Fahrrad (nicht E-Bike!) Elektrik - Fragen zu Akku-Handling u. Verwandtes

[nitja (Gast)]

Liebe Leser!
(unter denen sich hoffentlich auch kompetente Antworter finden)

Ich schlage mich seit ~ Anfang Dezember mit Planung und Entwurf eines 
Schaltkästchens für die Elektrik eines (Beinkraft-angetriebenen) 
Fahrrads herum. Seitdem sauge ich auch alle relevante Info zu Akkutypen, 
~Technik und ~Handhabung, LED in Fahrradscheinwerfern, Elektrotechnik 
allgemein und CadSofts Eagle. Obwohl ich bei Elektronikwissen nicht so 
blank bin, waren mir diese Themen neu und ich startete bei einem Stand, 
der dem Wissen meiner Freundin oder auch eines Bau- oder 
Blöd-Markt-"Fach"verkäufers darüber entsprach.

Kann also sein, dass das mir jetzt einigermaßen konsistent erscheinende 
Bild zu dem Thema doch noch einige kapitale "Bugs" enthält, deren 
Umsetzung in einen entsprechend fehlerhaften Prototyp ich gerne 
vermeiden würde.

Unter den Stichwörtern "Forumslader" und "Bikebox" bin ich hier durchaus 
fündig geworden, aber eine fertige Lösung für meine Version davon sind 
beide nicht. … und die Themen sind hier drin auch schon zu alt, um sich 
noch direkt da dran zu hängen. Hat mich freilich ermutigt, hier mein 
Glück mit Fragen zu versuchen.

Ich hoffe inständig, dass hier z.Z. einige Leute aktiv sind, die bereit 
und in der Lage sind, mit kompetenten Kommentaren, Kritik oder 
Korrekturen zu meinem Konzept oder auch allgemein relevanten Hinweisen 
zu dem Thema zu antworten.

In dem Sinne… und mit den besten Wünschen für eine gute und friedliche 
Zeit,
auf bald!
Nitja


Im Anhang findet sich eine PDF-Datei von einem 1-seitigen 
Übersichsschaltplan aus dem entsprechendem Eagle-Projekt, in dem meine 
bisherigen Überlegungen zusammengefasst und illustriert sind.

Hier noch mal das textliche "Abstract" daraus:

Das "cyc-el-board"
Versorgung und Kontrolle der Fahrradelektrik
mit Akku & Anzeigen in verschiedenen Betriebsarten & Schaltern dafür
Akku:
Der Akku soll als Pufferspeicher dienen, den Generatorstrom ergänzen 
oder ersetzen wenn dieser nicht ausreicht, um das Licht zu versorgen:
Standlicht, Geflacker beim Anfahren, vor allem aber bei schwierigem 
Gelände oder >10% Steigung, also gebremster Fahrt. Das kann auch 1-2 
Stunden dauern. Oder wenn vorübergehend mehr Licht hilfreich wäre, als 
den max. ~600(?)㎃ entspricht, die der Generator direkt liefern kann. 
(Der Scheinwerfer wird nominal mit 350㎃ betrieben, die LED verträgt aber 
locker auch das Doppelte oder vorübergehend über 1A.) Daneben soll sich 
bei längeren Touren tagsüber ein Smartphone im Navigationsmodus am 
USB-Port laden lassen. Vielleicht lässt sich damit sogar Leistung 
nutzen, die sonst einfach nur verheizt wird.
Diese Forderungen und die nach Robustheit und Kälteverträglichkeit 
sollten 3 'A123 18650 LiFePo4'-Zellen erfüllen: 9.6V, 1250㎃h. (hier 
erhältlich z.B.von Emmerich. Daten siehe 
http://www.batteryspace.com/prod-specs/6612.pdf) Eine höhere 
Leistungsentnahme für mehr Zellen bringt (außer Training) nichts.
Für externes Laden außerhalb des Fahrbetriebs werden die Zellen parallel 
an einen 3.6V-Linearregler am µUSB-Port geschaltet. Die Strombegrenzung 
(4-12A) erledigt das verwendete Standard USB-Netzteil, das i.A. ohnehin 
mitgeführt wird. Ladung bei 25°C und 2A z.B. in ~90min. So werden die 
Zellen auch wieder perfekt balanciert. Daher wird auf ein balancing im 
Fahrbetrieb verzichtet. Über einen Tiefentladeschutz (unter 2-2.5V) ist 
noch zu entscheiden.
Anzeigen:
LED-Anzeige für Rücklicht-1 (oben) (rot), ~-2 (unten) (grün), el. 
Leistungsbilanz (rot-grün), Akkuladezustand (rot-grün)
numerische Anzeige für Akku-& Generatorspannung, …, Geschwindigkeit, …, 
Temperatur(?), …
Wahlschalter für Inhalt der numerischen und die Helligkeit aller 
Anzeigen
Betriebsarten:
A: 1. Fahrbetrieb 2. Parallelladen an µUSB
B: Fahrbetriebsmodus
1.  Automatik: Licht an/aus per "Sensor", Laden des Akkus nach 
verfügbarer Generatorleistung
2. Licht an: plus Laden des Akkus nach verfügbarer Generatorleistung
3. Kraft sparen 1: Licht an/aus per "Sensor", Akku vom Laden während der 
Fahrt getrennt
4. Kraft sparen 2: Generator vom Rest getrennt, Licht vom Akku, an/aus 
per "Sensor"
5. öffentliche Straße : konform mit §67 Abs2. StVZO
    Generator→Scheinwerfer→Rücklicht direkt, der Rest von der 
Fahrradelektrik getrennt

[Peter M. (r2d3)]

Wo ist jetzt die genaue Frage zum Akku-Handling im Text?
Dein Anschlussschema kann keinen Schaltplan ersetzen.
Deine Schemazeichnung enthält keinen extern angeschlossenen Akku.

Welchen Sinn macht es, denn Text im PDF nochmal als Beitragstext zu 
wiederholen?

[Nitja N. (nitja)]

Hi Peter! … und dank Dir für die Reaktion.

Klar, das ist noch kein fertiger Schaltplan. Hatte aber gehofft, dass es 
als Illustration hilft, das Konzept zu verstehen.

Die Fragen sind: Passt das soweit? Hat das Aussicht zu funktionieren? 
Was hab ich übersehen? … oder falsch verstanden?


edit: Inzwischen hast ja Deine Antwort ergänzt.
Der Akku ist intern, soll aber durch ein externes Ladegerät geladen 
werden können.
Und der "Sinn" sollte sein, dass man nicht erst die PDF-Datei 
herunterladen und im PDF-Reader öffnen muss, bevor man sieht, ob das 
überhaupt interessiert.

[Peter M. (r2d3)]

Du hast einen Generator, einen Akku und Verbraucher, ein paar Taster und 
eine undefinierte Zentralelektronik, aber keinen Schaltplan.

Nitja N. schrieb:
> Die Fragen sind: Passt das soweit?

Ohne Schaltplan nicht zu beantworten.

> Hat das Aussicht zu funktionieren?

Ohne Schaltplan nicht zu beantworten.

> Was hab ich übersehen? … oder falsch verstanden?

Ohne Schaltplan nicht zu beantworten.

[Nitja N. (nitja)]

ok… präziser: Passt das beschriebene <i>Konzept</i>?
Für einen konkreteren Schaltplan zu der "Zentral"-Elektrik brauche ich 
genau dazu Informationen, die mir mehr Sicherheit bzgl. des Konzepts 
geben.


Weitere Fragen, bzw. was mich bei der Lektüre bislang etwas verwirrt 
hat:

Warum wird solch ein Hype um das Balancing gemacht, wenn sich das durch 
Parallelschalten der Zellen von alleine erledigt?

Das Laden von Li-Ionen-Akkus bei tiefen Temperaturen gilt als riskant. 
Warum sollte man das nicht mit einer temperaturabhängigen 
Ladeschluss-Spannung sichern können?

Willst Du wirklich helfen?

[Peter M. (r2d3)]

Nitja N. schrieb:
> ok… präziser: Passt das beschriebene <i>Konzept</i>?
> Für einen konkreteren Schaltplan zu der "Zentral"-Elektrik brauche ich
> genau dazu Informationen, die mir mehr Sicherheit bzgl. des Konzepts
> geben.
>
> Weitere Fragen, bzw. was mich bei der Lektüre bislang etwas verwirrt
> hat:
>
> Warum wird solch ein Hype um das Balancing gemacht, wenn sich das durch
> Parallelschalten der Zellen von alleine erledigt?

Es gibt eine Reihe von Schaltungen, bei denen die Reihenschaltung von 
Zellen sinnvoller ist als die Parallelschaltung.

>
> Das Laden von Li-Ionen-Akkus bei tiefen Temperaturen gilt als riskant.

Wievel Grad entsprechen "tiefe Temperatur"?

> Warum sollte man das nicht mit einer temperaturabhängigen
> Ladeschluss-Spannung sichern können?

Die Batterietemperatur als Ladeparameter kenne ich nur bei Bleiakkus, 
nicht bei lithiumbasierten Akkuprodukten.

> Willst Du wirklich helfen?

Nein, natürlich nicht, deswegen habe ich Dir ja geantwortet.

[Nitja N. (nitja)]

> Es gibt eine Reihe von Schaltungen, bei denen die Reihenschaltung von
> Zellen sinnvoller ist als die Parallelschaltung.
Zum Laden?
Für den Fahrbetrieb werden die Zellen natürlich in Serie geschaltet.
Hab ich ein Missverständnis, wenn ich meine, dass sich das Balancing 
durch Parallelschalten fürs Laden automatisch erledigt?

> "tiefe Temperaturen"
Weiß ich auch nicht. Hast Du eine Antwort, was für LiFePO₄ "tiefe 
Temperaturen" sind?
Die Specs werden für 25°C angegeben.
Die Temperaturen im Fahrbetrieb können -10° -15° erreichen oder was auch 
immer der "Winter" heutzutage noch hergibt.

[ASinus (Gast)]

Nitja N. schrieb:
> Warum wird solch ein Hype um das Balancing gemacht, wenn sich das durch
> Parallelschalten der Zellen von alleine erledigt?
Weil der Aufwand die Zellen zum Laden parallel zu schalten zu hoch und 
in vielen Fällen zu schwer ist.

Nitja N. schrieb:
> Das Laden von Li-Ionen-Akkus bei tiefen Temperaturen gilt als riskant.
> Warum sollte man das nicht mit einer temperaturabhängigen
> Ladeschluss-Spannung sichern können?
Kann man.
Kurz eine Gegenfrage - Du glaubst, daß du (Temperatur ist unwichtig) mit 
deinem Fahrrad 9,6V / 1250mAh als Akku so überladen kannst, daß die 
Zellen "durchgehen"? - Sportlich!
Welche Generatorleistung steht dir zur Verfügung?

Den Grund für die drei Zellen in Reihe (sind übrigens 11V) hab ich nicht 
so ganz verstanden.
Robustheit? Da ist der Tiefentladeschutz wichtiger
Kälteverträglichkeit? Glaub mir, bei Temperaturen, wo dir die 
Akkuspannung so weit einbricht, steigst auch du nicht mehr auf ein 
Fahrrad. Garantiert!
Der Kapazitätsverlust tritt allerdings früher ein.
Damit solltest du deine drei Zellen lieber parallel betreiben.
Vereinfacht auch die Ladung vom Generator aus und eine Überladung wird 
auch noch unwahrscheinlicher.

Nur so als Denkanstoß:
Keinen Eingriff in die Fahrradbeleuchtung.
Zweiten Scheinwerfer über den generatorgeladenen Akku, der dann auch das 
Navi versorgt.
Passt dann in das Gehäuse von einem "Klicklicht" und es kann kaputt 
gehen/geklaut werden, was will. Dein Serienlicht vom Fahrrad 
funktioniert weiterhin.
Konstruktionsprinzip: KISS

P.S. Ich finde den Text-Extrakt sogar besser als die Pdf.


Peter M. schrieb:
>> Willst Du wirklich helfen?
>
> Nein, natürlich nicht, deswegen habe ich Dir ja geantwortet.
:-)
Schließe mich Peter an.
Ich will auch nicht helfen. Ich weiß immer alles besser :-)

[Nitja N. (nitja)]

> … Aufwand die Zellen zum Laden parallel zu schalten zu hoch…
Nun ja, ist hier nur einer der Stufenschalter, die hier rum liegen. Und 
ermöglicht, ohne Step-Up das externe Laden per Standard-USB-Netzteil.
So hab ich mir das jedenfalls gedacht. Fehlerhaft?

> Du glaubst, daß du… mit deinem Fahrrad 9,6V / 1250mAh als Akku
> so überladen kannst, daß die Zellen "durchgehen"? - Sportlich!
> Welche Generatorleistung steht dir zur Verfügung?
Die verfügbare elektrische Leistung ist im Falle, dass keine Verbraucher 
aktiv sind, ~ 600㎃ * Generatorspannung und letztere mit ~ 3·f V/Hz vor 
allem geschwindigkeitsabhängig. Die Frequenz ist bei gut 2m Radumfang 
und 10 m/sec ca. 5, also Spannung ca. 15V (~9W), kann sich aber bergab 
auch auf über 15W steigern.
Gut - das werde ich wohl mit einer Spannungsbegrenzung bei 10.5V / 6½W 
kappen.

> … Grund für die drei Zellen in Reihe (sind übrigens 11V)…
Nennspannung 3.2 V / Zelle, Ladeschlussspannung soll in der 
Konfiguration auf 3·3.5V = 10.5V eingestellt werden.
Zusätzliche Leistung krieg ich aus dem Generator nur durch Erhöhen der 
Spannung, auch deshalb die Serienschaltung.
Außerdem geht die Spannung über dem Scheinwerfer bei voller Leistung 
über 8.5V (gegenüber 7.2V bei Nominalbetrieb). Das ist mit einem 
Tiefsetzer recht bequem aus dem Akku zu beziehen.

> Kälteverträglichkeit? Glaub mir, bei Temperaturen… steigst auch du nicht
> mehr auf ein Fahrrad. Garantiert!
Na ja, als es vor wenigen Jahren hier noch einige Tage lang -20° und 
knapp darunter gab, hat mich das auch nicht abgehalten.
> Der Kapazitätsverlust tritt allerdings früher ein.
Meine Überlegung oder Befürchtung ist die Folgende (und es kann sein, 
dass ich damit komplett daneben liege):
Wenn bei solchen Temperaturen die Akkuspannung sinkt, ich die Ladung 
aber trotzdem nicht vor 10.5V abschalte, überlade ich dann vielleicht 
gnadenlos?

> Damit solltest du deine drei Zellen lieber parallel betreiben.
Wie bewerkstellige ich dann die höhere Leistungsentnahme vom 
strombegrenzten Generator?
Wäre der Aufwand damit die 7.2V - 8.5V Lampe zu betreiben nicht deutlich 
höher?

[TomH (Gast)]

Parallel- Seriell Schalten:

Ich finde, das kann prinzipiell gut gehen.

Die Alternative wäre eine dauerhafte Parallelschaltung (oder eine 
dickere Einzelzelle) und ein Zwischenkreis mit höherer Spannung, der vom 
Generator gespeist wird, von der Lampe benutzt wird, der den Akku über 
einen "Tiefsetzsteller" lädt oder der vom Akku über einen 
"Hochsetzsteller" gespeist wird. Alles in allem ein erheblicher 
elektronischer Aufwand.

Du scheinst ein gewissenhafter Typ zu sein und entnimmst die Box ab und 
zu dem Fahrrad, schaltest die Akkus mit dem eingebauten Schalter auf 
parallel um und lädst/balancierst sie am USB-Lader. Du vergißt nicht, 
den Schalter umzulegen und grillst damit nicht dein Ladegerät. Ach was, 
mit genügend Wechselkontakten an diesem Umschalter ist der 
USB-Ladeanschluß im Fahrbetrieb "frei" der Akku im USB-Ladebetrieb 
komplett vom Rest der Schaltung getrennt. Dann geht gar nichts mehr 
schief. Dann vielleicht noch im Ladebetrieb gewisse Widerstände 
einbauen, damit bei stark unbalancierten Zellen nicht zu hohe 
Ausgleichströme fließen.

Es ist also machbar. Ich sehe kein "O Gott, bloß nicht".

Ich habe mal was ähnliches gemacht, als ich 36V aus Bleiakkus brauchte, 
aber die 36V zum Laden extrem unhandlich fand und auch Angst vor 
Disbalance hatte. Da waren die Akkus auch zum Laden parallel und haben 
sich im Betrieb per Relais-Schaltung "seriell hochgeschaltet". Zumindest 
hat es funktioniert und nichts ist mir um die Ohren geflogen. Nur die 
automatische Relaisschaltung würde ich hier natürlich weglassen und von 
Hand schalten.

Viele Grüße
Tom.

[Peter M. (r2d3)]

Nitja N. schrieb:
>> Es gibt eine Reihe von Schaltungen, bei denen die Reihenschaltung von
>> Zellen sinnvoller ist als die Parallelschaltung.
> Zum Laden?
> Für den Fahrbetrieb werden die Zellen natürlich in Serie geschaltet.
> Hab ich ein Missverständnis, wenn ich meine, dass sich das Balancing
> durch Parallelschalten fürs Laden automatisch erledigt?

Nein, sobald der "Summenstrom" des Ladegeräts den zulässigen Gesamtstrom 
einer Zelle überschreitet, weißt Du nicht, wie sich dieser auf die 
einzelnen Zellen verteilt und Du eventuell eine oder mehrere Zellen 
außerhalb der Spezifikation betreibst. Das Stichwort dazu ist der 
unterschiedliche Innenwiderstand der Zellen. Geht eine Zelle kaputt und 
ist hochohmig, verteilt sich der Ladestrom auf die restlichen Zellen.
Schaltest Du LEDs parallel, hast Du dieselben Effekte.

>
>> "tiefe Temperaturen"
> Weiß ich auch nicht. Hast Du eine Antwort, was für LiFePO₄ "tiefe
> Temperaturen" sind?
> Die Specs werden für 25°C angegeben.
> Die Temperaturen im Fahrbetrieb können -10° -15° erreichen oder was auch
> immer der "Winter" heutzutage noch hergibt.

Ich weiß nicht ob A123 überhaupt noch existiert. Aber Datenblätter dazu 
solltest Du finden können. Alternativ kannst Du auch Datenblätter 
gleicher Technologie von anderen Herstellern konsultieren.

Ein Blick ins's Datenblatt erspart manchen Zweifel!
In dem Buch von Retzbach habe ich dazu auch nichts gefunden.

[TomH (Gast)]

Peter M. schrieb:
> Nein, sobald der "Summenstrom" des Ladegeräts den zulässigen Gesamtstrom
> einer Zelle überschreitet, weißt Du nicht, wie sich dieser auf die
> einzelnen Zellen verteilt und Du eventuell eine oder mehrere Zellen
> außerhalb der Spezifikation betreibst.

Nun, wir sind aber nicht mehr im Jahre 1980, als man NiCd-Zellen mit 
C/10 Konstantstrom geladen hat und nach ausreichend Ladezeit wurde der 
Ladestrom nicht mehr chemisch, sondern thermisch verwertet, was bei C/10 
gerade noch unschädlich war.

LiFePo lädt man auf eine Ladeschlußspannung hin, ggf. begrenzt man den 
Strom.
Daß es bei 3 Zellen schon so weit kommen könnte, daß der ungleichmäßig 
verteilte Strom aus einem USB-Lader zu Schaden führt, glaube ich nicht.
Wir sprechen von parallelgeschalteten 1250mAh-Zellen und maximal 2 
Ampere aus dem USB-Lader.
Und ich hatte ja schon vorgeschlagen, auch noch Widerstände einzufügen, 
auch in Hinblick auf Ausgleichsströme zwischen aus der Balance geratenen 
Zellen.
Wenngleich man sich mit den Ausgleichsströmen auch nicht ins Hemd machen 
sollte. Wenn beim Laden ein völlig leerer und ein völlig voller 
parallelgeschaltet werden, oder ein völlig hochohmiger zwei intakten 
gegenübersteht, dann ist es eh Zeit, die Kiste zu öffnen und etwas 
auszutauschen.

[Nitja N. (nitja)]

> [TomH, 11:08]:
> Du... entnimmst die Box ab und zu dem Fahrrad, schaltest die Akkus
> mit dem eingebauten Schalter auf parallel um und lädst/balancierst
> sie am USB-Lader. Du vergißt nicht... Ach was, mit genügend Wechsel-
> kontakten an diesem Umschalter ist der USB-Ladeanschluß im Fahr-
> betrieb "frei" der Akku im USB-Ladebetrieb komplett vom Rest der
> Schaltung getrennt. Dann geht gar nichts mehr schief.
Fast. So ist's bisher jedenfalls angedacht. "Fast" weil die Schalter, 
die hier habe "nur" 4 Pole haben, d.h. die Anschlüsse, die in der 
Fahrbetriebsart nicht intern, sondern mit dem Rest der Schaltung 
verbunden sind, bleiben verbunden. Allerdings sollte die "Eingangsdiode" 
am µUSB-Port jeden Strom in falscher Richtung zum (kurzschlussfesten) 
Ladegerät verhindern.
Die Box soll am Lenker auf eine eigene Konsole geklettet werden und bei 
jedem Aufenthalt >2h mit Netzzugriff (z.B. Berghütte) abgenommen werden. 
Deshalb sollen ja auch Generator und Verbraucher per (wetterfesten) 
Kupplungen (X1,2,3) und nicht direkt an die Box angeschlossen werden.
> Dann vielleicht noch im Ladebetrieb gewisse Widerstände
> einbauen, damit bei stark unbalancierten Zellen nicht zu hohe
> Ausgleichströme fließen.
notiert – obwohl es gar nicht erst zu "stark unbalancierten Zellen" 
kommen sollte.
> Ich habe mal was ähnliches gemacht, als ich 36V aus Bleiakkus brauchte,
> aber die 36V zum Laden extrem unhandlich fand ...
WOW – Das ist genau worauf ich gehofft hatte: Praktische Erfahrung mit 
einer ähnlichen Aufgabe!
Meine Überlegungen sind halt die eines Dilettanten, der freilich 
Autodidaktik nicht scheut – aber eben rein theoretisch. Und das macht 
mich unsicher.

> [Peter M. (r2d3), 12:52]:
>>> Es gibt eine Reihe von Schaltungen, bei denen die Reihenschaltung von
>>> Zellen sinnvoller ist als die Parallelschaltung.
>> ... Balancing durch Parallel-Laden automatisch erledigt?
> Nein, sobald der "Summenstrom" des Ladegeräts den zulässigen
> Gesamtstrom einer Zelle überschreitet, ... Stichwort dazu ist der
> unterschiedliche Innenwiderstand der Zellen. ...
> Schaltest Du LEDs parallel, hast Du dieselben Effekte.
Na gut – wegen des Stroms habe ich keine Bedenken. Ich kenne keinen 
Standard-USB-Lader der solch eine Zelle mit 5A oder mehr in Stress 
bringen könnte. ... und die Spannung begrenze ich sowieso.
Den Vergleich mit parallelen LED verstehe ich freilich nicht: Da ist das 
Problem doch der negative Temperatur- und (dadurch?) 
Spannungs-Koeffizient des Widerstands. Und das, besonders Letzteres 
trifft auf die Zellen so gar nicht zu.
> Ich weiß nicht ob A123 überhaupt noch existiert. Aber Datenblätter dazu
... sind bereits in der Thread-Eröffnung verlinkt: 
http://www.batteryspace.com/prod-specs/6612.pdf
Die Firma existiert in der ursprünglichen Form wohl nicht mehr.
Mein Eindruck war, dass "A123" als Synonym/Kürzel für deren 
Nanophosphat™-Technik, die erst die Temperaturverträglichkeit und 
Robustheit dieser Zellen bringt, verwendet wird. Täusche ich mich da?
> Ein Blick ins's Datenblatt erspart manchen Zweifel!
Ich hätte mir ein Diagramm "Ladeschluss-Spannung / Temperatur" gewünscht 
– aber nirgends gefunden.

@ all:
Mein Eindruck aus der Recherche (von mir als jemand, der von Akkus 
bestenfalls sehr rudimentäre Vorstellungen hatte) war, dass diese Zellen 
am besten geeignet seien. Gerne würde ich LiPo-Zellen verwenden; wegen 
ihrer Vorteile bzgl. Volumen & Masse. Aber die erschienen mir bald als 
zu empfindlich. Gibt's vielleicht noch was anderes (verfügbares) was 
besser als LiFePo-Zellen geeignet wäre?

[Harald W. (wilhelms)]

Nitja N. schrieb:

> Gibt's vielleicht noch was anderes (verfügbares) was
> besser als LiFePo-Zellen geeignet wäre?

Wenn es einem auf Grösse/Gewicht nicht so ankommt, wäre
ein 6V-Bleiakku einfach und robust, auch bei Kältegraden.

[Stefan F. (Gast)]

Bevor du irgeneine ausgefuchste Schaltung entwickelt, lies mal die 
Straßenverkehrsordnung. Da stehe ein paar überraschende Anforderungen 
drin.

Zum Beispiel muss eine Fahrradbeleuchtung für 6V Nennspannung ausgelegt 
werden. Deine Lithium Akkus eigenen sich dann schon nicht - außer mit 
Spannungswandler.

Ganz toll finde ich die Forderung, dass die Lichtanlage 3W haben muss. 
Das sagt nicht über die Helligkeit aus. Vor allem nicht, wenn man 
Glühlampen mit LED's vergleicht.

> Es ist also machbar. Ich sehe kein "O Gott, bloß nicht".

Jawohl, ist machbar.

[ASinus (Gast)]

Harald W. schrieb:
> Nitja N. schrieb:
>
>> Gibt's vielleicht noch was anderes (verfügbares) was
>> besser als LiFePo-Zellen geeignet wäre?
>
> Wenn es einem auf Grösse/Gewicht nicht so ankommt, wäre
> ein 6V-Bleiakku einfach und robust, auch bei Kältegraden.

Auch bei Kälte? Ist wohl ansichtsssache.

@Nitja
Irgendwie verstehe ich langsam dein Prroblem nicht mehr.

Fassen wir doch mal zusammen.

Anforderungsliste Bikebox Nitja - Randparameter:
================================================
Nutzbarer Temperaturbereich:
-30 bis 90°C (Fahrradtour vom Nordcap zum Äquator)

Einsatzbereich/Belastungen
arktischer Winter bis Wüstenklima, Hochgebirgseinsatz.
Streckenführung hauptsächlich offroad

Betriebszeit:
30 Jahre - ohne Wartung (Ausfallsicherheit >= 100%)

Zwischenfrage:
Reden wir eigentlich über die theoretsch mögliche Machbarkeit oder 
willst du das Teil wirklich bauen?

Nitja N. schrieb:
> Meine Überlegungen sind halt die eines Dilettanten, der freilich
> Autodidaktik nicht scheut – aber eben rein theoretisch. Und das macht
> mich unsicher.

Dilettant ist zwar sachlich korrekt, wird im normalen Sprachgebrauch 
aber meist sehr abwertend verwendet.

Vorschlag:
Verschaff dir Sicherheit durch ausloten der Grenzen!
Schritt 1
Beschaff dir ein paar olle Akkus und versuch sie mal, mit deinem 
Fahrradgenerator zu überladen. Ohne Last.
Schritt 2
Versorge dein Navi aus ollen Akkus und versuche sie gleichzeitig mit 
deinem Fahrradgenerator zu überladen.
Schritt 3
Wie zwei. Dieses mal aber auch noch mit Licht.
Schritt 4
Wir reden über eine Unterspannungsabschaltung.

Die neun ollen Zellen hab ich hier sogar noch liegen - gib mal deine 
Adresse rüber.

Ein Tip
Glaub nicht allen Käse, der im Internet steht.
Viel zu viel davon wurde, ohne Hintergrundkenntnisse, einfach nur 
kopiert und das auch noch unvollständig.
Prinziep "Stille Post".
Siehst du hier im Forum schon an Empfehlungen von Leuten, die den Thread 
noch nicht mal gelesen haben...

[Rollo (Gast)]

Eine Vorhabensbeschreibung mit den zu verwendenden Komponenten, eine 
etwaige Aufwands- und Kostenabschätzung! Sehr Lobenswert! Das Ganze 
jetzt noch als PowerPointPräsentation und unsere Projektmanager bekommen 
einen Org....s und realiseren das sofort.

Ich würde mir eine kombinierte Belechtungsanlage+Fahradcomputer von 
CATEYE kaufen. Der hat das Alles schon drin.

[Nitja N. (nitja)]

ASinus schrieb:
> @Nitja
> Irgendwie verstehe ich langsam dein Problem nicht mehr.
Das "Problem" war eine Unsicherheit, mangelndes Vertrauen in meine 
eigene Recherche in Hinblick auf Unvollständigkeit & Missverständnisse.
Die Beiträge hier, sogar die weniger konstruktiv gemeinten, haben mir 
diese Unsicherheit genommen.

> Fassen wir doch mal zusammen.
>
> Anforderungsliste Bikebox Nitja - Randparameter:
> ================================================
> Nutzbarer Temperaturbereich:
> -30 bis 90°C (Fahrradtour vom Nordcap zum Äquator)
ca. 0° bis 40°C mit angeschlossenem Smartphone
(darunter macht dessen Akku (LiPo) die temporäre Grätsche)
ca. -15° bis 40° mit Lademöglichkeit (nicht zwingend dauernd genutzt)

> Einsatzbereich/Belastungen
> arktischer Winter bis Wüstenklima, Hochgebirgseinsatz.
> Streckenführung hauptsächlich offroad
Oberbayrischer Winter bis Volldusche im Sommergewitter
Fahrbare Gebirgswege führen selten über 2000m
Aber ja: Gerüttel darf dem Teil nix anhaben.
Auch ja: Für öffentliche Straßen ...
(da ist das Teil im aktiven Modus unzulässig → aktiv = off-road)
... ja auch der inaktive (fall-back) Modus "Straßen-Betriebsart"

> Betriebszeit:
> 30 Jahre - ohne Wartung (Ausfallsicherheit >= 100%)
kleine Reparaturen, ggf. Akkutausch alle 3 Jahre wären noch akzeptabel
Ausfallsicherheit ist wünschenswert - es bleibt aber auch bei Ausfall 
die ursprüngliche Funktion der Lichtanlage erhalten, s.o. "Straßenmodus"

Dies auch zur Beruhigung @ stephanus

> Zwischenfrage:
> Reden wir eigentlich über die theoretsch mögliche Machbarkeit oder
> willst du das Teil wirklich bauen?
Ich bin schon dabei. Hatte auch schon einen (einfacheren) Vorgänger ohne 
Akku um während der Fahrt messen zu können. (Und die Parameter von den 
Lampen stammen von eigenen Messungen - muss ich aber noch mal genauer in 
etwas erweitertem Bereich machen). Neue Box liegt hier bereits mit den 
Ausschnitten, Löchern für Anzeigen und Anschlüsse. Neuverkabelung wird 
gerade konfektioniert. ...
Ich werde dann auch die detaillierteren Schaltpläne und später Fotos 
hier rein setzen - wird aber vielleicht bis nach Weihnachten dauern.

> Siehst du hier im Forum schon an Empfehlungen von Leuten, die den Thread
> noch nicht mal gelesen haben...
Klar - hab aber auch gesehen, dass auch denen, die wirklich beitragen, 
einiges an Info was schon in der Eröffnung enthalten war, durch 
gerutscht ist → meine Formulierungen haben wohl noch Optimierungsbedarf.

[ASinus (Gast)]

Rollo schrieb:
> Ich würde mir eine ***Schleichwerbung gestrichen*** kaufen.

Interessantes Argument!
In einem Elektronik-Forum, in einem Thread über technische Grundlagen,
auf fertige Geräte zu verweisen...
"Fruher nannte man das "killer Phrase"...

[Nitja N. (nitja)]

Stefan U. schrieb:
> Bevor du irgeneine ausgefuchste Schaltung entwickelt, lies mal die
> Straßenverkehrsordnung. Da stehe ein paar überraschende Anforderungen
> drin.
-upps- erwischt
ich hab mich bzgl. dieses Themas tatsächlich nicht mit der StVO befasst,
hatte mich drauf verlassen, das Relevante in der StVZO zu finden ;-)

> Zum Beispiel muss eine Fahrradbeleuchtung für 6V Nennspannung ausgelegt
> werden. Deine Lithium Akkus eigenen sich dann schon nicht - außer mit
> Spannungswandler.
Das betrifft den Generator, der - auch der StVZO zuliebe - nicht zu 
einer idealen Spannungsquelle wird und trotzdem die Zulassung hat.
Die Vorschrift bedeutet genauer, dass der bei 15 km/h (also gilt die 
Zulassung auch nur bis zu einem bestimmten Laufrad-ø) die 6V bringen 
muss. Jeder Fahrraddynamo bringt bei höheren Frequenzen mehr Spannung, 
die dann durch die Lampen und ggf. Spannungsbegrenzung gekappt wird.

>
> Ganz toll finde ich die Forderung, dass die Lichtanlage 3W haben muss.
> Das sagt nicht über die Helligkeit aus. Vor allem nicht, wenn man
> Glühlampen mit LED's vergleicht.
>
>> Es ist also machbar. Ich sehe kein "O Gott, bloß nicht".
>
> Jawohl, ist machbar.

[Nichtdoch (Gast)]

Nitja N. schrieb:
> Das betrifft den Generator, der - auch der StVZO zuliebe - nicht zu
> einer idealen Spannungsquelle wird und trotzdem die Zulassung hat.
> Die Vorschrift bedeutet genauer, dass der bei 15 km/h (also gilt die
> Zulassung auch nur bis zu einem bestimmten Laufrad-ø) die 6V bringen
> muss. Jeder Fahrraddynamo bringt bei höheren Frequenzen mehr Spannung,
> die dann durch die Lampen und ggf. Spannungsbegrenzung gekappt wird.

Ok, ob die StVo/StVZo in Sachen Elektrik oder Lichtleistung von LEDs auf 
dem neuesten Stand ist, sei mal dahingestellt... ;)
Die Bestimmung, das eine Fahrradbeleuchtung 6V und 3W haben muß, bezieht 
sich auf das Gesamtsystem Fahrradbeleuchtung. Die Generatoren sind als 
STROMquellen ausgelegt, nicht als Spannungsquellen. Der Innenwiderstand 
dieser Generatoren ist so bemessen, das sich bei einer Belastung mit 
0,5A eine Spannung von 6V ergibt. Sollte die Belastung geringer sein 
(weil eine Glühlampe defekt ist)steigt die Spannung entsprechend an, bis 
die verbleibende Glühlampe die Belastung des Dynamos von 3W erreicht. Da 
die Lampen das üblicherweise mit ihrem Ableben quittieren, wurde die 
Spannungsbegrenzung in die Generatoren eingebaut- sie übernimmt bei 
Unterlast (< 0,5A) den Strom, der sonst durch die Last aufgenommen 
würde. Die Drehzahl des Dynamos aus Zeiten der StVo ist übrigens 
unabhängig vom Laufraddurchmesser. ;)
Ich würde das Problem anders zu lösen versuchen: Powerbank mit 10-15Ah 
Kapazität (und 2A Ausgangsstrom bei 5V) kaufen und etwas modifizieren. 
Statt der µUSB- Buchse etwas solides dranlöten und eine 5,6V Z-Diode 
(6W) als Überspannungsschutz dranlöten. Das wäre dann die Ladeleitung- 
für den Tagbetrieb ohne Licht. Über die -meist 2- Ausgänge der Powerbank 
könntest du dann bei Bedarf das Handy laden oder (ev mittels 
Hochsetzsteller) eine LED- Leuchte betreiben. Auf jeden Fall hast du in 
der Powerbank schon Überlade- und Unterspannungsschutz drin sowie eine 
Ladestrombilanzierung. Während letzteres ganz nett ist, wirst du 
ersteres (die Lebensversicherung für den Akku) im Eigenbau kaum 
preiswert und zuverlässig mit vergleichbar geringem Aufwand hinbekommen.
Natürlich kann man das ganze mit vielen sinnvollen Schaltern beliebig 
variieren und individualisieren.
Ob das Ding bei -20°C noch 10 oder 5 AH Kapazität hat wäre mir 
persönlich egal, das siehst du möglicherweise anders. Meine 
LED-Taschenlampe (Eigenbau, 7W) macht jedenfalls mit einem 3,7V/&Ah- 
LiPo 4h ein Licht, das im Straßenverkehr auf jeden Fall als illegal 
eingestuft würde.

Gruß M.

[ASinus (Gast)]

Nichtdoch schrieb:
> ...3,7V/&Ah- LiPo 4h ein Licht, das im Straßenverkehr auf jeden Fall als illegal
> eingestuft würde.

Irgendwie passen deine Zahlen nicht zusammen... sind wohl Schätzwerte...

Aber mal eine ganz banale Frage - hast du mit deinem "Laserpointer" mal 
versucht im dunkeln Fahrrad zu fahren?

[Nichtdoch (Gast)]

ASinus schrieb:
> Irgendwie passen deine Zahlen nicht zusammen... sind wohl Schätzwerte...

Nö, das paßt tatsächlich- nur das in meinen Beitrag statt des sich 
eingeschummelten "&" eine "6" gehört. Außer meinem Prototypen existieren 
noch 11 weitere Lampen meiner Kleinserie, mit denen die Eigentümer 
täglich beruflich im Bahnbetrieb unterwegs sind. Obwohl das ein recht 
rauhes Geschäft ist, hatte ich noch keine Reklamation auf dem Tisch.

> Aber mal eine ganz banale Frage - hast du mit deinem "Laserpointer" mal
> versucht im dunkeln Fahrrad zu fahren?

Nein, das will ich den anderen Verkehrsteilnehmern nicht zumuten, da die 
Geometrie des Lichtes nicht auf den Straßenverkehr ausgerichtet ist.

[ASinus (Gast)]

Nichtdoch schrieb:
> ...statt des sich
> eingeschummelten "&" eine "6" gehört.

:-)
Netter Tippfehler - ohne Brille sieht man (ich) keinen Unterschied.

Nichtdoch schrieb:
>> Aber mal eine ganz banale Frage - hast du mit deinem "Laserpointer" mal
>> versucht im dunkeln Fahrrad zu fahren?
>
> Nein, das will ich den anderen Verkehrsteilnehmern nicht zumuten,...

Dein Bild sieht gut aus!
Als "Fernlicht" durchaus zu gebrauchen.
Was hast du denn da genau verbaut? Nur mit einer Li-Zelle geht das so ja 
wohl nicht so einfach...

[Nitja N. (nitja)]

Scheint, dass ich mich doch vor der Fertigstellung ¹⁾ (und der 
Fotostrecke dazu) hier als Verursacher noch mal einmischen muss.

Nichtdoch schrieb:
> Ok, ob die StVo/StVZo in Sachen Elektrik oder Lichtleistung von LEDs auf
> dem neuesten Stand ist, sei mal dahingestellt... ;)
Die aktuelle Fassung der StVZO ist von 2013. Das kann man als veraltet 
ansehen, muss man aber nicht.

> Die Bestimmung, das eine Fahrradbeleuchtung 6V und 3W haben muß, bezieht
> sich auf das Gesamtsystem Fahrradbeleuchtung.
Die Bestimmung existiert so nicht.
Es müssen ab 15 km/h die 6V, 500㎃ also 3W mindestens angeboten werden. 
Mehr ist nicht verboten und wird bei höheren Geschwindigkeiten 
regelmäßig erreicht.

> … Generatoren sind als STROMquellen ausgelegt, nicht als Spannungsquellen
Falsch. Die Generatoren arbeiten als strombegrenzte Spannungsquellen, 
die aber eben keine konstante sondern (annähernd linear) 
frequenzabhängige Spannung liefern. Beim von mir verwendeten Nabendynamo 
etwa 3·f V/Hz ∧ I ≲ 600 mA. Mit meinen 2.25m Abrollumfang bei 
15km/h=4.17m/s gerade mal an die 6V. Aber bei doppelter Geschwindigkeit 
ist mit 12V·0.5A eben auch die doppelte Leistung abrufbar. … von der 
ggf. die Hälfte fürs Licht reserviert ist, die andere Hälfte aber 
anderweitig verwendet werden kann. Natürlich muss die dann auch per 
Muskelarbeit erbracht werden.

> … Die Drehzahl des Dynamos aus Zeiten der StVo ist übrigens
> unabhängig vom Laufraddurchmesser. ;)
Gilt nur für Reibrädchen-Seitenläufer, von denen hier nicht die Rede ist 
oder war. … und die auch zu Zeiten der aktuellen StVZO (s.o.) kaum mehr 
neu verbaut wurden.
Genau aus diesem Grund waren ja die ersten Dynamos von Shutter-Precision 
nur für Laufräder bis 26" zugelassen - weil sie an 28"-Rädern nicht die 
vorgeschriebenen 6V @ 15km/h lieferten.

> Ich würde das Problem anders zu lösen versuchen: Powerbank …
Das hab ich mir gründlich überlegt - bringen die Teile doch einiges 
automatisch und für umme, was ich mit der 9.6-V-Batterie selbst dran 
bauen muss.
Aber: Die 5V passen einfach nirgends. Wie soll ich damit mehr als 2.5W 
aus dem Generator holen? (Tiefsetzer dahinter funktioniert an den Teile 
nicht ohne Weiteres - und zu einem funktionierenden "Weiterem" hab ich 
auch nach längerem Grübeln keine verlässliche Idee.)
Dazu kommt das Tieftemperaturproblem von LiPo-Zellen.

> Statt der µUSB- Buchse …
Die passt schon. Nur damit bin ich mit dem Standard für externes Laden 
kompatibel. … und ein spezielles externes Netzteil will ich auf keinen 
Fall mitschleppen.

> Überlade- und Unterspannungsschutz …
> (die Lebensversicherung für den Akku) im Eigenbau kaum preiswert und
> zuverlässig mit vergleichbar geringem Aufwand hinbekommen.
… ist bei LiFePo₄ denkbar billig & einfach (<0.5€)

> Ob das Ding bei -20°C noch 10 oder 5 AH Kapazität hat wäre mir
> persönlich egal, das siehst du möglicherweise anders.
Na ja, wenns denn (Beispiel Smartphone) 0.8 statt 1.6 Ah wären. Mein 
Smartphone ist beim Betrieb unter -5° innerhalb von 5 Min "leer" ohne 
etwas getan zu haben. Wird dann innerhalb 30 Min wieder "voll" (>90%), 
wenn ich es in die Hosentasche stecke. Das kann ich beim Licht (im 
tiefen Wald ;) nicht gebrauchen. Licht in der Hosentasche ist, im 
Gegensatz zu Deiner Taschenlampe, auch keine Alternative.

> Meine LED-Taschenlampe (Eigenbau, 7W) macht jedenfalls mit einem
> 3,7V/&Ah-LiPo 4h ein Licht, das im Straßenverkehr auf jeden Fall als
> illegal eingestuft würde.
Logisch.

ASinus schrieb:
> Nur mit einer Li-Zelle geht das so ja wohl nicht so einfach...
Locker: Die LED braucht nicht mehr als 3.2-3.3 V und Li-Akkus sind 
ziemlich ideale Spannungsquellen - obwohl es eh nicht die Lichtmenge 
ist, die das Teil als Fahrlicht verbietet, sondern ausschließlich die 
Lichtverteilung.
(Es ist vorgeschrieben, dass Du als Radfahrer keine Chance hast, 
Verkehrsschilder auf unbeleuchteten Straßen überhaupt zu sehen.)

> Gruß M.
Grüße T.


¹) Habe das Projekt wegen unerwarteter Ereignisse um Weihnachten und 
unerwartet ungewöhnlich guter Schnee- (d.h. Ski-) Verhältnissen seither 
"auf Eis" liegen. … soll aber ab Mitte Februar wieder weiter gehen.

[Nichtdoch (Gast)]

ASinus schrieb:
> Was hast du denn da genau verbaut? Nur mit einer Li-Zelle geht das so ja
> wohl nicht so einfach...

Nein, da ist einiges mehr drin als eine LiPo- Zelle und eine LED.


Nitja N. schrieb:
> Die aktuelle Fassung der StVZO ist von 2013. Das kann man als veraltet
> ansehen, muss man aber nicht.

Sorry, mein Fehler. Ich vergaß, das bei Überarbeitungen deutscher 
Vorschriften stets der gesamte Vorschriftentext neu erarbeitet wird. Da 
gerade das Thema "Fahrradbeleuchtung" von größtem Interesse für die 
Allgemeinheit ist, kann sich der dortige Text unmöglich auf einen 
älteren Stand der Technik als deinen Nabendynamo beziehen.

Nitja N. schrieb:
> Locker: Die LED braucht nicht mehr als 3.2-3.3 V und Li-Akkus sind
> ziemlich ideale Spannungsquellen - obwohl es eh nicht die Lichtmenge
> ist, die das Teil als Fahrlicht verbietet, sondern ausschließlich die
> Lichtverteilung.

Ich merke schon, du kennst dich wirklich aus. Ich fürchte das ich da 
nicht mithalten kann...
Daher nur noch ein Tip von mir: Mach einen Schalter dazwischen.

Ich wünsche dir viel Erfolg! :D