte ein kleines Elektroauto also
> allemal können.

Ich möchte stärker bremsen als beschleunigen.
Meine Rechnung soll klar machen, dass ~10kA zuviel Strom sind. Selbst 
mit einer schleichenden Bremsung wird es noch eine Menge sein. Wir 
sprechen nicht von Faktor zwei oder drei sondern von zwei 
Größenordnungen. Und das ist dem Threadersteller nicht klar. Und vielen 
anderen auch nicht.


@Hans-jürgen Herbert
Deine Rechnung ist falsch gerechnet und falsch gedacht. Wo ist Delta(t)?

Beim Bremsen geht es darum, in möglichst kurzer Zeit zum stehen zu 
kommen. Also t --> 0. Und dafür gilt P --> unendlich. Meine 100kW werden 
woanders zum beschleunigen verwendet. Bremsen dürften Leistung in der 
1MW Region vernichten. Und ich halte es für prinzipiell falsch, das 
zurück speisen zu wollen. Auch mit Varistor :P

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Anon Ymous wrote:

> Beim Bremsen geht es darum, in möglichst kurzer Zeit zum stehen zu
> kommen.

Nur bei einer Gefahrenbremsung, und die muss man einfach auf
herkömmliche (mechanische) Weise realisieren.  Eine Betriebsbremsung
wird man dann so durchführen, dass man an den Grenzen der möglichen
Generatorleistung bleibt.  Man lässt also möglichst lange rollen,
und bremst rechtzeitig und gleichmäßig.

So fahren Straßenbahnen, so fahren Hybrid-Busse.  Das mag nicht
nach ,,sportlichem'' Fahren klingen (das ja eher nur kraftstoff-
verschwendendes Fahren ist, denn wer schiebt sein Fahrzeug schon
so schnell, dass er behaupten könnte, Sport zu treiben?), aber das
wird man sich im Interesse der eigenen Energierechnung (bzw. einfach
nur der möglichen Reichweitenvergrößerung) mit so einem Fahrzeug
einfach angewöhnen.  Meine Kinder fahren übrigens lieber in einem
Hybridbus mit als in einem normalen: weil der Fahrer dort nicht so
ruppig fährt und man nicht so geschüttelt wird.

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Jörg Wunsch wrote:
> Anon Ymous wrote:
>
>> Beim Bremsen geht es darum, in möglichst kurzer Zeit zum stehen zu
>> kommen.
>
> Nur bei einer Gefahrenbremsung, und die muss man einfach auf
> herkömmliche (mechanische) Weise realisieren.  Eine Betriebsbremsung
> wird man dann so durchführen, dass man an den Grenzen der möglichen
> Generatorleistung bleibt.  Man lässt also möglichst lange rollen,
> und bremst rechtzeitig und gleichmäßig.

Ja das stimmt. Es gibt schließlich keine andere Möglichkeit. Nur über 
Rekuperation zu bremsen ist unmöglich. Und das wollte ich klar stellen.

Und selbst Verzögern ist nicht einfach. Ein Akku mit 120A Spitzenstrom 
und 12V reicht nicht aus ;)


Wobei... bei ausreichend großen Strömen braucht man nur am Anfang des 
Bremsvorgangs die Kabel. Für den Rest der Zeit übernehmen das die 
entstehenden Lichtbögen. Deren Widerstand sinkt sogar mit höherem Strom 
:D

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