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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Windladeregler für 6V Akku


Autor: Lord Ziu (lordziu)
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Moin.

Für ein Windrad (mit Nabendynamo) möchte ich eine Schaltung (möglichst 
mit Mikrocontroller - von Elektronik hab ich nicht viel Ahnung) bauen. 
Diese soll

- AC vom Dynamo (max. 12V, 600mA) gleichrichten
- 6V Bleigel-Akku laden
- Tiefentladeschutz bieten
- Überladungsschutz bieten
- per Dämmerungsschalter eine LED-Beleuchtung steuern

Bei rn-wissen habe ich gelesen, dass Bleiakkus relativ "gutmütig" sind, 
es also reicht, bei der Ladeschlussspannung abzuschalten.

Nun habe ich ein paar grundlegende Fragen, wahrscheinlich lächerlich 
einfach.

1) Das Akku soll mit etwa 6,9 V geladen werden. Mit welcher 
Schaltung/Bauteil kann ich aus meiner gleichgerichteten Spannung von 0 - 
8,5V (Effektivwert nach der Gleichrichtung) 7V erzeugen? Den größten 
Teil der Zeit werde ich ja nicht den Maximalwert aus dem Dynamo 
bekommen.

2) Ich wollte die Akkuspannung mit dem µC messen und beim Erreichen der 
Ladeschlussspannung mit einem MOSFET die Zuleitung abklemmen. Nur, wie 
messe ich mit dem ADC die Spannung des Akkus, wenn der im gleichen Netz 
wie der Gleichrichter hängt. Angenommen mein Generator macht 7V, die 
würde ich doch dann auch am Akku messen, oder?

Ganz trivial dachte ich mir halt: Generator (Gleichrichter & 
Spannungsregler), Akku und Verbraucher (LEDs) parallel schalten. Dann 
zwei MOSFETs, einer für die "Trennung" Generator - Akku (M1) und einer 
für die "Trennung" Akku - Verbraucher (M2).

Und dann bei
- U < Entladeschlußspannung -> M2 aus
- U > Ladeschlusspannung -> M1 aus, M2 an
- sonst M1 an, M2 an

Würde das so funktionieren?

Grüße

Autor: MaWin (Gast)
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> Würde das so funktionieren?

Nein.

Wenn ich Nabendynamo höre, wird mir schon schlecht.
Es ist also kein richtiges Windrad, aber nehmen wir
mal an, es wäre eins:
Du kannst die Last bei einem Windrad nicht abklemmen,
denn dann dreht es unbelastet bei vollem Wind zu
schnell und zerlegt sich.
Du musst Windräder ebenso wie Wasserräder mehr belasten
wenn du die Leistung nicht abnimmst.

      +---|>|--+--|>|---+------+
      |        |    +---+---+  |
      |      Last   |       |  |
 Windrad       |    |ICL7665| Akku
      |     MOSFET--|       |  |
      |        |    +---+---+  |
      +--------+--------+------+

Zum gleichrichten kannst du einen Brückengleichrichter
verwenden (ich hab hier nur 1 Diode gezeichnet).
Die Spannung regelt sich von selbst, der Akku belastet
den Dynamo einfach so stark dass nicht mehr Spannung bei
rauskommt als die aktuelle Spannung des Akkus beträge.
Das Windrad darf maximal nicht mehr Strom liefern, als
der Akku maximal verträgt, aber Bleiakkus vertragen mehr
als 10C, theoretisch also so viel Ladestrom dass es in 5
Minuten voll wäre.

Du musst aber ein Überladen verhindern, wenn der Akku 6.8V
(etwas temperaturabhängig) hat. Das macht der ICL7665, der
bei Erreichen der Spannung das Windrad belastet, damit der
Strom woanderslang fliesst, eben durch die Last.

Eine andere Methode wäre es, dann das Windrad aus dem Wind
zu drehen bzw. die Flügel zu verstellen.

Es funktioniert wie beim Solarmodel, doch darf man nicht
kurzschliessen, weil auch dann das Windrad ohne grosse
Belastung plötzlich hochdreht.

http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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MaWin schrieb:
>> Würde das so funktionieren?
>
> Nein.
>

Na dann mal gut, dass ich gefragt habe. :-)

> Wenn ich Nabendynamo höre, wird mir schon schlecht.
> Es ist also kein richtiges Windrad, aber nehmen wir
> mal an, es wäre eins:

Okay, nehmen wir es mal an.

> Die Spannung regelt sich von selbst, der Akku belastet
> den Dynamo einfach so stark dass nicht mehr Spannung bei
> rauskommt als die aktuelle Spannung des Akkus beträge.
> Das Windrad darf maximal nicht mehr Strom liefern, als
> der Akku maximal verträgt, aber Bleiakkus vertragen mehr
> als 10C, theoretisch also so viel Ladestrom dass es in 5
> Minuten voll wäre.

Gut, dann passt das schon mal.

> Du musst aber ein Überladen verhindern, wenn der Akku 6.8V
> (etwas temperaturabhängig) hat. Das macht der ICL7665, der
> bei Erreichen der Spannung das Windrad belastet, damit der
> Strom woanderslang fliesst, eben durch die Last.

Das hab ich vor, allerdings per Mikrocontroller.

> Eine andere Methode wäre es, dann das Windrad aus dem Wind
> zu drehen bzw. die Flügel zu verstellen.


> http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5

Danke für den Link.

Hab jetzt mal eine Schaltung erstellt, ich will sie kurz erläutern.

Oben ein Brückengleichrichter (mit Schottkydioden) und Siebkondensator. 
Die Diode in der Akkuzuleitung soll ein Entladen des Akkus über den 
Generator verhindern. Sowohl Akku, als auch Verbraucher sollen über 
MOSFETs ab- und zugeschaltet werden können.

Nun zu der abenteuerlichen Sache, bei der ich nicht weiß, ob es so 
überhaupt geht: Ich will mit einem Spannungsregler am Akku die 3V für 
meinen Mikrocontroller abgreifen. Der soll also über den Akku betrieben 
werden, wenn kein Wind weht. Über einen Spannungsteiler am Akku will ich 
die Spannung messen.

Der Über- und Tiefentladeschutz soll über das Programm im 
Mikrocontroller laufen. Da kommt zusätzlich eine Photodiode als 
Lichtsensor ran, um dann nach Umgebungslicht die LEDs an- bzw. 
abzuschalten. Ebenso ein Poti zur Justage, die Sachen hab ich jetzt mal 
aussen vor gelassen.
Folgende Logik soll dahinter stecken:

Wenn U > Ladeschlussspannung
- LEDs immer an
- Akku vom Generator getrennt

Wenn U < Entladeschlusspannung
- LEDs immer aus
- Akku mit Generator verbunden

Wenn U irgendwo mittendrin
- LEDs an bei Dunkelheit
- LEDs aus bei Helligkeit
- Akku mit Generator verbunden

Was ist nun an dieser Schaltung alles falsch?

PS: Als Mikrocontroller nehme ich einen Tiny88, den gabs nur nicht 
Eagle. Daher ist fürs Prinzip ein anderer in der Schaltung.

Autor: ... (Gast)
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>Für ein Windrad (mit Nabendynamo) möchte ich eine Schaltung (möglichst
>mit Mikrocontroller - von Elektronik hab ich nicht viel Ahnung) bauen.

Das ist leider der falsche Ansatz. Mikrocontroller sind nicht 
alternativ, oder einfacher als Elektronik. Im Gegenteil. Zuerst 
benoetigt man eine Ahnung von Elektronik. Dann kann man sich 
moeglicherweise in Mikrocontroller einarbeiten.

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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... schrieb:
> Das ist leider der falsche Ansatz. Mikrocontroller sind nicht
> alternativ, oder einfacher als Elektronik. Im Gegenteil. Zuerst
> benoetigt man eine Ahnung von Elektronik. Dann kann man sich
> moeglicherweise in Mikrocontroller einarbeiten.

Mmh, okay. Wieso mach ich das schon ne Weile? Ich such mir halt die 
Elektronikbeispiele für meine aktuellen µC Projekte und versuche dabei 
zu lernen. Und wenn es nix fertiges gibt, versuch ich es halt selbst 
zusammenzusetzen und frage die Profis, ob das so geht.
Wenn es so geht, hab ich es gut gemacht. Wenn es nicht geht, dann lern 
ich aus den Kritiken im Forum.

Autor: MaWin (Gast)
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> Was ist nun an dieser Schaltung alles falsch?

Q1, du hast das mit der Belastung nicht verstanden.
Der Rest könnte funktionieren.
C1 tust du besser an den Spannungsreglereinagng.
Einen Helligkeitssensor finde ich nicht.

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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MaWin schrieb:
> Q1, du hast das mit der Belastung nicht verstanden.

Doch. Die Belastung soll durch die LEDs erfolgen, die ich im Fall U >= 
Ladeschlussspannung immer dazu schalten will.

> Der Rest könnte funktionieren.
> C1 tust du besser an den Spannungsreglereinagng.

Aber der ist doch zum Glätten der gleichgerichteten Spannung... Wenn ich 
den vor der Spannungsregler packe, bekommen der Akku und die LEDs den 
Ripple ab.


MaWin schrieb:
> Einen Helligkeitssensor finde ich nicht.

Hab ich ja geschrieben, dass ich den jetzt noch nicht eingefügt habe:

Daniel R. schrieb:
> Da kommt zusätzlich eine Photodiode als
> Lichtsensor ran, um dann nach Umgebungslicht die LEDs an- bzw.
> abzuschalten. Ebenso ein Poti zur Justage, die Sachen hab ich jetzt mal
> aussen vor gelassen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Doch. Die Belastung soll durch die LEDs erfolgen, die ich im Fall U >=
> Ladeschlussspannung immer dazu schalten will.

Selbst wenn deine LEDs garantiert immer mehr Strom ziehen als der 
Windrotor auch bei Sturm liefern kann bräuchtest du dann Q1 nicht (der 
so an der Stelle eh nicht geht).

> Aber der ist doch zum Glätten der gleichgerichteten Spannung...

Unnötig, das tut der Akku besser.

> Wenn ich den vor der Spannungsregler packe, bekommen der Akku
> und die LEDs den Ripple ab.

Nein. Zwar gibt es einen Ripple weil die Akkuspannung durch den 
Akkuinnenwiderstand bei Ladestrom steigt, aber dagegen hilft ein so 
winziger Elko im Vergleich zur Akkukapazität nicht.

Benuutze ihn nur zur Stabilität des Spanungsreglers.

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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MaWin schrieb:
> Selbst wenn deine LEDs garantiert immer mehr Strom ziehen als der
> Windrotor auch bei Sturm liefern kann bräuchtest du dann Q1 nicht

Aber der Sinn ist ja, dass das Akku bei Erreichen der 
Ladeschlussspannung vom Generator getrennt wird, um ein überladen zu 
verhindern.

> (der so an der Stelle eh nicht geht).

Wieso nicht?

Autor: Thomas Drebert (thomasd)
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Hallo,

was meine Vorredner sagen wollen ist das der Akku immer am Windrad 
bleibt und wenn der Akku geladen ist oder das Windrad zuviel Spannung 
erzeugt mußt du das Windrad mit einer Last dazubringen langsamer zu 
laufen, ein paar LED's werden dafür micht reichen.
Beim Fahrrad merkst du ja auch wenn du den Dynamo einschaltest das du 
mehr Kraft brauchs und dadurch langsamer fährst.

Schöne Grüße
Thomas

Autor: Daniel R. (daniel_r)
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Nickname-Dieb!!!
Mach mir bloss meinen (guten?) Ruf nicht kaputt ;)

Daniel

Autor: Lord Ziu (lordziu)
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Hallo Thomas,

Danke erstmal für die Antwort.

Thomas Drebert schrieb:
> ein paar LED's werden dafür micht reichen

Geplant sind um die 100 weißen LEDs, je zwei in Reihe. Sind dann 
irgendwas um die 6,2V/0,5A. Das reicht noch nicht als Last? Mehr liefert 
der Dynamo ja gar nicht. Die Anzahl der LEDs kann ich auch noch bei 
Bedarf variieren.

Was nimmt man denn dann als Last? Wieviel mehr muss ich denn 
verbrauchen?

Autor: avion23 (Gast)
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Lass mich raten, die LEDs werden parallel geschaltet?

Last = z-diode mit transistor o.ä.

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Ich möcht auch mal kurz was sagen - möchte jetzt aber nicht der Buhmann 
werden.

... schrieb:
>>Für ein Windrad (mit Nabendynamo) möchte ich eine Schaltung (möglichst
>>mit Mikrocontroller - von Elektronik hab ich nicht viel Ahnung) bauen.
>
> Das ist leider der falsche Ansatz. Mikrocontroller sind nicht
> alternativ, oder einfacher als Elektronik. Im Gegenteil. Zuerst
> benoetigt man eine Ahnung von Elektronik. Dann kann man sich
> moeglicherweise in Mikrocontroller einarbeiten.



Ich weiss ja nicht wie ordentlich du die Sache machen willst aber es ist 
wirklich der falsche Weg sich zuerst mit Mikrocontrollern zu befassen 
und dann die Schaltungstechnik so nebenbei zu lernen. Sei mir nicht böse 
aber ich kenne niemanden der wirklich ordentliche Projekte macht und von 
Schaltungstechnik keine Ahnung hat. Gerade bei so einem Thema 
Akkuladung, etc. sind gute Elektronikkenntnisse das A und O.

Ich will nicht respektlos erscheinen aber ein simples Programm in C bzw. 
Assembler zu machen ist nicht sonderlich schwer. "Ein paar Register zu 
manipulieren" ist auch nicht gerade das schwerste. Was wirklich schwer 
ist den µC korrekt und effizient einzusetzen bzw. integrieren. Bei einem 
LED Lauflicht funktioniert die quick n' dirty Methode sicherlich noch 
aber für sowas was du vorhast braucht man das Wissen im Hintergrund.
Nicht umsonst gibt es nur sehr sehr wenige wirklich gut funktionierende 
& effiziente Schaltungen.

Schon alleine der Dynamo ... nunja

Sieh dich mal auf google um - es gibt viele viele Leute in den USA die 
sich mit dem "Richtigen-Generator-Finden / Bauen-Problem" beschäftigen.

Nun hab ich genug philosophiert ...


>Was nimmt man denn dann als Last? Wieviel mehr muss ich denn
>verbrauchen?


Was man verwendet ? Im einfachsten Fall an einem Widerstand verbraten 
oder sonstige Verbraucher die vielleich noch mehr Zweck erfüllen als 
sinnlos irgendwo Widerstände heiß werden zu lassen =)

Das wird dir kaum jemand sagen können - da hilft nur trial & error. Ich 
fänds aber super wenn du deine neu gewonnene Erfahrung auch anderen 
Menschen zu Verfügung stellen würdest.

Du könntest z.B. Anfangen indem du dir ein Widerstandsteckbrett machst 
und mit einem Ventilator einen konstanten Wind erzeugst - dann U und I 
in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Verwendeten Widerstandskombi 
nimmst. Damit sind wir wieder am "Falschen Generator Problem" - sorry 
der Dynamo vom Fahrrad ist irgendwie einfach ungeeignet...

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