Hallo zusammen.
Wir haben für ein Projekt eine DC-Quelle finden können um verschiedene
Verbraucher versorgen zu können, aber auch um Batterien zu laden. Die
Eckdaten des "Batterieladers" sind 24-29VDC und Strom bis zu 83A.
Die Problematik ist der Verpolschutz. Als Verpolschutz ist da einfach
eine Diode in Flussrichtung eingebaut. Das ist natürlich ein wirksamer
Schutz des Batterieladers beim Anschluss beliebiger Lasten, doch wenn
man damit auch Batterien laden möchte, ist das ungenügend. Schließt man
eine Batterie verpolt an, dann schützt die Diode das Laderegler nicht
mehr - der kriegt einen undefinierten Stromstoß von der angeschlossener
Batterie ab und schmorrt ab.
Welche wirksamen Schutzvorrichtungen sind Euch bekannt um das Ladegerät
vor dem Verpolen zu schützen? Das einfachste wäre eine beliebige
Sicherung (Automat?) an einer Anschlussklemme anzubauen, doch die mir
bekannten Sicherungen sind alle viel zu langsam um damit Halbleiter zu
schützen.
Google und das Forum habe ich durchsuchet, einige interessante Beiträge
zum Verpolschutz gefunden, doch das Thema "Schutz des Batterieladers
gegen verpolt angeschlossener Batterie" scheint noch nicht ausführlich
besprochen zu sein. Wenn doch, bitte um Entschuldigung und Link.
Tipps wie einen anderen Batterieladegerät zu suchen, kann ich nicht
annehmen. Wir haben sehr strenge Normen zu erfüllen und das Kandidat ist
bisher nach wirklich langem Suchen der einzige Treffer das alle
Anforderungen erfüllen würde - ausser der angesprochener mit dem
Verpolschutz.
Mit Hersteller habe ich gesprochen, unser Projekt und die Stückzahlen
sind zu gering dass die sich darum kümmern und das bestimmtes
definieren. Das Gerät ist als universelle Gleichspannungsquelle gedacht,
aber nicht dafür konzipiert dass ein beliebiger Benutzer da an die
Klemmen kommt. Doch genau das soll ein Benutzer es bei unserem Projekt
tun können, und kein Mensch ist unfehlbar -> wir brauchen die
Schutzvorrichtung.
MarkusJ schrieb:> Welche wirksamen Schutzvorrichtungen sind Euch bekannt um das Ladegerät> vor dem Verpolen zu schützen?
Geeignete Steckverbinder sind der beste Verpolschutz.
> Die Problematik ist der Verpolschutz. Als Verpolschutz ist da einfach> eine Diode in Flussrichtung eingebaut.
Wie kommt die Diode zu ihrem Namen, wenn sie gegen Verpolung nicht
hilft?
Dann mach noch eine zweite Diode und eine Sicherung rein:
1
2
.----.
3
o-------o--------|----|--------o
4
| '----'
5
Ladegerät --- Akku
6
^
7
/ \
8
---
9
|
10
o-------o----------------------o
Wenn jetzt der Akku verkehrt herum angeschlossen wird und der verpolt
angeschlossene Akku ausreichend potent ist, dann schlägt die Diode zu
und die Sicherung löst aus. Wenn die Diode ausreichend bemessen wurde,
dann reicht auch ein "langsamer" Automat als Sicherung aus.
Vielen Dank für die Antwort, LMiller.
Doch an dieser Stelle fehlt mir das Verständniss wie und ob das
funktioniert. Vielleicht hab ich auch einfach ein Brett vor dem Kopf.
Die Diode springt doch nur bei einer (negativer) Überspannung an?
Angenommen wir haben beim Ladegerät eine stabile Spannung von 26V, die
Batterie mit 24V. Beim verpolten Anschließen machen wir einen
Kurzschluss mit 26+24=50V. Kurzschlussstrom fließt über beide Geräte.
Doch die Diode sieht ummernoch 26V und schlägt NICHT durch.
hab ich da einen Denkfehler?
Oder funkktioniert dass so dass beim Verpolen die Diode aus Sicht der
Batterie in Flussrichtung geschaltet ist? und auf diese Weise nur die
Batterieseite kurzschließt?
>Ladeger. o-------o--------|Sicherung|--------o Batterie
Die Verbindung zum Ladegerät geht über eine kleine Sicherung zur
Batterie und Deine DICKE Gleichrichterdiode ist in SPERRrichtung von +
nach- direkt am Ladegerät geschaltet. Erst wenn Du den Akku verpolst
wird sie leitend und soll die Sicherung kaputt machen. Das ist zwar
nicht elegant aber einfach (sofern die Sicherung eher stirbt als der
Gleichrichter).
Am Ausgang des Ladegerätes einen geöffneten Relaiskontakt verbauen.
Die Relaisspule wird über eine Diode vom Akkuanschluß versorgt und zieht
nur bei richtig gepoltem Akku an.
MarkusJ schrieb:> Beim verpolten Anschließen machen wir einen Kurzschluss mit 26+24=50V.
So rechnen Milchmädchen. Wo ist denn der Bezugspunkt dieser Spannung?
> Kurzschlussstrom fließt über beide Geräte.
Wenn er kann. Wie sieht es mit Strombegrenzungen und Innenwiderständen
aus?
> Doch die Diode sieht ummernoch 26V
Nein. Die Diode sieht das, was am +Ausgang von -24 +26V übrigbleibt,
nachdem die Strombegrenzung des Ladegeräts angesprochen hat. Und solange
die Spannung am Ladegerätausgang positiv ist, sollte sich das Ladegerät
schon selbst schützen können. Denn sonst würde es bei einem komplett
leeren Akku auch schon kaputt gehen.
Kritisch ist also nur, wenn das Ladegerät zu wenig Strom liefern kann,
um gegen den verpolten Akku anzukommen. Dann wird die Spannung am
+Ausgang des Ladegeräts plötzlich negativ und die eingebaute
"Verpolschutzdiode" leitet rückwärts --> das Ladegerät bekommt
Probleme.
Mit der Zusatzbeschaltung wird eine solche negative Spannung begrenzt,
bis die Sicherung auslöst.
>>Ladeger. o-------I_sense----------------o Batterie
Der LAderegler soll doch die Batterie laden? Wie wäre es mit einer
Prüfung ob die Batterie vorhanden ist. Es wird doch sowieso eine
Spannungsrückführung geben. Diese könnte doch erst ab zB PLUS 10V den
Laderegler freigeben. Abschalten könnte er sich zB bei über 25V oder
wenn zuwenig Strom fliesst..
So mal als Idee...
Vielen Dank an alle Beteiligten.
- geeignete Steckverbinder: nicht realistisch, es geht primer um die
Starterbatterien wie man die von den Autos her kennt. Irgendwann muss
man die Leiter richtig an die Batteriepole anklemmen.
-Lösung mit Relais: halt ich für ungeeignet, die Spannungsquelle,
Ladegerät ist als universelle DC-Quelle vom Kunden gewünscht, sprich da
wird auch Last angeschlossen. Und in dem Falle wird das Relais nicht
ansprechen.
-Mosfets: Der Strom wird bis zu 83A betragen. Noch nicht geprüft, denke
aber das die suche nach einem geeigneten Mosfet schwierig wird.
@Lothar Miller:
du bringst mich schön durcheinander. War die ETechvorlesung wirklich so
lang her?
Bezugspunkt ist bei mir der Minuspol des Ladereglers, die Anode der
"Zusatzdiode" aus der von dir dargestellter Zeichnung. Nach Kirchhoff
haben wir dann wohl doch 26+24 =56V die irgendwo wieder abfallen MÜSSEN,
da geschlossene Masche. Und die werden an den Innenwiderständen des
Reglers und Batterie abfallen. Ein gegrillter Regler kann da schnell
entstehen.
Lothar, das was du schreibst ist logisch und verständlich, bis zu einem
Punkt:
1
Kritisch ist also nur, wenn das Ladegerät zu wenig Strom liefern kann,
2
um gegen den verpolten Akku anzukommen. Dann wird die Spannung am
3
+Ausgang des Ladegeräts plötzlich negativ und die eingebaute
4
"Verpolschutzdiode" leitet rückwärts --> das Ladegerät bekommt
5
Probleme.
Im Vergleich zum Akku wird der Regler auf jedenfall wenig Strom liefern
- was eine 100Ah - Starterbatterie im Kurzschlussfall an Strom liefert
wird sicher im 3- bis 4-stelligen Amperbereich sein. Doch wie wird dann
die Reglerpannung negativ? Ist das ein Verhalten des Reglers wenn er
gegen den ankommenden Strom per Strombegrenzung "ankämpft"?
MarkusJ schrieb:> -Mosfets: Der Strom wird bis zu 83A betragen. Noch nicht geprüft, denke>> aber das die suche nach einem geeigneten Mosfet schwierig wird.
Dafür gibt es eine Reihe geeigneter FET, notfalls kann man ja 2 paralel
schslten.
Wenn die Verpolschutzschaltung auch in der Lowside liegen kann wird auch
die Schaltungstechnik dazu recht einfach.
Stört die Bodydiode (Stromfluss in einer Richtung immer möglich) kann
man auch 2 antiseriell schalten was aber die Schaltung etwas
umfangreicher macht.
Habe leider garade keinen Plan dazu da, gibt aber im Netz viele
Beispiele die man anpassen kann.
Eine einfache Verpolschutzdiode bei 83A....angenommen man findet eine
geeignete Schottky-Diode mit 300mV Drop...sind dasn immernoch ca.
25Watt, was die Diode da verbraten müsste....kein guter Ansatz ;-)
Aktiver Verpolschutz...da brauch es sehr gut FETs mit RDSon << 5mOhm,
mehrere davon parallel könnten auch gut funktionieren.
83A sind da leider nich zu verachten.
Gruß
Meiner Meinung nach hat Lothar mit der Diode in Sperrichtung und einer
Sicherung schon recht. Die Diode sorgt dafür, daß die Spannung am
Ladegerät nicht negativ werden kann, als die Durchlaßspannung der Diode
(etwa 0,3V bei Schottky). Wenn von außen etwas negatives kommt, leitet
sie und sorgt dafür, daß die Sicherung fliegt.
Passt schon, denke ich!
MarkusJ schrieb:> -Lösung mit Relais: halt ich für ungeeignet, die Spannungsquelle,> Ladegerät ist als universelle DC-Quelle vom Kunden gewünscht, sprich da> wird auch Last angeschlossen. Und in dem Falle wird das Relais nicht> ansprechen.
Dann bau halt einen Taster parallel zum Relaiskontakt.
Damit lässt sich das Ladegerät als Netzgerät manuell starten.
Durch ein gaaaanz kleines bisschen Nachdenken hätte dir das auch
einfallen können.
... schrieb:> MarkusJ schrieb:>> -Lösung mit Relais: halt ich für ungeeignet, die Spannungsquelle,>> Ladegerät ist als universelle DC-Quelle vom Kunden gewünscht, sprich da>> wird auch Last angeschlossen. Und in dem Falle wird das Relais nicht>> ansprechen.>> Dann bau halt einen Taster parallel zum Relaiskontakt.> Damit lässt sich das Ladegerät als Netzgerät manuell starten.> Durch ein gaaaanz kleines bisschen Nachdenken hätte dir das auch> einfallen können.
Daran habe ich gedacht bevor ich den Thread erstellt habe. Bei dieser
Möglichkeit spielt wieder die Fehlerquelle "Mensch", "Benutzer" wieder
zu große Rolle. Mit einer autonom entscheidender Schaltung wie die von
Lothar Miller oder alternativ eine FET-Schaltung kann ein Mann einfach
nichts falsch machen. Das macht das ganze so interessant für mich.
@berndS: vielen Dank dir für diesen Beitrag. habe zwar in die selbe
Richtung gedacht (mein zweiter Post) aber Du bringst es genau auf den
Punkt.
@Dadieter: die 25Watt sind nicht ganz richtig. Da wird der
Kurzschlusstrom der verpolter Batterie fließen. Ich kann nur schätzen
wie groß der ist, nehmen wir mal vorsichtig 500A an (möglich dass es
mehr sind, ich weis es im Moment nicht), dann wären wir schon bei 150W.
Ich werde sicher eine "dicke" diode brauchen. Aber, die muss nur 0,2s
aushalten, danach löst der Automat aus.
@MarkusJ:
Guten Morgen,
ich nochmal kurz. Schnapp dir mal LTSpice oder einen anderen Simulator.
Damit kannst du sehen, daß es wirklich funktioniert.
Das einzige, was du willst, ist ja das Ladegerät vor negativer Spannung
schützen. Und genau das macht die Diode, denn sie hängt direkt am
Ausgang des Ladegerätes.
Die Sicherung sollte natürlich so groß sein wie der maximale Ladestrom,
logisch. Im Normalfall soll sie ja halten.
Nur dann, wenn durch Verpolung der Batterie diese gegen die Diode
"kämpft", fließt der Strom, der die Sicherung auslöst. Die Diode muß
diese Zeit bis zum Auslösen natürlich auch aushalten, sonst hat das
Ladegerät das Nachsehen ;-)
Gruß Bernd
Bernd S. schrieb:> Nur dann, wenn durch Verpolung der Batterie diese gegen die Diode> "kämpft", fließt der Strom, der die Sicherung auslöst.
Der kluge Herstellert legt noch einige GEEIGNETE Ersatz-Sicherungen als
Beipack hinzu, da Nägel oder falsche Sicherungen der dicken Diode etwas
schaden könnten ...
Bernd S. schrieb:> Das einzige, was du willst, ist ja das Ladegerät vor negativer Spannung> schützen. Und genau das macht die Diode, denn sie hängt direkt am> Ausgang des Ladegerätes.
Das ist der Trick dabei.
Denn wenn die 2 Spannungsquellen hintereinander- und dann
kurzgeschlossen werden, dann hängt es allein vom Innenwiderstand ab,
welche Spannung du an den Klemmen misst (dazu kommt, dass vermutlich das
Ladegerät abhängig von der Last auch als Stromquelle arbeiten
kann/wird). Mal angenommen, dein Ladegerät kann maximal 83A und eine
Spannung von 26V, und dein Akku hat maximal 24V und schafft nur noch 40A
(weil er leer ist und geladen werden soll), dann wird also wer
"gewinnen"? Klar: das Ladegerät. Es wird einfach seinen maximalen Strom
ausgeben und den Akku zur Not umgekehrt laden. Hier mal ein kleines
Rechenbeispiel, wo klar wird, welche Spannung sich beim Kurzschluss der
obigen Komponenten einstellen wird:
D.h. trotz des verpolten Akkus wirst du noch 9V an den Klemmen haben.
Erst bei einem "vollem" verpolten Akku wird deine Spannung negativ. Dann
fließt aber bereits der maximale Strom durch das Ladegerät und den Akku.
Und dazu käme noch der Strom durch meine vorgeschlagene Diode --> die
Sicherung löst sicher aus... ;-)
MarkusJ schrieb:> Tipps wie einen anderen Batterieladegerät zu suchen, kann ich nicht> annehmen. Wir haben sehr strenge Normen zu erfüllen und das Kandidat ist
Das passt nicht zusammen.
Entweder "sehr strenge Normen", dann machen sowas Fachleute -
schliesslich muss die Erfuellung der Normen ja zertifiziert werden -
oder eben nicht, dann kann man was basteln, wie hier gewuenscht. Es darf
vermutlich auch nichts kosten, richtig?
Mein Ansatz waere, das "Ladegeraet" am Ausgang (sofern noetig) durch
eine Diode gegen Rueckstrom zu schuetzen. Dazu kommt noch eine
Erkennung, die das Ladegeraet erst bei richtigem Anschluss einschaltet.
Das kann man ja dann auch auf der Primaerseite des Ladegeraetes machen,
was sicher einfacher handhabbar ist.
fonsana
fonsana schrieb:> Mein Ansatz waere, das "Ladegeraet" am Ausgang (sofern noetig) durch> eine Diode gegen Rueckstrom zu schuetzen. Dazu kommt noch eine
Dabei sollte man aber auch beachten, daß die Rückfluß-Diode nicht
außerhalb des Ladegerätes angeschlossen werden kann, sondern ein
Eingriff in das Gerät notwendig wird. Sonst mißt das Ladegerät die
Spannung vor der Diode und berücksichtigt nicht den Spannungsabfall
über ihr. Damit stimmt die Ladespannung nach der Diode (also am Akku)
nicht mehr. Und gerade die Spannung am Akku ist ja für die Ladung
wichtig.
Und wenn ich das richtig verstanden habe, darf ja eben kein Eingriff ins
Gerät erfolgen.
Als Schutz funktioniert das schon, was du sagst, aber die Ladung stimmt
dann nicht mehr...
fonsana schrieb:> Mein Ansatz waere, das "Ladegeraet" am Ausgang (sofern noetig) durch> eine Diode gegen Rueckstrom zu schuetzen.
Die Rückstromdiode ist ja schon drin.
MarkusJ hat im Gedankenmodell das Problem mit den im Verpolungsfall in
Reihe geschalteten Quellen: Lader+Akku sind im Verpolungsfall so gepolt,
dass ein megamässiger Vorwärtsstrom fließen würde.
In der Praxis ist der aber durch den Lader begrenzt...
@fonsana:
die vielen Randbedienungen und zusätzlich diese Normen (welche die
Anforderungen der Industriestandards übertreffen) haben die Auswahl der
geeigneten Geräten sehr eingeschränkt bzw. die Suche nach geeigneten
Geräten erweist sich aus diesen Gründen als äußerst schwierig. Da dies
das erste und im Moment einzig in Frage kommende Gerät ist, bin ich sehr
gewillt das nicht wegen einem vergleichsweise geringfügigen Problem auch
auszuschließen. Auch wenn es dadurch zu einer Zusatzschaltung, sprich
Erweiterung kommen muß.
Fonsana, die von dir vorgeschlagene Diode ist bereits standartmäßig mit
dabei. Meine Befürchtung war eben dass es durch verpolte Batterie nicht
zum Gegenstrom sondern "Mitstrom" kommt. Genau dieser Fall ist durch
diese Diode nicht vorgesehen.
Im Bild ist der Schaltungsausschnitt gezeigt der den Anschluss des
Reglers beschreibt, mehr ist da nicht drin.
Zum Posting von Lothar Miller:
vielen Dank nochmals für deine Erklärung, Rechenbeispiel.
Ich denke ich habe es soweit verstanden. Werde es mit dem Hersteller
durchdiskutieren, ob der die Lösung als eine Möglichkeit sieht, ob da
nicht doch was dagegen spricht.
Vielen Dank an alle Beteiligten.
Die Methode mit der Diode ist bewährt. Eine passende DC-Sicherung gibt
es im "Gabelstapler" Bereich.
In manchen Bereich ist ein Verpolschutz mit Sicherung nicht gestattet.
Da nimmt man Fets. Es gibt 40V als auch 60V Fets mit <2mOhm.
Parallelschalten ist ja auch möglich. Somit ist es kein Problem die 83A
über fets zu jagen, im Telekomm/Server/Storage Bereich etwas
alltägliches. Da hat der Fet auch den Vorteil, dass man bei
parallelschaltung das runterziehen des DC-Bus verhindern kann.
MFG Fralla
Fralla schrieb:> Da hat der Fet auch den Vorteil, dass man bei> parallelschaltung das runterziehen des DC-Bus verhindern kann.
Er hat aber auch den Nachteil, dass eine evtl. eintretende
Siliziumschmelze eher leitend wird, als dass sie sperrt...
MarkusJ schrieb:> Da dies>> das erste und im Moment einzig in Frage kommende Gerät ist, bin ich sehr>> gewillt das nicht wegen einem vergleichsweise geringfügigen Problem auch>> auszuschließen. Auch wenn es dadurch zu einer Zusatzschaltung, sprich>> Erweiterung kommen muß.
Die Firma BOSCH schützte bereits 1975 ihre professionellen (Werkstatt)
Ladegeräte durch ein simples Leistungsrelais (Zigarettenschachtelgroß)
in der Plusleitung des Laders.
Eine damals aus 2(!!) einfachen Transistoren aufgebaute Abfrage der
Akkuspannung (richtig gepolt, größer 3V) gab die Spannung auf die
Relaisspule und damit die 60...150 A Ladestrom frei.
Das Ganze ohne sense Leitungen, etc.
Anwendung 12 bzw. 24V Akkuladung.
Ich weiß natürlich nicht, ob eine derart schlicht gehaltene Lösung Dir
"sophisticated" genug ist. In diesem forum geht ja nix ohne 2 Controller
und mind. 4 exotische FET.
Bei bosch wurde sowas unverändert bis 1995 in die Lader eingebaut.
Scheint sich also in der Praxis bewährt zu haben .-)
A.Max S. schrieb:> Bei bosch wurde sowas unverändert bis 1995 in die Lader eingebaut.> Scheint sich also in der Praxis bewährt zu haben .-)
Ich bin jetzt mal ein wenig gehässig, also nicht schlagen:
Nicht alles, was bei Bosch lange gebaut wird, wird deshalb gebaut, weil
es gut funktioniert. Es kann auch sein, daß es einfach nur billig ist.
Wie gesagt, kann sein, es hat sich bewährt, das will ich hier nicht
sagen. Aber den anderen Aspekt sollte man auch in Erwägung ziehen :-)
Hab das alles hier nur so überflogen.
24V/80A ist ein normales Ladegerät für kleine Flurföderzeuge.
Benning (Sitz ist Bocholt) stellt so was her. Die Dinger springen erst
an, wenn sie die Batterie erkennen und schalten ab, wenn du während des
Ladens den Stecker ziehst.
Lass dich mit der technischen Abteilung verbinden, die sind immer nett
und hilfsbereit, und frage die mal, ob die dir etwas für deinen Bedarf
anbieten können. Die haben sicher eine gute Lösung für dich.
