Hallo, ich würde gern das Wissen der Forenteilnehmer nutzen, um meine Schaltung auf grobe Fehler prüfen zu lassen, da ich blutiger Anfänger bin. Schaltplan und Fotos des Versuchsaufbaus im Anhang. Problemstellung =============== Ich betreibe derzeit eine Sammlung von diversen Akkus (zusammen ca. 40Ah, wird noch ausgebaut) an einer Solaranlage mit Laderegler. Das System hat "in etwa" 24V Akkuspannung/Ladespannung, die direkt an die Verbraucher weitergegeben wird. Die verwendeten (gebrauchten) Bleiakkus sind in unterschiedlich gutem Zustand, deshalb würde ich gern per Elektronik dafür sorgen das die in Reihe geschalteten 12V Akkus möglichst gleiche Ladeschlussspannungen erreichen. Da es sich um AGM Akkus handelt, ist eine Ausgleichsladung durch Spannungserhöhung nicht empfehlenswert und führt zum vorschnellen Tod der Akkus. Randbedingungen: ================ Absicherung auf 24V Basis (LSS 16A, B-Charakteristik), Tiefentladungs- und Überspannungsschutz sind am Laderegler gegeben. Lösungsansatz ============= Ich habe die diversen Li-Ion Balancer-Schaltungen mit TL431 im Internet und hier im Forum als Vorlage genommen und versucht, auf meine Bedürfnisse anzupassen. Da es aber um 12V je "Zelle" geht wird Wärme schnell zum Problem, entsprechende Leistungswiderstände habe ich nicht verfügbar - insbesondere keine zur Montage an Kühlkörpern. Zudem wollte ich gern mit vorhandenen Komponenten bauen und extra kosten sollte der Spaß wenn möglich nichts ;-) Also soll die Leistung zum großen Teil im Transistor verheizt werden, Kühlkörper von PCs (90W TDP) sind genügend vorhanden, Transistoren (BD438) ebenso. Bei 12V ist auch ein Lüfter kein Problem. Mein aktueller Versuchsaufbau sieht so aus, dass ich den BD438 mit 4k7 Basiswiderstand betreibe, was dafür sorgt das einige Watt am Transistor abfallen und die Lastwiderstände nur einen Teil der Leistung abbekommen. Bei Tests einer einzelnen "Zelle" kamen <700mA Strom raus und die Leistung (Spannungsmessung) fiel zu ca. 2/3 am Transistor ab. Beide "Zellen" zusammen habe ich nur begrenzt getestet, da ich für den Versuchsaufbau die Akkus nur durch einen Spannungsteiler ersetzen konnte. Fragen ====== Ist diese Schaltung soweit in Ordnung, dass ich Sie auf die Akkus loslassen kann? Was sollte ich verbessern? Gibt es eine simple, bessere Lösung die Leistung komplett mit Transistoren zu verheizen? Danke.
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Wenn ein Balancer anspricht wird es notwendig sein, den Ladestrom zu vermindern. Dh wenn der TL anspricht wird über einen Optokoppler dies ausgelöst. Statt der Widerstände, setze einen einen DCDC-Wandler ein, der galvanisch getrennte 24...30V erzeugt und speise dies zurück. Das erhöht den Wirkungsgrad und ist besser als verheizen.
Hallo Dieter, danke für deinen Vorschlag. Dieter schrieb: > Wenn ein Balancer anspricht wird es notwendig sein, den Ladestrom zu > vermindern. Dh wenn der TL anspricht wird über einen Optokoppler dies > ausgelöst. Ich dachte der Ladestrom sei oberhalb der entsprechenden Spannung (>13,8V pro Zelle) ohnehin gering bei Bleiakkus? Der Laderregler macht Boost/Float Charge (CC, CV und dT). Ich habe vor, die Balancer so zu konfigurieren, dass Sie bei Float Charge nicht dauerhaft laufen (können), weil die Spannung zu niedrig ist. > Statt der Widerstände, setze einen einen DCDC-Wandler ein, der > galvanisch getrennte 24...30V erzeugt und speise dies zurück. Das erhöht > den Wirkungsgrad und ist besser als verheizen. Wenn ich das richig verstehe: 12V Laden und 24V entladen dürfte IMHO nicht zielführend sein. Begründung: A) Ich kann nicht ohne weiteres auf 12V Ladung umbauen, die Modulspannung ist zu hoch, da bricht der Ladewirkungsgrad ein. Davon abgesehen würden die erhöhten Ströme auch zu mehr Leitungsverlusten führen, der Solarregler kann derzeit an meinem System theoretisch ~25A Ladestrom erzeugen. B) Ich erwarte keine Effizienzsteigerung: * die preiswerten Step-Up Wandler die ich kenne liegen <90% Wirkungsgrad * Wirkungsgrad des Solarsystem sinkt, wenn die Modulspannung sich noch mehr von der Akkuspannung unterscheidet * ohne Austausch der Ladekabel quadratisch höhere Kabelverluste * der verheizte Strom ist "umsonst", wenn der Balancer kommt sind die Akkus quasi voll und der Solarladeregler müsste ohnehin "abschalten". * ich tausche kurzzeitiges Verheizen (<4h) von Energie gegen 24/7 Verluste der DC-DC Wandler
LOL schrieb: > Wenn ich das richig verstehe: 12V Laden und 24V entladen dürfte IMHO > nicht zielführend sein. > Begründung: Entschuldigung Dieter, offenbar habe ich dich da grob falsch verstanden. Der DC-DC Wandler soll nur dann laufen, wenn der Balancer laufen würde und so <90% der Energie wieder in den Ladekreis einspeisen. Auf diese Idee wäre ich nicht gekommen, ich werde mal prüfen was es an isolierten DC-DC Modulen auf eBay gibt. Von deren Preis hängt es dann ab, ob sich die Sache lohnt - es wären ja keine weiteren Umbauten am System notwendig.
Ja richtig aufgefaßt. Aber einen Haken hat das Ganze dann doch. Denn wenn der Balancer arbeitet, die Solaranlage bereits genug Energie lieferts, dann kann diese Energie nur durch andere Akkus aufgenommen werden, oder gar nicht mehr aufgenommen werden, es sei denn es befindet sich eine Netzeinspeisung parallel im Betrieb, die dann natürlich mehr ins Netz einspeisen würde.
Dieter schrieb: > Aber einen Haken hat das Ganze dann doch. Denn wenn der Balancer > arbeitet, die Solaranlage bereits genug Energie lieferts, dann kann > diese Energie nur durch andere Akkus aufgenommen werden, oder gar nicht > mehr aufgenommen werden Wenn die DC-DC Wandler eine Leerlaufspannung liefern, die oberhalb der Ladeschlussspannung liegt, dürfte das kein Problem sein. Steigt die Ladespannung zu stark, regelt der Solarladeregler die Solaranlage bis auf 0 ab, wodurch nicht mehr nachgeladen wird. > Netzeinspeisung parallel im Betrieb, die dann natürlich mehr ins Netz > einspeisen würde. Autarkes System. Die ganze Überlegung ist aber hypothetisch, die notwendigen DC-DC-Wandler mit - genau einstellbarer Ausgangsspannung 28..30V (> Ladeschlußspannung && <Überspannungsabschaltung) - Strombegrenzung - galvanischer Trennung existieren nicht in einem Preisuniversum, in dem sich das rentieren würde. Zumal diese Wandler noch eine zusätzliche Ausfallquelle sind.
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So aufgebaut, werden die Leistungswiderstaende nur einmal benoetigt.
Eine wesentlich bessere Lösung wäre die Verwendung von günstigen Autolampen anstelle von Widerständen. In dem Falle wäre schön zu sehen, dass und wo der Balancer arbeitet.
LOL schrieb: > Ist diese Schaltung soweit in Ordnung Nein. Ein BD438 hat eine erbärmliche Stromverstärkung, und aus den 2mA die der 4k7 Basisvorwiderstand zulässt macht er nur so 170mA. Der TL431 könnte 100mA, aber bei 12V eher nur 50mA, was ein 220 Ohm Basiswiderstand erledigen könnte, die 1k können leicht auf 10k erhöht werden. Das Hauptproblem liegt aber woanders: Deine alten Bleiakkus vom Schrott werden früher oder später Zellenschlüssen bekommen. Dann hat ein 12V Akku nur noch 10V. Deine Schaqltung zwingt ihm aber 13.8V beim Laden auf, macht 2.76V pro Zelle, die restlichen 5 Zellen gasen also und sind nicht überladegeschützt. Gut, der Akku ist sowieso kaputt, aber eine kluge Akkuschaltung sollten ihn aus deinem Akkuverbund rausschalten können. Tesla macht das, diese simple Schaltung aber nicht. LOL schrieb: > Gibt es eine simple, bessere Lösung die Leistung komplett mit > Transistoren zu verheizen? Man glaubt zwar daß es besser wäre, ist es aber nicht. Ein Drahtwiderstand darf 300 GradC heiss werden, ein Transistor nur 150. Damit leisten Widerstände viel mehr als Transistoren. Du musst nur darauf achten, daß die Widerstände niederohmig genug sind um den ganzen Ladestrom übernhemen zu könnnen den dein Laderegler maximal hineinsteckt, ohne daß die Spannung über ca. 12V steigt.
Blei-Batterien brauchen keine Balancer! Wenn, dann bei jeder 2V-Zelle.
Als autarke Anlage will der TO gebrauchte Akkus in unterschiedlich gutem Zustand (ggf. auch leichte Unterschiede der Nennkapazität) zusammenschalten. Wenigstens das erste mal, danach ab und zu wird er auf ganz vollen Akkuzustand balancieren müssen. Er verwendet auch einen Laderegler. Dieser sollte auf die üblichen Fehler noch reagieren. Überladungsschutz bei Zellentod, da tun die sich schon immer schwer. Im Prinzip betreibt er Resteverwertung. Kritik ist da zwar nicht unangebracht, allerdings gibt es einfache Lösungen, solange er nur insgesamt zwei Akkus in Reihe betreibt. Schaltet er noch welche parallel, dann wird das ungut, bzw. aufwendig.
Fuer die Leistungsstufe anbei noch eine Empfehlung: Die komplementäre Darlington-Schaltung (Sziklai-Connections) https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/kdarl1.htm
Zur Schaltung spaeter mehr. Damit die Schaltung nicht zu lange im Zustand verharrt in dem der Transistor mindestens die Haelfte verheizt, wird noch eine kleine Hysterese eingebaut werden muessen. Schwingen soll es dann auch nicht.
Dieter schrieb: > Eine wesentlich bessere Lösung wäre die Verwendung von günstigen > Autolampen anstelle von Widerständen. In dem Falle wäre schön zu sehen, > dass und wo der Balancer arbeitet. Das hatte ich ursprünglich auch mal im Plan (12V, 21W), es wurde aber verworfen weil A) Ich die Einschaltströme nicht mit dem Transistor abbilden kann (Mosfet nehmen?) und B) ein Ausfall der Lampe auch einen Ausfall des Balancers bedeuten würde. > So aufgebaut, werden die Leistungswiderstaende nur einmal benoetigt. Oh, das ist eine gute Idee, zumal die Dioden dann ja auch einen fixen Anteil an Leistung verdampfen. Laberkopp schrieb in Beitrag #5841680 >Ein BD438 hat eine erbärmliche Stromverstärkung, und aus den 2mA die der >4k7 Basisvorwiderstand zulässt macht er nur so 170mA. Ich habe den 4k7 experimentell so bestimmt, das ~500-700mA fließen und 2/3 der Leistung am Transistor abfallen. Mit 300-500R als Basiswiderstand könnte ich den Transistor voll durchschalten, dann fallen da aber nur noch <0,8V ab. > Der TL431 könnte 100mA, aber bei 12V eher nur 50mA, was ein 220 Ohm > Basiswiderstand erledigen könnte, die 1k können leicht auf 10k erhöht > werden. Ich hatte mit Widerständen >5k6 IIRC das Problem, dass ich den Einschaltpunkt nicht sauber bestimmen konnte. Werde ich mir noch mal ansehen. > Man glaubt zwar daß es besser wäre, ist es aber nicht. Ein > Drahtwiderstand darf 300 GradC heiss werden, ein Transistor nur 150. Ich würde 300° Hotspots am Ort der Anlage gern vermeiden und jeder Euro, den ich in die Anlage stecke reduziert die Rentabilität. Die ist jetzt schon grenzwertig (10 Jahre+), deshalb der Aufbau mit vorhandenem Material. (Ich hatte schon mal darüber nachgedacht die Widerstände in Öl zu stecken, um Sie zu kühlen, das scheitert bislang aber an der Verfügbarkeit eines geeigneten Aufbaus) Es geht nur darum, ein gelegentlich auftretendes Problem (akut habe ich keine Probleme, die aktuellen Zellen sind gut genug) ein wenig zu mindern - das aus den alten Akkus keine neuen werden und das AGM der falsche Zelltyp ist ist mir durchaus bewusst. Nur wegschmeißen kann ich die Zellen immer noch. Die Akkus werden eh regelmäßig getauscht und erweitert, je nach Verfügbarkeit. > Damit leisten Widerstände viel mehr als Transistoren. Du musst nur > darauf achten, daß die Widerstände niederohmig genug sind um den ganzen > Ladestrom übernhemen zu könnnen den dein Laderegler maximal > hineinsteckt, ohne daß die Spannung über ca. 12V steigt. Ein Ansteigen der Spannung signalisiert dem Laderegler seinen Feierabend? Bekomme ich dann nicht Probleme, die Ladeschlussspannung zu erreichen? Außerdem ist es doch vermutlich im Fehlerfall (z.B. ein Akku mutiert zum Heizelement) auch nicht optimal?
Skizziere bitte wie viele Akkus maximal verschaltet werden. Guter Rat ist sonst Zufall.
Dieter schrieb: > Skizziere bitte wie viele Akkus maximal verschaltet werden. Guter Rat > ist sonst Zufall. Im Moment ist das ein 2S6P Aufbau: A-A-A-A-B-B A-A-A-A-B-B mit A=Kung Long "WP 7,2-12 6,3" (7,2Ah) und B="Kung Long WP 1236W" (9Ah), allesamt 4 Jahre alt. Eine Definition von "maximal" kann ich nicht liefern, das hängt davon ab wie schnell die vorhandenen Akkus sterben.
Entschuldigung, dass ich hier meinen 'Senf' dazu gebe. Aber ich habe ähnliche Steckbretter, und ich denke, dass diese nicht mit dem evtl. flißenden Strom klar kommen. Sind eher gedacht für Steuerung, uC, ... Wenn ich falsch liege, einfach ignorieren.
Wenn in einem Akku eine Zelle weggbricht, dann ist die Parallelschaltung kritisch, da dieser Akku überlastet zu Gasen anfängt. Bei solchen kleinen Zellen wäre andererseits eine Einzelüberwachung ein verhältismäßieger Aufwand. Vermutlich hat die Solarzelle nicht mehr als 50...100W, auch wenn der Solarregler mehr schaffen sollte. LOL schrieb: > B) ein Ausfall der Lampe auch einen Ausfall des Balancers bedeuten würde. Einen Widerstand und eine Lampen würde ich parallelschalten, so dass bei Ausfall noch ein kleiner Anteil vorbeigeleitet würde. Die Dioden sorgen auch dafür, dass die Lampen mit reduzierter Helligkeit leuchten. So dass die Lebensdauer eher in Richtunge 5000h tendiert. Aus dem Bauch heraus hätte ich als Widerstände gewählt statt 1k 4,7k jeweils 2,2k und eine Darlingtonschaltung oder ähnliches gebaut.
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Grobskizze.
Hallo Dieter, Dieter schrieb: > Wenn in einem Akku eine Zelle weggbricht, dann ist die Parallelschaltung > kritisch, da dieser Akku überlastet zu Gasen anfängt. Bei solchen > kleinen Zellen wäre andererseits eine Einzelüberwachung ein > verhältismäßieger Aufwand. Da jeder Akku aber aus 6 Zellen besteht wüsste ich nicht, wie ich erkenne, wenn eine der Zellen stirbt in der Parallelschaltung (24S6P auf Zellenbasis). Bei normalen USVs merkt man in der Regel auch erst beim Akkutest, ob einer geplatzt ist und alle anderen totgegast. Deshalb tauscht man die ja turnusmäßig. > Vermutlich hat die Solarzelle nicht mehr als 50...100W, auch wenn der > Solarregler mehr schaffen sollte. Das Solarpanel ist für Autarkie dimensioniert, d.h. im Sommer massiver Overkill. Konkret: ~600W. Im Winter ist das trotzdem ab und an zu wenig, deshalb gibt es einen Notlader, der ist aber im Normalfall aus und greift nur ein, wenn die Spannung (unter Last) <23,5V wird. > LOL schrieb: >> B) ein Ausfall der Lampe auch einen Ausfall des Balancers bedeuten würde. > Einen Widerstand und eine Lampen würde ich parallelschalten, so dass bei > Ausfall noch ein kleiner Anteil vorbeigeleitet würde. Die Dioden sorgen > auch dafür, dass die Lampen mit reduzierter Helligkeit leuchten. So dass > die Lebensdauer eher in Richtunge 5000h tendiert. Das mit den Dioden ist ein gutes Argument, wieder ein Grund die Last so umzubauen wie von dir vorgeschlagen. Zumal ich dann auch nur eine Lampe brauche. Eine 12V 21W Lampe hat aber jenseits der 20A Einschaltstrom, durch den parallelen Widerstand steigt der noch. Dann muss ich sicher einen P-Channel Mosfet nehmen um zu schalten oder hält der 4A Transistor diesen Impuls aus? Oder PNP-Transistor + N-Channel-Mosfet? > Aus dem Bauch heraus hätte ich als Widerstände gewählt statt 1k 4,7k > jeweils 2,2k und eine Darlingtonschaltung oder ähnliches gebaut. Darlington habe ich als fertige Transistoren da, BD680. Ich werde das zusammen mit der Lampe am Wochenende testen. Da fällt mir ein: Sieht die Last, sollten zufällig beide Balancer aktiv sein eigentlich 24V? Dann müsste Sie ja komplett anders dimensioniert sein.
LOL schrieb: > Da jeder Akku aber aus 6 Zellen besteht ......wenn eine der Zellen stirbt in der > ....tauscht man die ja turnusmäßig. Soetwas wäre zwar möglich, aber wegen des Aufwandes wird das nur bei sehr großen Zellen realisiert. Bei sternförmiger Verbindung, die einen kleinen identischen Widerstand aufweist, gibt es noch die Methode den Strom über den Spannungsabfall mit einem Multimeter gelegentlich zu messen. Luxus wäre das von einem ATtiny in intervallen durchführen zu lassen. > > Das Solarpanel .... Overkill. Konkret: ~600W. > Notlader, .... (unter Last) <23,5V wird. Das muss man bei den Schwellen berücksichtigen. > Das mit den Dioden ist ein gutes Argument, wieder ein Grund die Last umzubauen > Eine 12V 21W Lampe hat aber jenseits der 20A Einschaltstrom, durch den > parallelen Widerstand steigt der noch. Es gibt auch noch Lampen mit 5W Glühdraht. Meist sind das Doppelbirnen. Ein Widerstand in Reihe zur Lampe reduziert den Einschaltstrom und verlängert die Lebensdauer noch mal. > P-Channel Mosfet nehmen um zu schalten oder hält der 4A Transistor > diesen Impuls aus? Oder PNP-Transistor + N-Channel-Mosfet? > Darlington habe ich als fertige Transistoren da, BD680. > Ich werde das zusammen mit der Lampe am Wochenende testen. > Da fällt mir ein: Sieht die Last, sollten zufällig beide Balancer aktiv > sein eigentlich 24V? Dann müsste Sie ja komplett anders dimensioniert > sein. Gerade bei den Schwellen musst Du Dir Gedanken machen. Bei größeren Kapazitätsunterschieden muss die untere Abschaltspannung etwas höher, d.h. mit Reserven nach untern eingestellt werden. Bei der Überladung (Balancierung) gilt das Gleiche. Wenn zum Beispiel die untere Reihe um 0,5V hinterherhinkt, dann würde die obere Reihe überladen oder sehr viel Leistung balanciert. Der Balancer muss agieren im Level zwischen Dauerladungsspannungsgrenze, Erhaltungsladung und maximale Ladeschlussspannung. Und die Spannungschwelle beider Balancer in Aktion muss oberhalb der Ladeendeschwelle des Ladegerätes liegen. Das ist etwas kniffelig und nicht ideal, geht aber nicht besser.
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