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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Bleigel-Akku von Solarmodul laden per PWM?


Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Hallo,

ist es sinvoll einen Bleigelakku per PWM von einem Solarmodul zu laden 
oder gibt es da Probleme?
Ich habe einen 12V 2Ah-Bleigelakku und ein 2,1W (16,8V bei 125mA) 
Solarmodul. Ich überlege ob das bei so geringer Leistung des Solarmoduls 
so gut ist oder ob das Solarmodul von dem an- und ausgeschalte zu stark 
belastet wird!?
Hat jemand damit schon Erfahrungen gemacht?

Danke!

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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Wieso PWM?

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jack Braun wrote:
> Wieso PWM?

Warum nicht? Läßt sich gut regeln!
Bis jetzt schalte ich das Solarmodul nur an den Akku und bei der 
Ladeschlussspannung wird abgeschaltet. So wird der Akku nie ganz voll 
geladen! Deswegen dachte ich PWM ist besser.

Was spricht gegen PWM deiner Meinung nach?

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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>Was spricht gegen PWM deiner Meinung nach?

Eigentlich nur die Tatsache, daß es vollkommen überflüssig ist.

Was soll denn der Vorteil gegenüber einem kontinuierlichem Strom sein?

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Na der Vorteil ist meiner Meinung nach, dass der Akku voll geladen wird!
Wenn ich bei der Ladeschlussspannung abschalte könnte man mit geringerem 
Strom noch weiterladen, praktisch bis der Strom nur noch C/500 groß ist! 
So ist der Akku nicht ganz voll! Oder sehe ich das falsch?

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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>Oder sehe ich das falsch?

Ich fürchte fast, das Du unter PWM was anderes verstehst als ich.

>Wenn ich bei der Ladeschlussspannung abschalte könnte man mit geringerem
>Strom noch weiterladen, praktisch bis der Strom nur noch C/500 groß ist!

Alles das ist mit normaler Ladung (ohne PWM) möglich.

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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PWM = Pulsweitenmodulation

Ich habe nur einen Transistor zwischen Solarmodul und Akku, wie soll man 
da den Strom regeln können?

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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Du gibst also einen Wert für die Pulsbreite vor und regelst die
Pulsbreite in Abhängigkeit von der Akkuspannung?

Autor: Chrisi (Gast)
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Wenn man dem Transistor noch eine Freilaufdiode und ein L/C-Glied 
nachschaltet, kommt ja eh schon "Gleichspannung" bei raus. Ist dann ein 
gewöhnlicher Stepdown-Regler im PWM-Mode. Für kleine Spulen muß halt die 
PWM-Frequenz passend hoch sein.

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jack Braun wrote:
> Du gibst also einen Wert für die Pulsbreite vor und regelst die
> Pulsbreite in Abhängigkeit von der Akkuspannung?

So hatte ich das vor. Ich wollte aber hier erstmal hören ob das 
überhaupt machbar ist und das Solarmodul das mit macht!?

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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Die Frage ist doch:

Welchen Strom bei welcher Spannung kann Dein Solarmodul abgeben?

Danach richtet sich die Ladeschaltung.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Für den besten Wirkungsgrad häng wirklich noch eine Spule+Diode dazu, 
und bau einen Step-Down Drosselwandler.
Die PWM zum Ansteuern kannst du mit nem AVR machen, muss ja nicht allzu 
schnell auf Laständerungen reagieren.
Shunt dazu zum Strom-messen, ein bischen Software, und fertig ist der 
MPPT.
(http://de.wikipedia.org/wiki/Maximum_Power_Point)

/Ernst

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jack Braun wrote:
> Die Frage ist doch:
>
> Welchen Strom bei welcher Spannung kann Dein Solarmodul abgeben?
>
> Danach richtet sich die Ladeschaltung.

Das Solarmodul liefert 125mA bei 16,8V! Welche Ladeschaltung 
favorisierst Du?

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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Ach du liebe Zeit, so wenig.

Da kannst Du Deinen Akku ja mit einer Schottky-Diode laden (damit sich
der Akku bei wenig Sonne nicht über die Solarzelle entlädt).

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jack Braun wrote:
> Ach du liebe Zeit, so wenig.
>
> Da kannst Du Deinen Akku ja mit einer Schottky-Diode laden (damit sich
> der Akku bei wenig Sonne nicht über die Solarzelle entlädt).

Warum so wenig? Kommt ja drauf an was man damit vor hat! Wie gesagt, die 
Ladeschaltung steht ja schon, aber ich schalte das Solarmodul über einen 
Transistor direkt an den Akku! Gleichzeitig messe ich die Spannung am 
Akku und schalte den Transistor bei Ladeschlussspannung ab. Man könnte 
den Akku aber weiter laden, denn er ist in diesem Punkt noch nicht voll!
Doch mit der jetzigen Schaltung ist das nicht möglich!
Deswegen die Frage mit der PWM-Ladung!

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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>Warum so wenig? Kommt ja drauf an was man damit vor hat!

Weil Du damit einen Blei-Gel-Akku dauerladen kannst, ohne daß ihm was
passiert.

>Gleichzeitig messe ich die Spannung am
>Akku und schalte den Transistor bei Ladeschlussspannung ab. Man könnte
>den Akku aber weiter laden, denn er ist in diesem Punkt noch nicht voll!

Das ist etwas schwer verständlich ;-)

Autor: Patti (Gast)
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Hier mal ein paar Infos zum Thema :-)
http://www-projekte.emsp.tu-berlin.de/ele/ss05/ele...

Gruß Patti

Autor: Chrisi (Gast)
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Das Problem läßt sich meiner Meinung nach nicht mit einem einfachen 
Transistor als Schalter lösen, denn damit läßt sich dis Spannung eben 
nicht auf einen bestimmten Wert (die Ladeschlußspannung) regeln. Genau 
die ist aber notwendig, um den Akku auch voll zu laden.

Einen 2Ah Akku würde ich nicht mit 168mA dauerladen.

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jack Braun wrote:
>>Warum so wenig? Kommt ja drauf an was man damit vor hat!
>
> Weil Du damit einen Blei-Gel-Akku dauerladen kannst, ohne daß ihm was
> passiert.

Ich kann doch keinen 2Ah-Bleigel-Akku mit 125mA dauerhaft laden!!! Das 
ist definitiv falsch!
Ich lade bis zur Ladeschlussspannung, also 13,65V bei 20°C und schalte 
dann den Ladetransistor ab. Normalerweise würde man dann auf 
Konstantspannungsladung übergehen, was aber nicht realisierbar ist mit 
einem Schalttransistor. Was ist daran nicht verständlich?

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Chrisi wrote:
> Das Problem läßt sich meiner Meinung nach nicht mit einem einfachen
> Transistor als Schalter lösen, denn damit läßt sich dis Spannung eben
> nicht auf einen bestimmten Wert (die Ladeschlußspannung) regeln. Genau
> die ist aber notwendig, um den Akku auch voll zu laden.

Naja, bis zur Ladeschlussspannung kommt man schon aber es würde ja noch 
weiter laden können bis der Strom minimal wäre. Dazu bräuchte man aber 
eine Konstantspannungsladung die nicht so einfach zu realisieren ist.
Die Frage ist ja wie man das realisieren könnte auf einfache Weise und 
da kam mir der Gedanke der PWM-Ladung!?

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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Gestern war ich einfach zu müde für lange Erklärungen.
Also mal gründlich:

>Ich lade bis zur Ladeschlussspannung, also 13,65V bei 20°C und schalte
>dann den Ladetransistor ab.

Die Vls einer Blei-Gel-Zelle ist 2,3V, bei neuen Zellen 2,38V.
Modellbauexperten nehmen 2,38V als Vls für ihre Starterbatterien.
Also bei 6 Zellen 14,28V.

>Gleichzeitig messe ich die Spannung am
>Akku und schalte den Transistor bei Ladeschlussspannung ab. Man könnte
>den Akku aber weiter laden, denn er ist in diesem Punkt noch nicht voll!

Bei 14,28V ist er voll! Mehr geht nicht, sonst fängt er an zu gasen.

Rechnet man nun noch den Spannungsabfall der Diode hinzu, kommt man
auf 14,7V. Die Strom-Spannungskennlinie eines Solarmoduls fällt bei
einer bestimmten Spannung sehr schnell ab. Es kann also durchaus sein,
daß bei 14,7V nur noch ein sehr geringer Strom fließt.
Diese Kurve läßt sich experimentell ermitteln.
Wenn das Modul bei dieser Spannung zu viel Strom liefert, kann man ja
(über einen Komparator)
den Lade-Transistor abschalten und über einen parallelgeschalteten
Widerstand die Erhaltungsladung (1/60 C) fließen lassen.

Autor: Msp 430_crew (msp430_crew)
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Jack Braun wrote:
> Die Vls einer Blei-Gel-Zelle ist 2,3V, bei neuen Zellen 2,38V.
> Modellbauexperten nehmen 2,38V als Vls für ihre Starterbatterien.
> Also bei 6 Zellen 14,28V.
>
> Bei 14,28V ist er voll! Mehr geht nicht, sonst fängt er an zu gasen.
>
> Rechnet man nun noch den Spannungsabfall der Diode hinzu, kommt man
> auf 14,7V. Die Strom-Spannungskennlinie eines Solarmoduls fällt bei
> einer bestimmten Spannung sehr schnell ab. Es kann also durchaus sein,
> daß bei 14,7V nur noch ein sehr geringer Strom fließt.
> Diese Kurve läßt sich experimentell ermitteln.
> Wenn das Modul bei dieser Spannung zu viel Strom liefert, kann man ja
> (über einen Komparator)
> den Lade-Transistor abschalten und über einen parallelgeschalteten
> Widerstand die Erhaltungsladung (1/60 C) fließen lassen.

Also, ich habe einen Bleigel von YUASA und der hat eine 
Ladeschlussspannung von 13,65V bei 20°C laut Datenblatt, da kann man 
nicht dran rütteln!
An den Spannungsabfall an der Diode hab ich auch gedacht!
Und Erhaltungsladung ist mit C/60 definiert? Bist Du sicher? Ich dachte 
die liegt bei C/500???

Autor: Jack Braun (jackbraun)
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>Und Erhaltungsladung ist mit C/60 definiert? Bist Du sicher? Ich dachte
>ie liegt bei C/500???

http://www.funkfreund.de/Akku_Bleigel.htm

Autor: Horschti (Gast)
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... und wieso sollte sich das Solarmodul dafür interessieren, mit was es 
belastet wird??? Das ist dem Ding total wurscht, ob der Strom mit oder 
ohne PWM fließt. Interessant ist nur die im Solarmodul am 
Innenwiderstand verbratene Leistung, die beim Kurzschließen desselben 
entsteht. Und selbst das stört nicht.

Mein Einwand ist nur: das Akku könnte sich bei so geringem Ladestrom 
sowieso totlachen, was willst Du den noch runterregeln mit PWM? 
Abschalten genügt.

Viele Griesse,

Horschti.

Autor: Airburst (Gast)
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Solarladung:
============
Ist es möglich das hier vollständig aneinander vorbei geredet wird?

* Konstant I Ladung
* Konstant U Ladung
* PWM Ladung

Konstant I Ladung:
------------------
Die Stromladung geht ja einmal davon aus dass ein definierter Ladestrom 
mit variabler Spannung fliesst um einmal sozusagen grob 70% - 80% 
vorzuladen. Anschließend kommt dann die Konstant U-Ladung

Konstant U-Ladung:
------------------
Die Spannungsladung geht von einer definierten Spannung aus, ~egal 
welcher Strom fliesst. Das nutzt man ja für die restl. 20% bis zur 
nahezu vollständigen Ladung des Akkus. Damit lässt sich bequem die 
Ladeentspannung einstellen (perfekterweise nahe an der Gassungsspannung 
des verwendeten Akkus)

PWM Ladung:
-----------
Damit ist ja eigentlich eine Leistungsladung gemeint, d.h.
variable Leistungsblöcke mit der Spannung U_solar[V] (Spannung vom 
Solarpanel) mal I_ladung[A] mal Pulsbreite [sec]

Frei nach der Formel P = U*I, W = P*t

So nun ist die Preisfrage wieviel "Arbeit" (W) muss man in seinen Akku 
hineinpacken damit der voll ist. Danach kann man dann die Regelparameter 
der PWM auslegen. (pulsbreite usw..)

Ich selbst würde eine PWM Schaltung nehmen, weil
* Leistungsblöcke eine impulsladung nach sich ziehen was eigendlich für 
Akkus am besten ist.

* Die höhere Spannung am Solarpanel erlaubt den Akku auch wirklich 
vollständig zu laden
(soferne man einen kleine Kondensator parallel zum solarmodul schaltet, 
wird dieser kleine Leistungshäppchen der PWM Schaltung zu verfügung 
stellen und sich in der "pause" zwischen zwei pulsen bis zur solarpanel 
spannung aufladen)


Aber eine solche Ladeschaltung erfordert auch eine gründliche 
Berechnung, sowie genaues "Leistungsmessen" um eine Aussage darüber zu 
treffen ob denn nun genügend "Arbeit" in den Akku gesteckt wurde.

Oder man vermisst das ganze, legt in einen Controller ein 3D Kennfeld ab 
und lässt die PWM Regelung gemäß Kennfeld abfahren...
[Und hurra bis das fertig ist, kommt das Christkind schon zum zweiten 
mal]

Ist aber von aussen betrachtet die eleganteste Methode. =)

Autor: Mike J. (Gast)
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Am besten wär es wenn er die Spannung vom Solar-Panel abgreift, an einen 
Step Up Spannungswandler anschließt und damit die Blei-Batterie lädt.

Einen Blei-Akku lädt man mit höchstens 10% des Stroms seiner 
Nennkapazität.

Vorsicht: Nicht jeder Blei-Akku kann noch bis auf über 14,4V geladen 
werden. Wenn die Spannung nicht mehr steigt muss deine Reglung einfach 
abschalten.

Wenn du am Ausgang deines Step Up Spannungswandlers keinen (oder keinen 
großen) Ausgangselko anbringst werden die Zellen desulfatiert, ist also 
vorteilhaft für den Akku.

Autor: JojoS (Gast)
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die Streiterei hier war doch schon letztes Jahr. Nov. beendet...
so einfache Solar-Regler schliessen das Panel bei erreichen der 
Schlußspanung kurz und sind daher recht billig. Es gibt aber welche von 
IVT die mit PWM arbeiten. Die schalten die Ladespannung zyklisch 
ein/aus. Die MosFets werden dazu über einen Spannungshochsetzer 
angesteuert damit die komplett mit N-Kanal Typen auskommen können, 
soweit habe ich mir so ein Teil schonmal angesehen.

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