Hallo,
ich würde gerne einen kleinen Akku am Fahrrad laden um damit Licht und
einen USB-Port zu speisen.
Eins vorweg: Ich bin wenig bewandert im Bereich der E-Technik und gerade
dabei anhand dieses Projekts meine ersten Schritte zu machen...
Der Prototyp der Schaltung verrichtet bereits seine Dienste mit einer
Bleibatterie (12 V 2 Ah). Jetzt möchte ich auf LiFePO4 (H2Ole, 26650,
3,3 Ah) umrüsten...
Bis jetzt sieht das ganze so aus: Die Wechselspannung vom Dynamo geht
über einen Brückengleichrichter, wird per Kondensator geglättet und
versorgt einen einstellbaren Spannungswandler*. Dieser lädt über eine
Diode den Akku (ständig, solange das Rad sich dreht). Per Z-diode mit
Widerstand wird der Eingang vom Wandler vor Überspannung geschützt. Die
weiteren Verbraucher (Licht und USB) hängen über entsprechende Wandler
am Akku.
Einen Schutz vor Tiefentladung gibt es nicht, diese soll vorerst durch
Sorgfalt vermieden werden.
Jetzt zu meinen Fragen:
Wenn ich aus 12V Pb 4x3,2V LiFePO4 in Reihe mache, brächte ich
normalerweise eine Balancerschaltung um Ladungsunterschiede
auszugleichen. Dies würde ich gerne vorerst umgehen und stattdessen die
Akkus von Zeit zu Zeit manuell balancen (Heizwiderstand, Labornetzteil).
Geht das? Wie oft ist das Balancen nötig?
Wenn ich jetzt dauerhaft (bzw während der gesamten Fahrzeit) 13,6V an
die Akkus anlege, bleibe ich ja noch deutlich unter der maximalen
Ladeschlussspannung (3,4V statt 3,65V pro Akku). Vertragen die Akkus das
auf Dauer oder braucht man zwangsläufig eine Abschaltung?
Brauche ich eine Strombegrenzung oder übernimmt der NaDy diese Funktion?
Liebe Grüße,
Christian
*
http://www.ebay.de/itm/LM2596-DC-DC-Buck-Converter-Adjustable-Step-Down-Module-Power-Supply-1-25-40v-/261086347337?pt=Mess_Pr%C3%BCftechnik&hash=item3cc9f58049
Christian schrieb:> Eins vorweg: Ich bin wenig bewandert im Bereich der E-Technik und gerade> dabei anhand dieses Projekts meine ersten Schritte zu machen...
Warum willst du dann unbedingt Neuland betreten und teures Lehrgeld
bezahlen?
Deine Fragen zeigen mir, daß du zwar die Chemie der Li-Akkus nicht
verstanden hast, aber bereits an der erforderlichen Elekronik sparen
willst.
Das wird nicht lange gut gehen.
Noch ein paar Sätze zur Erläuterung:
Das Projekt soll hinsichtlich Funktionsumfang schrittweise wachsen.
Nachdem der Prototyp die grundsätzliche Funktion bestätigt hat, möchte
ich nun mit LiFePO4 Kapazität erhöhen und Gewicht einsparen. Weitere
Schutzschaltungen sollen erst nach weiteren Funktionstests integriert
werden, um übermäßiges Lehrgeld zu vermeiden. Die Funktion der Schaltung
wird natürlich weiterhin engmaschig überwacht. Dass ich trotzdem
irgendwann Lehrgeld zahle, ist nicht ausgeschlossen.
Daher möchte ich mich im Vorhinein durch Nachfragen absichern.
Bezüglich der Notwendigkeit von Balancing bei LiFePO4 hab ich Aussagen
gelesen in der Spanne von "bei jedem Ladevorgang nötig" bis "betreibe
mein Akkupack seit x Jahren ohne Balancer". Daher wollte ich mich
rückversichern.
Bezüglich Ladetechnik ist mein Stand: Erst CC dann CV. CC ist meiner
Ansicht nach durch den Dynamo gegeben, da dieser (Shimano dh-3n72) laut
verschiedenen Quellen max 500 mA raushaut, die durch den
Step-Down-Converter von max 30V auf 13,6V etwa verdoppelt werden. (Über
30V spricht die Z-Diode an) Also wäre bei gut 1 A schluss. Daher vermute
ich, dass eine zusätzliche Strombegrenzung sinnloses Verheizen von
schwer ertrampelter Energie darstellt.
Bezüglich Ladeschlussspannung habe ich gelesen, dass dauerhaftes Anlegen
von 3,65 V die Zelle plattmacht. Daher die Frage, ob dauern 3,4 V den
gleichen Effekt haben.
Liebe Grüße,
Christian
Aus eigener Erfahrung kann ich Dir sagen, dass Du nicht bei jeden
Ladezyklus Balancen musst. Das setzt aber einen qualitativ hochwertigen
Akku voraus. Das Ladeende kannst Du zwischen 3,4V und 3,5V ansetzen. Das
ist nicht so kritisch. Die Kennlinie steigt bei vollen Akku derart
schnell an, dass selbst bei 3,4V der Akku so gut wie voll ist. Ich habe
einmal einen LIFEPO Akku versehentlich auf 7V aufgeladen und kann daher
bestätigen,dass diese Akkus eigensicher sind. Es hat nur einmal kurz
plappre gemacht, als das Sicherheitsventil auslöste. Der Akku war dann
halt hin, aber das wars auch schon....
Gerade die LiFePO4 sind sehr anwenderfreundlich, da braucht man sich so
gut wie gar nicht drum kümmern (im Gegensatz zu beispielsweise LiPos).
Mit einer Spannungsbegrenzung auf 3,6V pro Zelle bist du gut dabei,
Einzelzellenüberwachung/Balancing meiner Erfahrung nach nicht
erforderlich. Ich habe alle meine Motorräder auf LiFePo4 (4s) umgerüstet
und einfach statt der 12V-Bleiakkus angeschlossen. Nach der Saison
balanciert, alles im grünen Bereich, minimale Unterschiede. Strommässig
überlasten wirst du sie mit nem Nabendyname eh kaum können, also alles
rein was geht. Dazu einen shunt-Regler, der zur Not die volle
Dynamoleistung abkann. Keine Verluste im normalen Betrieb (Nutzung als
Stromquelle), Überladeschutz durch Parallelregler.
Erstmal danke für die beruhigenden Worte. Dann kann ich also ohne
weiteres "manuell" balancen.
H.Joachim Seifert schrieb:> Dazu einen shunt-Regler, der zur Not die volle> Dynamoleistung abkann.
Also Shunt-Regler statt Zenerdiode+Widerstand aufgrund höherer
Genauigkeit?
H.Joachim Seifert schrieb:> Keine Verluste im normalen Betrieb (Nutzung als> Stromquelle), Überladeschutz durch Parallelregler.
Ich benutze derzeit einen Wandler, wodurch die Spannung an den
Akkuklemmen nach oben begrenzt wird. Inwiefern hilft mir ein
Parallelregler weiter?
Christian schrieb:> Erstmal danke für die beruhigenden Worte. Dann kann ich also ohne> weiteres "manuell" balancen.>> H.Joachim Seifert schrieb:>> Dazu einen shunt-Regler, der zur Not die volle>> Dynamoleistung abkann.>> Also Shunt-Regler statt Zenerdiode+Widerstand aufgrund höherer> Genauigkeit?
Wie willste denn Widerstand + Z-Diode einbauen??
Die einzige Variante wäre: Widerstand in die Ladeleitung, Z-Diode
parallel zum Akku. Kann man so machen, je nachdem, wieviel
Energieüberschuss du so hast. Der Widerstand bedeutet auf jeden Fall
auch Energieverlust im normalen Ladebetrieb. Kommt einfach drauf an, ob
man das verschmerzen kann oder eher mit jeder mWh geizen muss.
>> H.Joachim Seifert schrieb:>> Keine Verluste im normalen Betrieb (Nutzung als>> Stromquelle), Überladeschutz durch Parallelregler.>> Ich benutze derzeit einen Wandler, wodurch die Spannung an den> Akkuklemmen nach oben begrenzt wird. Inwiefern hilft mir ein> Parallelregler weiter?
Das ist nicht so einfach zu beantworten, man müsste sich die Kennlinie
des Generators anschauen.
Wenn es ein einfacher Spannungsregler ist (also Generatorspannung >
Akkuspannung), ist schon wieder Verlust im Spiel. Ist es ein
Aufwärts-Schaltregler ist doch alles perfekt.
Ich muss gestehen, ich weiss gar nicht genau, wie so ein Fahrraddynamo
genau funktioniert. Theoretisch müsste ja bei steigender Drehzahl sowohl
Spannunug als auch Frequenz steigen. Zumindest die Spannung steigt aber
nur bis zu einer gewissen Höhe, dann wird das Licht bei meinem Fahrrad
nicht mehr heller - ob ich nun 10 oder 30km/h fahre spielt kaum eine
Rolle. Ok, wenn das vordere Licht defekt ist, macht es die kleine hinter
Funzel nicht lange. Dann steigt die Spannung offensichtlich schon.
H.Joachim Seifert schrieb:> Wie willste denn Widerstand + Z-Diode einbauen??> Die einzige Variante wäre: Widerstand in die Ladeleitung, Z-Diode> parallel zum Akku. Kann man so machen, je nachdem, wieviel> Energieüberschuss du so hast. Der Widerstand bedeutet auf jeden Fall> auch Energieverlust im normalen Ladebetrieb. Kommt einfach drauf an, ob> man das verschmerzen kann oder eher mit jeder mWh geizen muss.
Hmm, da muss ich nochmal über meine Variante nachdenken:
Widerstand+Z-Diode parallel zum Eingang vom Wandler; Akku parallel zum
Ausgang. Also kein Widerstand in Reihe zwischen Dynamo und Akku. Die
letzten 500 km habens alle Bauteile (derzeit mit Pb Akku) überlebt.
H.Joachim Seifert schrieb:> Das ist nicht so einfach zu beantworten, man müsste sich die Kennlinie> des Generators anschauen.> Wenn es ein einfacher Spannungsregler ist (also Generatorspannung >> Akkuspannung), ist schon wieder Verlust im Spiel. Ist es ein> Aufwärts-Schaltregler ist doch alles perfekt.
Der Wandler ist ein Step-Down Converter; also im Optimalfall <10%
Verlustleistung.
H.Joachim Seifert schrieb:> Ich muss gestehen, ich weiss gar nicht genau, wie so ein Fahrraddynamo> genau funktioniert. Theoretisch müsste ja bei steigender Drehzahl sowohl> Spannunug als auch Frequenz steigen. Zumindest die Spannung steigt aber> nur bis zu einer gewissen Höhe, dann wird das Licht bei meinem Fahrrad> nicht mehr heller - ob ich nun 10 oder 30km/h fahre spielt kaum eine> Rolle. Ok, wenn das vordere Licht defekt ist, macht es die kleine hinter> Funzel nicht lange. Dann steigt die Spannung offensichtlich schon.
Bin da auch kein Experte, aber nach allem, was ich so die letzten Monate
gelesen hab, ist die Maximalspannung vom angelegten Widerstand abhängig
oder anders gesagt: Ein Dynamo ist eine Konstantstromquelle. D.h. bis zu
einer gewissen Größe lässt sich die Spannung erhöhen indem der
Widerstand erhöht wird. Bei 12 Ohm liefert der NaDy ziemlich konstant 6
V, mit kaputtem Frontlich steigt R und somit die Maximalspannung =>
Rücklicht wird verheizt. Im Leerlauf hab ich schon 40 V gemessen...
Dein Dynamo liefert einen Strom von ungefähr 0,5A. Dein Spannungswandler
wird immer so viel Strom holen, bis die Regelung aussetzt. Außer der
Akku ist voll. Deine Methode wird also erst mal funktionieren, ist aber
unnötig verlustbehaftet. Du hast mehrere Punkte, wo dieser Verlust
auftritt. 1. Gleichrichter, 2. Spannungswandler, 3. die Diode hinter dem
Wandler, 4. die Z-Diode bei vollem Akku.
Du bräuchtest eher eine Begrenzung, die den Dynamo bei vollem Akku
kurzschließt. Das ist ein Weg, um dich nit unnötig zu bremsen durch den
belasteten Dynamo. Theoretisch (ich habs nit ausprobiert) sollte das mit
einem Shunt-Regler und einem Triac zu machen sein. Ähnlich sahen früher
die Ladeschaltungen für Mopedblinker aus. Stichwort ULO-Box.
